食盐的原料主要是原盐,在现代化的制盐工艺没有问世之前,制盐通常采用熬煮、日晒等方式,效率低下,且对杂质无法做到有效处理,而现代化的制盐工艺广泛采用真空制盐、盐硝联产等方式,实现了制盐的自动化高效化
指以原盐为原料,经过化卤、蒸发、洗涤、粉碎、干燥、脱水、筛分等工序,或在其中添加碘酸钾及调味品等加工制成盐产品的生产活动。包括对下列盐的加工活动:
加碘盐、营养盐、调味盐、其他食用盐。
饲料盐、渔用盐、其他非食用盐。
制盐通常采用的原料是卤水,笼统地将,卤水是一种含氯化钠为主的水溶液,一般还包含其他化合物,称为杂质
卤水的来源分为两类,一类是天然卤水一类是人工卤水,人工卤水就是溶解石盐后的产生的卤水
天然卤水则来源广泛、既有海水浓缩制成的,也有盐湖湖水,或者是地下存在的天然地下水
因为含有各种不同的物质而呈现不同的颜色,比如含有铁等黑色悬浮物的黑卤,含钡及钡化合物而呈现黄色的钡黄卤,而人工卤水是石盐溶解后的产物,与石盐伴生的还有诸如芒硝、石膏等杂质,这些杂质一样溶于水,这些杂质会严重地影响制盐或者危害人体安全,比如钡黄卤中的氯化钡是有毒物质,而黑卤中的铁会以三氧化二铁或四氧化三铁的形式混入食盐使食盐成褐色或黑色,(玫瑰盐也是因为铁而呈粉红色!!别被骗了)
此外如硫酸钙等物质会在卤水的输送、遇热、蒸发等过程中析出附着在设备上(想想水壶的水垢)严重影响导热,只需要有0.5毫米的石膏垢存在,传热系数就会大大下降到36%以下,一个实验表明可以从原来的2090千卡/米²·小时℃下降到765千卡/米²·小时℃,
但是卤水中的杂质同时也是重要的化工原料,氯化钡应用于电子、仪表、冶金等领域,黑卤中的铁则是铁红的优质原料,硫酸钙(石膏)则是水泥的主要成分
日晒制盐是一种真实存在且古老的制盐方法,工艺流程分为纳潮-制卤-结晶-堆垛,主要应用于海盐以及一部分湖盐
日晒制盐十分依赖地理条件,对日照时间、风向风级和降水量等都有严格的要求,所以盐场十分固定,目前,中国较大的海盐厂主要集中在渤海和黄海附近,以北方盐场居多,占全国的94%以上,因为我国北方降水少且降水集中,晴天多有利于晒盐,而晒盐最需要的是沿海滩涂区,这些区域渗透率低卤水不易流失,中国宜盐土地和滩涂资源约8400km2,黄海和渤海最多,占其中的82%,滩涂面积和盐田渗透率直接影响海盐产量
除了地理条件以外,气候条件也决定了盐田的产量,我国长江以北日照时间较长,年平均日照时数约为2500~2900h,海南的日照时数为1780~2600小时,明显小于北方,风向和风速也是影响盐田的因素之一,风速过低影响水蒸汽运动,太高则会导致盐田设备损坏,如引潮堤,苫膜等,并将盐田水质搅浑影响蒸发,而风向则会影响盐的品质,来自大陆的风会携带沙尘,混入盐中,影响品质增加工艺难度
以我国最大的长芦盐场为例,长芦盐场位于天津滨海新区,海盐产量占中国海盐总产量的四分之一,而以长芦盐场的塘沽盐场为例
塘沽附近海拔为0,为天津市最低,引潮难度低,风速平均2~4级,且多为西南风,由海洋吹向大陆,全年日照时间达到2903h,年平均气温12度左右,这使得塘沽的年蒸发量达到1904.6毫米,但年降水量仅为602.9毫米且降水主要集中于678月份,年降水天数为64天左右,这些地理和气候条件为包括塘沽盐场在内的长芦盐场提供了得天独厚的条件
