Способ концентрирования водных растворов вымораживанием

 

1. СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ВЫМОРАЖИВАНИЕМ, включающий п одачу хладагента, конта его с раствором с образованием крис таллов льда и концентрированного ра -../ вора, сепарацию кристаллов льда от раствора, промывку и плавление льда, отличающийся тем, что,..сцелью снижения содержания примесей в отделенной воде и повышения степени концентрирования раствора путем селективного отбора менее загрязненных и более крупных кристаллов , хладагент подают в газообразном состоянии, а контакт его с раствором осуществляют в режиме флотации . 2. Способ по п. 1, от л.и ч а ю и с я тем, что, с целью повышения его экономичности за счет выделения растворенных веществ в твердой фазе, температуру и кон1дентра- i цию pactBopa поддерживают в области эвтектической точки. bf Ь Cpvt, f

СОЮЗ СОВЕТОНИХ

ОИМВРПЙ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . "-" н автонснамУ СЕИдатВЪСтвУ 1

)1

Р т ду б gee.1

Й bp

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OféÐÛÒÜÉ (21) 3002362/23-26 (22) 10.11..80 (46) 07.04.84. Бюл. Р 13 (72) Л.Ф. Бондаренко, Е.И. Таубман, Л.А. Барский, В.И. Савинкин и Б.Л. Пастушенко

",71) Одесский технологический институт холодильной промышленности и Институт проблем комплексного освоения недр АН СССР (53) 663.635(088,8) (56) 1. Колодин M.Â. Опреснение воды замораживанием. Ашхабад, "Ылым", 1977, с. 32. (54)(57) 1. СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ

ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ВЫМОРАЖИВАНИЕМ, включающий подачу хладагента, контакт

его с раствором с образованием кристаллов льда и концентрированного растЯО.„, 1084037 A вора, сепарацию кристаллов льда от раствора, промывку и плавление льда, отличающийся тем, что,.;с целью снижения содержания примесей в отделенной воде и повышения степени концентрирования раствора путем селективного отбора менее загрязненных и более крупных кристал" лов, хладагент подают в газообразном состоянии, а контакт его с раствором осуществляют в режиме флота-ции.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а— ю щ и й. с я тем, что, с целью новышения его экономичности за счет выделения растворенных веществ в твер- Я дой фазе, температуру и концентрацию раствора поддерживают в области эвтектической точки.

1084037

Изобретение относится к переработке водных растворов неорганических солей и может быть использовано для переработки сточных вод химикотехнологических, гидрометаллургических и других производств с целью выделения пресной воды, уменьшения выбросов со сточными водами и утилизации солей, содержащихся в растворе, а также для концентрирования технологических растворов.

Известен способ концентрирования водных растворов вымораживанием, включающий охлаждение раствора при его контактировании с хладагентом, сепарацию льда от рассола, промывку и плавление льда (1 1

Недостатками данного способа являются низкое качество получаемых пресной воды и рассола из-за наличия в них примесей вредных веществ, применяемых в качестве контактирующего с раствором хладагента, поскольку вскипающие частицы хладагента являются центрами кристаллизации воды, при -этом неизбежны включения агента,в структуру льда (повышенное содержание вредных примесей в продуктах переработки обусловлено растворимостью хладагентов в воде, хотя бы и малой, а также тонкодисперсным эмульгированием), повышенный расход дорогостоящих хладагентов (фреоны, бутан и др.) в связи с их большими утечками с уходящими пресной водой и рассолом, вредное воздействие на ок- 5 ружающую среду вследствие утечек ток:сичных веществ (фреонов, бутана и др.)., 2

Целесообразно температуру н концентрацию раствора поддерживать в области эвтектической точки.

Газообразное состояние хладагента обеспечивает невысокую скорость образования кристаллов льда, что препятствует их загрязнению „растворенными веществами, а флотационный режим контакта хладагента с раствором обуславливает селективный отбор относительно чистых и крупных кристаллов.

На фиг. 1 показана зависимость температуры замерзания воды в зависимости от концентрации соли в растворе1на фиг. 2 — процесс изменения состояния хладагента-газа при его кон{ тактировании с раствором.

Рабочий процесс переработки раствора протекает следующим образом.

Охлажденный воздух через аэратор поступает в нижнюю часть емкости с исходным раствором и в виде пузырьков барботирует через раствор.

При аэрации раствора большим количеством всплывающих воздушных пузырьков образуется ледяная .суспензия в верхней зоне раствора. Образовавшийся лед удаляется съемником, а воздух улавливается и возвращается на дополнительное охлаждение и аэрацию.

Четкая селекция льда,от раствора обеспечивается не только низкой плотностью льда по сравнению с раствором, но и вкраплением воздушных пузырьков в кристаллы льда, ускоряющим процесс всплывания льда.

В случае образования в растворе кристаллов соли за счет снижения темЦель изобретения — снижение содержания примесей в отделенной воде и повышение степени концентрирования раствора путем селективного отбора менее загрязненных и более крупных кристаллов льда, а также повышение его экономичности за счет выделения

45 растворенных веществ в твердой фазе.

