基于BOX-Behnken响应曲面法的KNO3盐垢结垢速率影响参数研究*

屠兰英，赵启文，曹建芳，任春婷

（青海大学化工学院，青海西宁810016）

青海硝酸钾企业中，常以氯化钾与硝酸铵为原料经复分解反应制备硝酸钾。在KNO3冷却结晶单元操作中，设备及管道中常出现一个难以避免的问题，即设备及管道腐蚀结垢而严重影响生产中的传质传热效率。而垢层的形成是一个复杂过程，经过对垢层的成分分析可知垢层产生原理。硝酸钾晶体与原料中夹带的硫酸钙、氯化钠、泥沙等杂质结合后会形成在水中不溶、微溶或难溶的物质，这些物质经过沉积成为盐垢。这些盐垢不仅影响传质传热效率，更甚者会阻塞管道［1-4］。响应曲面法（RSM）是一种多元分析方法，广泛应用于生物、食品等领域的工艺优化研究。RSM通过建立二次多项式模型来拟合因子与响应值之间的函数方程，以确定因子间相互作用及因子对响应值的影响进行优化设计和评价［5-6］。本研究以搅拌速度、与K+物质的量比、过饱和度、溶液pH为影响因素，以结垢速率为响应值，采用4种常用钢材得到KNO3生产过程中的最低结垢速率及优化工艺参数。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

试剂：氯化钾（工业级），购于青海盐湖钾肥股份有限公司；硝酸铵（AR），烟台市双双化工有限公司、盐酸（工业级)，南通凯瑞化工有限公司。

仪器：D-2000-Y-3型电动搅拌器、HH-6型数显恒温水浴锅、AL104型电子天平、DT-1001A型电子天平等。

1.2 研究方法

实验以实际KNO3化工生产过程的工艺参数为基准，以常用化工设备材质20#钢、316不锈钢、A3钢、304不锈钢的金属挂片的结垢速率为衡量标准，通过改变搅拌速度、与K+物质的量比、过饱和度、溶液pH等操作条件，探讨各因素对结垢情况的影响，并最终选出影响较大的4个因素。……