日晒制盐需要比较大的场地,以海盐场为例,海盐场由以下几个场地组成,纳潮扬水站、蒸发区、保卤区、结晶区、储存区以及连接这些区间的沟渠和管道
首先是纳潮站,纳潮站是将潮水纳入纳潮沟和储水池的场地,一般由海堤和闸门以及扬水水泵组成,纳潮的主要目的是选择盐浓度相对较高的海水,靠近海岸的海水盐浓度通常较低,而远离海岸的海水盐浓度则相对较高,每天的潮汐可以将远离海岸的海水带到海岸,所以发生潮汐时最适合引入海水
而浓度的主要单位是波美°Be,测量的主要工具是波美计测量根据为不同浓度的海水密度不同,比重也就不同
而盐水的浓度测量有专门的波美计,可以直接通过度数知道当前海水的浓度,这是温度15度时波美度与密度的关系表(析出浓度为25波美,也就是氯化钠的溶解极限)
平均海水的含盐量为千分之35,密度为1.03g/cm3,比水重,密度与波美度之间的关系为波美度=145-(145/比重)
海水的平均密度约为4.2波美,但实际的海水密度比这个要小,大约为2.5~3.5波美且各个区域相差较大
纳潮站主要的设备就是水泵,通过各种水泵将海水运输到储水库

根据滩面和潮位的高低,纳潮站引入海水的方法主要有两种
第一是滩区范围内有低于一般潮水位的低洼地段,则可以在低洼地段建立储潮库,涨潮时打开闸门自然纳进潮水,落潮时将闸门关闭,在储潮库的旁边建立扬水站,将海水扬入盐田
第二是滩区内没有低于一般潮水位的地段,必须在海岸处设置扬水站,在涨潮时用扬水机将海水纳入储水池,扬水机开始运行抽水叫“开车”,一般的最低开车水位由盐场潮水的潮位以及盐场的储水能力决定,这是渤海湾扬水机开车水位和潮位之间的关系表
总的来说,在开车水位固定的情况下,满潮时潮位越高,纳潮和扬水的时间就越长
海水纳入储水库之后,要进入盐田,盐田是制备卤水、结晶产盐的主要区域,盐田大多建立在沿海滩涂上,这里长期受海水灌溉,盐分较高,修建难度低,新建立盐田的第一步是破坏土壤结构,先将表层10~20cm的土翻起,晾干后引入10Be左右的卤水进行浸泡,然后将土壤耙(ba)松耙匀,接着将水放掉,稍晾晒后用拖拉机踩压,将表土调和均匀,然后用1.5t左右的压路机进行碾压,直到压到最大密实度,对于需要进行收盐的结晶池而言还需要根据情况用6~8t的压路机进行反复压实,直到表层土的抗压强度达到0.2Mpa以上,为了防止渗漏,有些盐田的底部还会铺上黑色的塑料膜,结晶池还会采用砖砌、混凝土等结构,当然老盐田新修建是另外一种方法了
按照功能的不同,盐田可以分为蒸发区、调节区和结晶区,相互区分的依据是浓度的不同,划分没有具体的标准,根据实际情况制定,但统一的是25°Be是析出浓度
(这个视频你可以看到制盐工在量浓度以及其他的一些日晒制盐资料,记得全屏)
蒸发区、调节区和结晶区根据实际情况会有不同的结构,但总得来说有三种结构,大集中式、半集中式、分散式,大集中式适用于蒸发量高,降水量小的地区,年蒸发量2000毫米以上,降水量在500mm一下的地区可以选用,集中指的是扬水集中,蒸发制卤集中,结晶产盐集中以及堆放集中,这种方式生产优点在于机械化程度高,便于管理,缺点在于由于规模较大,对突发气象的反应较慢