Поставленная цель, достигается .тем,что согласно способу концентрирования водных растворов вымораживанием, Ж включающему подачу хладагента, контакт его с раствором с образованием кристаллов льда и концентрированного раствора, сепарацию кристаллов льда от раствора, промывку и плавление льда, хладагент подают в газообразном состоянии, а контакт его с раствором осуществляют в режиме флотации. пературы эти кристаллы седиментационно опускаются в нижнюю часть раствара и могут быть выделены как самостоятельный продукт

Кривая АОЭ на фиг. t характеризует зависимость температуры замерзания воды в водосолевом растворе в зависимости от концентрации соли в растворе.

Точка О (фиг. 1) определяется наивысшей температурой образования льда Ту в растворе исходной концентрации ба и при малых начальных солесодержаниях близка к точке А, характеризующей температуру замерзания чистой воды 7д, равную 273 К.

Например, для водного раствора NaC1 с начальной концентрацией солей

9о = 2 мас.X,70 . 272 К. Точка 9 является эвтектической точкой раст1084037

На фиг. 2 в координатах температура-энтропия представлен процесс изменения состояния хладагента-газа при его контактировании с раствором.

В отличие от изотермического испарения хладагента в способе переработки, являющемся прототипом, в,цанном случае происходит изобарический нагрев хладагента в газовой области его термодинамических параметров.

T„ здесь обозначает температуру хладагента, вступающего в контакт с раствором, Т2 — температуру хладагента, проконтактировавшего с раствором.

3 .вора со строго определенными парамет рами Ь, T . Например, для водного раствора NaC1 B = 23, 3 мас. 7.

ТЭ = 251Э95 К Вдоль кривой 09 происходит выделение кристаллов льда из раствора, в точке 9 образуются также кристаллы солевых гидратов.

На кривой 03 существуют две фазы: рассол доэвтектической концентрации и кристаллы льда, в точке 9 — три фазы: рассол эвтектической концентрации, кристаллы льда и кристаллы солевых гидратов. Например, для раст вора NaC1 с начальной концентрацией

gg = 2 мас.X при исходной температуре

Ti1)T = 272 К. (над кривой 09 ) существует только раствор NaC1+ Н О, на кривой ОЭ раствор NaCi+H20 с концентрацией 8 и температурой Т (причем 6 < В «В, à Т>< Г < Тц ) сосуществует с кристаллами льда Н О, а в точке 9 (S, T3 ) к указанным фазам добавляются кристаллы солевых гидратов NaC1 2Н О. Для получения из раствора концентрата и льда (фиг. 1) необходимо поддерживать температуру раствора Т в пределах T>(Tо < Т, а для, выделения рассола, льда и солевых гидратов температуру раствора. следует снижать вплоть до Т3

Способ

Параметры

Предлагаемый (по способу замораживания при контакте с инертным газом) Прототип (по способу замораживания при контакте с кипящими хладагентами) Исходная концентрация

NaC1 в растворе, 7.

5+10

1+10

0,5+5

0,001

0,001

2+5

Достижимая концентрация.

NaC1 в переработанном рассоле, 7

Концентрация NaCi в отделенной воде, г/л

Концентрация органических примесей в отделенной воде, X

Концентрация органических примесей в рассоле, Е

Степень концентрирования раствора

Температура Т< выбирается из условий Т (Тр, для рассматриваемого примера должна быть Т,, (262 К и, в частности, может быть равна Т = 252 К.

При этом степень концентрирования раствора ьо составит

Р 13

8 г о

В таблице приведены некоторые параметры известного и предлагаемого способов переработки растворов замораживанием (данные исследовапий приведены для концентрирования раствора NaC1 с начальной концентрацией

2 мас.7).

1084037

Способ

Прототип (по способу эаморажива" ния при контакте с кипящими хладаген теми) -Параметры

Степень извлечения пресной воды

0,95

0 5+0. 8

50+100

10+20

0+30

100

100

5 т, Заказ 1855/6

Подпасмое

ЯНИИИИ

Тираж 682

Расход энергии, кВт.ч/т

Загрязнение окружающей среды хладагентами (фреоны и др,), Х г

Потери дорогостоящего хладагента (фреонов) в окружающую среду, Х

Как видно из таблицы, содержание

iNaC1 в отделенной воде для предлагаемого способа меньше, чем для известного способа замораживания через ЗО теплопередающую стенку и при контакте с кипящими хладоносителями. Кроме того, отделенная вода н раствор в предлагаемом способе свободны от примесей органических веществ в от- . З личие от прототипа, существенно выше степень концентрирования, потери дорогостоящих хладагентов и загрязнение окружающей среды в предлагаемом способе значитель- 4п но снижены. рцр нд и уy 7игОфсщу я3е Прошжтнаяр Продолжение таблицы редлагаемый (no спообу замораживания ри контакте с инертым газом) Предлагаемый способ по сравнению с прототипом характеризуется повышенным качеством получаемых пресной воды и рассола вследствие их контактирования с инертным хладагентом — воздухом, не претерпеваюййм в процессе контактирования фазовых превращений, применением доступных и дешевых хладагентов при этом расход дорогостоящих хладагентов (галоидных производных метана) предельно снижен.

Кроме того, предлагаемый способ обеспечивает снижение экологической вредности за счет ликвидации потерь токсичных хладагентов.