Способ извлечения солей из растворов

 

Использование: очистка растворов кристаллизацией. Сущность изобретения: извлечение солей из растворов путем кристаллизации при выпаривании производят после разделения раствора нанофильтрацией на два потока с составами, лежащими на изотермическом сечении диаграммы фазовых равновесий обрабатываемой системы по разную сторону от луча кристаллизации раствора эвтонического состава. Полученные после кристаллизации солей маточные растворы возврашаются в цикл. Техническим результатом изобретения является более полное и качественное выделение солей из растворов. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, конкретнее к области создания бессточных схем водоочистки за счет полного разделения растворов солей на сухой продукт (соли, соответствующие требованиям ГОСТ) и воду.

Наиболее близким к изобретению является способ выделения солей из растворов путем кристаллизации выпариванием солей при двух температурах, основанный на различии концентраций эвтонических точек при различных температурах и соответственно на переходе из области кристаллизации одной соли в область кристаллизации другой при изменении температуры обрабатываемого раствора.

Недостатком данного способа является сложность контролирования процесса из-за близости нахождения концентраций эвтонических точек при различных температурах, что обусловливает низкое качество получаемого продукта.

Техническим результатом изобретения является более полное и качественное выделение солей из растворов.

Повышенное качество разделения растворов на сухой продукт и воду достигается тем, что извлечение солей из растворов путем кристаллизации при выпаривании производят после разделения раствора нанофильтрацией на два потока с составами, лежащими на изотермическом сечении диаграммы фазовых равновесий рассматриваемой системы по разную сторону от луча кристаллизации эвтонического раствора, с последующим раздельным извлечением этих солей из полученных растворов кристаллизацией за счет выпаривания их до эвтонического состава и возвращением остаточных маточных растворов в цикл.

Отличительным признаком заявляемого способа является то, что раствор разделяют нанофильтрацией на два потока с составами, лежащими в концентрационном треугольнике по разную сторону от луча кристаллизации эвтонического раствора, с последующим раздельным извлечением этих солей из полученных расторов кристаллизацией за счет выпаривания их до эвтонического состава и возвращением остаточных маточных растворов в цикл.

На фиг. 1 изображена схема извлечения солей из раствора. Установка состоит из нанофильтрационного аппарата 1 и испарителей-кристаллизаторов 2 и 3.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом: на ступени 1 происходит нанофильтрационное разделение раствора на два потока. При этом процесс нанофильтрации ведут в таких режимах, при которых раствор, состав которого соответствует на схематическом изотермическом сечении диаграммы фазовых равновесий системы Н₂О-Соль1-Соль2, не образующей двойных солей (фиг. 2) точке А, разделяется на фильтрат и концентрат, составы которых соответствуют точкам В и С, лежащим по разные стороны луча, соединяющего точку Н₂О с точкой Е, соответствующей раствору эвтонического состава. Полученные после нанофильтрационного разделения растворы выпариваются в испарителях 2 и 3 с получением двух солей. Изменение состава этих растворов, происходящее при выпаривании (отрезки ВК и СР) и кристаллизации (кривые КМ и РН), показаны на фиг. 2. Процесс кристаллизации прекращают не доходя до эвтонической точки Е, чтобы избежать загрязнения солей за счет их совместного выделения. Маточный раствор с 2 и 3 ступеней возвращают в цикл на ступень 1.

Если в системе, из которой требуется извлечь соли, существует более одной эвтонической точки (фиг.3), то процесс нанофильтрационного разделения проводят таким образом, чтобы из исходного раствора состава, соответствующего точке A' на фиг.3, получать концентрат и фильтрат составов, соответствующих точкам B' и C' на фиг.3, лежащим на изотермическом сечении диаграммы фазовых равновесий по разную сторону от лучей кристаллизации соответствующих эвтонических растворов.

П р и м е р 1. Исходный раствор хлорида и сульфата натрия с концентрацией NaCl 80 г/л, Na₂SO₄ 25 г/л подают с расходом 1 м³/ч на нанофильтрационное разделение, где получают 0,77 м³/ч фильтрата, содержащего NaCl 80 г/л, Na₂SO₄ 2,3 г/л, и 0,23 м³/ч концентрата, содержащего NaCl 80 г/л, Na₂SO₄ 101 г/л. Далее фильтрат упаривают в 13 раз, получая 45,8 кг/ч хлорида натрия, при этом концентрация сульфата натрия в растворе достигает 30 г/л. Концентрат нанофильтрационного разделения упаривают в 2,75 раза с выделением 18,6 кг/ч сульфата натрия, при этом его содержание в растворе снизится до 55 г/л. Маточный раствор со ступени выпаривания фильтрата, содержащий 266 г/л NaCl и 30 г/л Na₂SO₄ c расходом 0,06 м³/ч возвращается в цикл на ступень нанофильтрационного разделения. Туда же возвращается и маточный раствор, полученный после выпаривания концентрата, с расходом 0,08 м³/ч и концентрацией 220 г/л NaCl и 55 г/л Na₂SO₄.