半集中式适用于气象条件稍差的地区,年蒸发量在1500毫米以上,降水量在800mm以下的地区可以选用,储水、初级和中极蒸发区集中在一起,但结晶区分散开来,分成若干个生产单元各自生产,这一模式的优点在于可以集中生产卤水,又可以根据实际情况灵活处理结晶、生产食盐等步骤
而分散式主要分布于年降水量大,降水频率高的地区,每个盐田区都有自己的制盐全套系统,且保卤和排淡水系统完善,便于在不利天气的影响下提高产量
盐田有不同的颜色,如蓝色,红色绿色,如图(这是一个半集中式的,中间蓝白色部分有很多小房子,这些房子就是结晶区各自的生产单元)

而颜色的来源主要来自盐田当中的生物,主要包括两种,盐藻、蓝绿藻、盐藻使盐田呈现红色、蓝绿藻使盐田呈现为绿色,而为了促进盐田生态的平衡,还会在盐田中饲养卤虫、卤蝇以及虾等生物,这是不同浓度卤水中盐田生物的水平分布状况图片
初级制卤区(3.5~8.5°Be)呈蓝绿色,主要生物是蓝绿藻、鱼、虾
中极制卤区(8.5~18°Be)主要是卤虫、隐杆藻、盐藻
高级制卤区(18~25°Be)主要是红色盐杆菌
在盐田当中饲养生物的原因主要有四点:
一、防止土壤渗透、提高制卤能力
藻类和细菌的代谢作用可以产生<0.01mm的细小颗粒,这些颗粒会逐步填充到土壤孔隙里,使孔隙减少,而且在池底形成1~3mm的粘稠的藻垫层,大大减少卤水渗漏
二、促进卤水着色,增加对太阳能的吸收
日晒盐生产的能量主要来自于太阳能,而太阳能的吸收与卤水的深度、浓度、浑浊程度以及水的颜色等都会产生不同的影响,比如盐藻在高盐度、强光和高温条件下会产生β-胡萝卜素,盐杆菌在接近饱和溶解度的卤水中会大量繁殖,而盐杆菌本身含有β-胡萝卜素,从而使卤水变红,并且增加对330-600nm波长的光吸收,当盐藻群体在卤水中含量在1.7×10的九次方细胞/L时,能提高结晶池卤水温度约6度
蓝绿藻在繁殖时,在池底形成有色植被,将池水变为蓝绿色,减少反射损失
三、提高盐的质量
盐田生物可以吸收卤水中除氯化钠以外的杂质作为自己的生存养料,提高盐的品质,同时一些盐田生物可以改善卤水条件
比如在中级制卤区的盐生隐杆藻,是产盐的大害,大量繁殖时会使卤水发粘,不利蒸发,同时使卤水的ph值上升,碳酸钙和硫酸钙不易沉淀而悬浮在卤水里,将卤水变为乳白色不利吸收光,但卤虫以隐杆藻、有机残渣以及碳酸钙颗粒等为食,是天然清道夫,可以达到澄清卤水,控制隐杆藻以及提高盐质等作用
四、增加经济效益
卤虫是优良的饲料和饵料,广泛应用于水产生产,而盐藻和蓝绿藻等可以提取天然胡萝卜素、甘油等。能制成保健品(这种保健品并没有什么卵用)
保卤区和结晶区都是日晒制盐的重要场所,所储存的都是接近饱和溶解度的卤水,每析出1t的氯化钠大约需要3立方米的饱和卤水,而一立方米的饱和卤水以浓度2.5Be计算需要13立方米的海水,所以饱和卤水是盐场的重要财富,在高级制卤区制得的饱和卤水一部分进入结晶区继续经日晒析出食盐,而另一部分进入保卤井储存起来,在遇到降水时还能将饱和卤水引入,减少损失
而在结晶区析出的盐经过人工或者扒盐车扒出,暂时存放在盐田之间的垛台上,然后运输到集中堆放区进行存放,盐田内暂时堆存和集中堆存的码型多数为长方棱形台体或圆锥型台体,码的长宽高因地制宜,盐田内暂时堆存的盐码一般高度在4m左右,集中垛盐高度主要在10m以上,坡角34度左右,