П р и м е р 2. Исходный раствор хлорида и сульфата натрия с концентрацией Na₂SO₄ 120 г/л и NaCl 10 г/л и расходом 1 м³/ч выпаривают с кристаллизацией 117 кг сульфата натрия при 100^оС до концентрации примерно NaCl 200 г/л, Na₂SO₄ от 63 г/л с расходом на выходе 0,05 м³/ч. Затем раствор разбавляют в 2,5 раза до объема 0,125 м³/ч и концентрации NaCl 80 г/л и Na₂SO₄ 25,2 г/л, после чего подают на нанофильтрационное разделение, где получают 0,096 м³/ч фильтрата с концентрацией NaCl 80 г/л, Na₂SO₄ 2,3 г/л и 0,029 м³/ч концентрата с концентрацией NaCl 80 г/л, Na₂SO₄ 100 г/л. Далее фильтрат упаривают в 13 раз, получая 5,7 кг/ч хлорида натрия. При этом концентрация сульфата натрия в растворе достигает 30 г/л. Концентрат нанофильтрационного разделения упаривают в 2,75 раз с выделением 2,3 кг/ч сульфата натрия, причем содержание его в растворе уменьшается до 55 г/л. Маточный раствор со ступени выпаривания фильтрата, содержащий 266 г/л NaCl и 30 г/л Na₂SO₄, c расходом 0,007 м³/ч возвращается в цикл на ступень нанофильтрационного разделения. Туда же возвращается и маточный раствор, полученный после выпаривания концентрата с расходом 0,01 м³/ч и концентрацией 220 г/л NaCl и 55 г/л Na₂SO₄.

П р и м е р 3. Исходный раствор содержит 0,96 г/л SO₄^2-, 1,51 г/л Cl^-, 0,62 г/л Na⁺, 0,43 г/л Mg²⁺. Концентрации растворов на всех ступенях процесса представлены в таблице.

На фиг. 4-5 изображены изотермы растворимости системы Na⁺, Mg²⁺ Cl^-, SO₄^2- при 55^оС (фиг.4) и при 100^оС (фиг.5) с фазовыми областями: 1 Na₂SO₄; 2 9Na₂SO₄; MgSO_4˙3NaCl; 3 NaCl; 4 3Na₂SO₄х хMgSO₄; 5 MgCl₂˙6H₂O; 6 MgCl₂˙H₂O; 7 Na₂SO₄˙MgSO₄˙2,5H₂O; 8 Na₂SO₄ x x MgSO₄˙4H₂O; 9 MgSO₄˙6H₂O. Указанный исходный раствор с раcходом 1 м³/ч (точка А), из которого при простом выпаривании кристаллизуется двойная соль Na₂SO₄˙MgSO₄ x x 4H₂O, подают на нанофильтрационное разделение, где получают 0,8 м³/ч фильтрата (точка В на фиг. 4) и 0,2 м³/ч концентрата (точка С на фиг.5). Далее из фильтрата кристаллизуют при 39,5-кратном выпаривании при 55^оС 1,1 кг/ч хлорида натрия (точка B' на фиг.4), а из концентрата при 3,8-кратном выпаривании при 100^оС кристаллогидрат сульфата магния 0,5 кг/ч в пересчете на сульфат магния (точка C' на фиг. 5). Маточные растворы состава, близкого к эвтоническому, возвращаются в цикл.

Преимущество заявляемого способа заключается в том, что получаемые соли кристаллизуются в области, достаточно далекой от эвтонического состава, т.е. предлагаемый способ позволит получать более чистый продукт при полной переработке раствора.

Таким образом, благодаря новым отличительным признакам, заключающимся в нанофильтрационном разделении раствора на два потока с составами, лежащими в областях кристаллизации различных солей, и последующей раздельной кристаллизацией выпариванием этих солей из полученных растворов с возвращением маточных растворов в цикл, достигается указанный технический результат.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ СОЛЕЙ ИЗ РАСТВОРОВ путем кристаллизации при выпаривании, отличающийся тем, что раствор разделяют нанофильтрацией на два потока с составами, лежащими на изотермическом сечении диаграммы фазовых равновесий по разную сторону от луча кристаллизации эвтонического раствора, извлекают эти соли из полученных растворов кристаллизацией за счет выпаривания их до эвтонического состава и возвращают остаточные маточные растворы в цикл.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор солей, способных образовывать двойные соли, разделяют на два потока с составами, лежащими на изотермическом сечении диаграммы фазовых равновесий по разную сторону от лучей кристаллизации соответствующих эвтонических растворов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7