影响堆垛的主要因素是降雨,降水化盐造成的损耗,约占总损耗量的95%以上,化盐数量决定于降水量和单位面积存盐量,每平方米存盐1.5t,降水量251.2mm,损失原盐5.6%,每平方米存盐8t,降水量742.1mm,损失2.07%,为减少降水化盐损失,北方很多盐场会采用塑料膜或苇席苫盖
前文已经说过卤水含有很多杂质且会影响生产,所以卤水处理非常有必要,净化卤水主要是将溶于水的杂质盐析出或者变为不溶解的产物,针对不同的杂质有不同的处理方法
如气体吹出法用来去除硫化氢,硫化氢存在于天然卤水中,溶于水后生成硫氢酸,而在制盐过程中会和铁发生作用生成硫化铁腐蚀设备污染产品,常见的方法是把卤水通过一个水槽,然后用鼓风机从下至上通入空气,空气通过卤水将硫化氢带出,这种方法可以去除大部分硫化氢,剩下的少部分硫化氢可以再通入氯气形成游离氯而沉降(H₂S + Cl₂ = S↓ + 2HCl)虽然会生产盐酸但盐酸与铁反应很慢,且可以很简单地在后续的工序中去除,可以忽略
而除了气体吹出法以外,卤水的主要处理办法卤水中加入其他化学物质使杂质生成难溶于水或不溶于水的化合物,以石膏型卤水为例
石膏型卤水中除了盐以外还含有以下杂质,碳酸氢钙Ca(HCO₃)₂、硫酸钙(CaSO₄)、硫酸镁(MgSO₄)、氯化镁(MgCl₂),而石灰—纯碱法可以去除这些杂质,具体作法是在卤水中加入石灰(CaO)和纯碱(Na₂CO₃)
反应如下:首先卤水加入石灰
CaO+H₂O→Ca(OH)₂
MgSO₄+Ca(OH)₂→Mg(OH)₂↓+CaSO₄
MgCl₂+Ca(OH)₂→Mg(OH)₂↓+CaCl₂
Ca(HCO₃)₂+Ca(OH)₂→2CaCO₃↓+H₂O
然后是纯碱
CaSO₄+Na₂CO₃→CaCO₃↓+Na₂SO₄
(硫酸钠就是芒硝,现代制盐通常采用盐硝联产,所以硫酸钠一般不用在卤水处理阶段去除,且硫酸钠在低温时才会析出不影响制盐)
CaCl₂+Na₂CO₃→CaCO₃↓+2NaCl
其他类型的卤水如钡黄卤、黑卤等方法与上述方法类似,实际制盐过程中常常将多种处理方法综合起来,以达到更好的处理效果
卤水处理完毕,达到结晶浓度后可以进行蒸发制盐,判断的方法是看表面是否有零星晶体析出,这种卤水也被称为飘花卤
目前常用的方法是多效真空蒸发,而想知道为什么要用真空蒸发,先需要了解蒸发的原理
我们把液体部分称为液相,蒸汽部分称为气相
蒸发就是液体表面发生气化的现象,在蒸发过程中,液体表面的分子由于获得外界的热量产生了高速度,超过了分子间的吸引力,而逸向液面以上的空间,变成气体分子,称为汽化,而液化则相反,气体分子会放出热量,不同的液体有不同的沸点,在1标准大气压下:水:99.974,酒精:78.2,乙醚:34.5,液态甲醛:-19.5,液态氨:-33.4
但这只是标准大气压下的沸点,在高原的时候,水不超过100度就会沸腾,这是因为高原的气压较低,相应的沸点就会降低,对于水而言,气压越低,沸点就越低,真空蒸发就是把蒸发室内的气压抽得比正常大气压低,从而降低沸点,用更低的温度获得更多的蒸汽蒸发效率
在现实生活中,由于各种各样的热损失,蒸发一吨水势必需要大于一吨的热蒸汽,而在大规模生产中,为了减小消耗,通常采用多效蒸发,即多个蒸发室并列,彼此的气压不同,相对应产出的蒸汽温度也不同,前一个蒸发室发产生的蒸汽有较高温度,可以传导给下一个蒸发室进行加热来节省热量,蒸发一吨水分,单效蒸发需要1.1吨的热蒸汽,而双效为0.57吨,三效为0.4吨,四效为0.3吨,五效为0.27吨,效数越多,越能节约热量,同时需要的设备越多,抽真空难度也越大
这是一个简单的外热式四效真空蒸发装置流程图

以及这是一份真空制盐的专利(配合图片观看)真空制盐.pdf
标准大气压是0.1Mpa
在这个四效真空制盐流程中,一效加热室通入由锅炉房产出的蒸汽,蒸汽压力0.4-0.5Mpa,蒸汽温度140~150℃,产生的热量加热卤水在一效蒸发室蒸发,一效蒸发室压力比加热室低,蒸汽压力0.15-0.25Mpa,蒸汽温110~125℃
一效蒸发室产生的蒸汽通过管道传导到二效加热室为其提供热量,二效加热室蒸汽压力0-0.2Mpa,蒸汽温度110~125℃,一效和二效的蒸汽压力比正常大气压高,称为正压,而到了二效蒸发室和三效四效则会抽真空降低沸点,二效蒸发室蒸汽压力0.08-0.095Mpa,蒸汽温度92~98℃
以此类推,三效加热室蒸汽压力0.08-0.095Mpa,蒸汽温度92~98℃,三效蒸发室蒸汽压力0.025-0.035Mpa,蒸汽温度65~75℃
四效加热室蒸汽压力0.025~0.035Mpa,蒸汽温度65~75℃,四效蒸发室蒸汽压力0.015~0.0093Mpa,蒸汽温度40~48℃
而四效蒸发的尾气则会进入冷凝器冷凝成水排放或者引导到预热室为卤水预热提供热量
加热室和蒸发室长这样(这玩意现在越做越大,如图)

它的内部长这样(能翻就翻出去看看)
内部结构
加热室里排布着很多加热管束,类似于暖气换热站的板片,蒸汽流过这些加热管束与卤水产生热交换,然后自身损失热量变为冷凝水排出
而蒸发室的上部有抽气扇抽离蒸汽,下部呈圆锥状,有两个管道,最底部的是盐脚,盐脚处还常常安装轴流泵产生向心力吸引析出的食盐,比盐脚高的是循环管道,循环管道安装有挡盐罩阻止盐进入,卤水经过管道到底部的循环轴流泵,然后被泵入加热室完成循环
而往蒸发室进料的方法目前常用的是将预热过的卤水分别加入各效蒸发室进行循环蒸发,而各级蒸汽产生的冷凝水则分别收集排出或者排到预热器产生一部分热量预热卤水
由蒸发罐排出的盐浆是一种悬浮液,盐的粒度较细(0.2~0.3毫米)含水量30%~50%,而成品盐的含水量低于0.5%,这就需要进行脱卤与干燥,目前盐场均采用离心机脱卤
就和你家的甩干机一样,离心机的主要部分是一个在竖轴或水平轴高速旋转的鼓,鼓壁上有孔,但孔上还会有滤布,盐浆中的卤水在离心力作用下通过滤布排出,而盐颗粒则被留下来,再由机械卸出
这是一种全自动锥篮离心机(专利太难懂了,我找了一个简单的)
离心机样例

盐浆从顶部的入料口进入离心机,离心机有一个转子,依靠电机驱动,转子长这样

水直接通过鼓壁甩出,被内机壳拦下收集,而盐则会在离心力的作用下越转越高最后在内机壳与外机壳的环形通道下落,实现收集通过离心机的盐含水量在3%左右,再通过传送带进入干燥室,用吹过的热空气进行干燥,就可以变成含水量0.5%以下的原盐了
粉碎洗涤盐主要针对海盐以及湖盐的加工,主要是湖盐的加工,因为湖盐的纯度较高,经过简单加工后就可以变成成品,而海盐则需要经过破碎洗涤来提高纯度,减小粒度,首先是粉碎洗涤法,粉碎洗涤的原理是将原本大颗粒的盐晶体破碎,然后与含盐量饱和的饱和卤水在一起混合均匀搅拌,因为饱和卤水中的氯化钠已经饱和,不会再溶解氯化钠,但其他杂质在饱和卤水中还可以进行溶解,经过反复地洗涤,食盐中的可溶性杂质被洗掉,纯度也提高,由90%提高到96%以上,这是中盐工程研究院的一份粉碎洗涤盐生产方法的专利
粉碎洗涤盐专利.pdf
首先原盐经过皮带传送机送到粗粉碎机进行初步粉碎,然后进入螺旋洗盐机(图片难找欢迎补充)与经过澄清的饱和卤水进行初步洗涤(洗去不溶物比如泥浆杂质等)
螺旋洗盐机本质是就是两个互相咬合的螺杆,通过转动使物料混合均匀
初步洗涤后的原盐经振动筛筛去水分,再进入精粉碎机进行二次粉碎,降低粒度,然后输入到逆流洗涤器(同上)中进行二次洗涤,逆流洗涤器对粒度较细的盐具有良好的洗涤效果,称为逆流的原因是因为盐从上而下,而饱和卤水则从中部进入,向上喷洒,盐靠螺旋杆转动,杂质因为重力从下流走,而盐则从中部洗涤完成后进入下一工序
经过逆流洗涤的盐,再通过搅拌槽搅拌洗涤,三次洗涤分别剔除不溶物、可溶性杂质,经过洗涤后的盐在经过离心机和干燥器进行离心干燥,然后再经过色选机筛选符合标准颜色的盐颗粒(资料不全请补充)
日晒制盐的设备分为生产设备、储运设备(各种车和运送机)设备以及收运堆设备
扬水设备主要负责把海水引入盐田,在没有电力的早期,扬水可以用风车、水车等带动,而目前最常用的是各种电力水泵,这是一种立式轴流泵,主要部件是一个导叶体,

上方连有一根旋转轴用来使导叶体旋转产生吸力将海水吸入,底部设置有滤网和水导轴承(连在转轴上,和自行车后轮的轴承作用一样,起缓冲作用),轴流泵的部件多采用青铜,为了防止海水腐蚀(文档记得鼠标拉出去看,不然有点影响阅读体验
)
一种立式轴流泵.pdf
而海水进入盐田后面临的一个重大问题就是降水,为了减轻降水对盐田生产的影响,盐田多会采用塑苫设备,这是一种盐田使用的塑苫设备(很像窗户上的遮光帘)
一种塑苫设备.pdf
由两大部件组成,塑苫和牵引结构,塑苫是一根轴,轴上包裹着黑色的塑料膜,而盐田上有树根牵引钢筋,上面有绳子用来放出或回收塑料膜,牵引设备主要是布置于盐田过道的滑轮组,绳子通过滑轮组运行,带动塑料膜放出覆盖盐田,而绳子则连接到盐田上的过道,最后与一个卷扬机相连,卷扬机运动带动滑轮组运动
盐田中的盐在析出以后还要进行翻动,确保盐在结晶过程中生长均匀,颗粒饱满,早期翻盐都需要人力翻动,十分辛苦,现在常用的是活碴机,活碴机通过履带传动,后面有一个翻盐用的盐耙,如图

在经过一段时间的日晒之后,水分蒸发,盐析出到一定程度后就可以用收盐机进行收盐,产出的盐颗粒因为在池内位置的不同而有不同的粒径,如表层一般大于10mm,中层为5mm~10mm,而底层一般小于5mm,产出的盐在通往盐场的堆垛途中还要经过振动筛,通过振动筛去水分和杂质,在堆垛场进一步蒸发及存储
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