Способ концентрирования водных растворов вымораживанием

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРГВ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТЮ ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ С ЗОБРЕТ(21) 3002362/23-26 . вора, сепарацию кристаллов льда от(72) Л,ф. Бондаренко, Е.И. Таубман, тем, что,.;сцелью снижения содержанияЛ.А. Барский, В.И. Савинкин . примесей в отделенной воде и повышен Б.Л. Пастушенко ния степени концентрирования раство"",71) Одесский технологический инсти- ра путем селективного отбора менеетут холодильной промышленности загрязненных и более крупных кристали Институт проблем комплексного лов, хладагент подают в газообразосвоения недр АН СССР . ,ном состоянии, а контакт его с раст(53) 663.635(088.8) вором осуществляют в режиме флота".(54)(57) 1. СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ . шения его экономичности за счет выВОДНЫХ РАСТВОРОВ ВЫМОРАЖИВАНИЕМ, .деления растворенных веществ в твер-включающий подачу хладагента, контакт дой фазе, температуру и концентраего с раствором с образованием крис- цию раствора поддерживают в областиталлов льда и концентрированного раст- эвтектической точки. 41084037 Изобретение относится к переработке водных растворов неорганических солей и может быть использованодля переработки сточных вод химикотехнологических, гидрометаллургических и других производств с цельювыделения пресной воды, уменьшениявыбросов со сточными водами и утилизации солей, содержащихся в растворе,а также для концентрирования технологических растворов.Известен способ концентрированияводных растворов вымораживанием,включающий охлаждение раствора приего контактирование с хладагентом,сепарацию льда от рассола, промывкуи плавление льда 1 1Недостатками данного способа являются низкое качество получаемыхпресной воды и рассола 1 из-за наличияв них примесей вредных веществ,применяемых в качестве контактирую-.щего с раствором хладагента, поскольку вскипающие частицы хладагентаявляются центрами кристаллизацииводы, при этом неизбежны включенияагента,в структуру льда (повышенноесодержание вредных примесей в продуктах переработки обусловлено растворимостью хладагентов в воде, хотябы и малой, а также тонкодисперснымэмульгированием), повышенный расходдорогостоящих хладагентов (фреоны,бутан и др.) в связи с их большимиутечками с уходящими пресной водой ирассолом, вредное воздействие на окружающую среду вследствие утечек ток:сичных веществ (фреонов, бутана и др.).,2Целесообразно температуру н концентрацию раствора поддерживать вобласти эвтектической точки.Газообразное состояние хладагентаобеспечивает невысокую скорость образования кристаллов льда, что препятствует их загрязнению растворенными веществами, а флотационный режимконтакта хладагента с раствором обуславливает селективный отбор относительно чистых и крупных кристаллов.На фиг. 1 показана зависимостьтемпературы замерзания воды в зависимости от концентрации соли в растворена фиг. 2 - процесс изменениясостояния хладагента-газа при его контактировании с раствором.Рабочий процесс переработки раствора протекает следующим образом.Охлажденный воздух через аэраторпоступает в нижнюю часть емкости сисходным раствором и в виде пузырьков барботирует через раствор.При аэрации раствора большим количеством всплывающих воздушных пузырьков образуется ледяная .суспензияв верхней зоне раствора. Образовавшийся лед удаляется съемником, авоздух улавливается и возвращаетсяна дополнительное охлаждение и аэрацию,Четкая селекция льда,от раствораобеспечивается 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 выделения45 растворенных веществ в твердой фазе. Поставленная цель, достигается .тем,что согласно способу концентрирования водных растворов вымораживанием, 5 О включающему подачу хладагента, контакт его с раствором с образованием кристаллов льда и концентрированного раствора, сепарацию кристаллов льда от раствора, промывку и плавление 55 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. 1 характеризует зависимость температуры замерзания воды в водосолевом растворев зависимости от концентрации солив растворе.Точка О (фиг. 1) определяетсянаивысшей температурой образования льда Тд в растворе исходной концентрации ба и при малых начальных соле- содержаниях близка к точке А, характеризующей температуру замерзания чистой воды Тд , равную 273 К. Например, для водного раствора ЯаС 1 с начальной концентрацией солей 90 = 2 мас.Ж,ТО . 272 К. Точка 3 является эвтектической точкой раст10840374На фиг. 2 в координатах температура-энтропия представлен процессизменения состояния хладагента-газапри его контактировании с раствором.5В отличие от изотермического испарения хладагента в способе переработки, являющемся прототипом, в,цанном случае происходит изобарическийнагрев хладагента в газовой области10 его термодинамических параметров.Т здесь обозначает температурухладагента, вступающего в контакт сраствором, Т 2 - температуру хладагента, проконтактировавшего с раствором. 3евора со строго определенными параметрами Ь , Т . Например, для водногораствора ВаС 1 9= 23,3 мас.Е,Т = 251,95 К. Вдоль кривой ОЭ происходит выделение кристаллов льдаиз раствора, в точке 3 образуютсятакже кристаллы солевых гидратов.На кривой 03 существуют две фазы:рассол доэвтектической концентрациии кристаллы льда, в точке Э - трифазы: рассол эвтектической концентрации, кРисталлы льда и кристаллысолевых гидратов, Например, для раствора ИаС 1 с начальной концентрациейбв = 2 мас.Х при исходной температуреТ 11 Т= 272 К. (над кривой 09 )ествует тльо раствор МС 1+ Н 20на кривой ОЭ раствор ИаС 1+Н 20 с концентрацией 8 и температурой Т (причем 9ВВ, а Т Т(То ) сосуществует с кристаллами льда Н 20, ав точке 3 (В, Тэ ) к указанным фазам добавляются кристаллы солевыхгидратов МаС 1 2 НО. Для получения израствора концентрата и льда (фиг. 1)необходимо поддерживать температурураствора ТР в пределах Т( ТРТ,а для, выделения рассола, льда и солевых гидратов температуру раствора.следует снижать вплоть до Т 30 Способ Параметры Прототип (по способу замораживанияпри контакте с кипящими хладагентами) Исходная концентрацияМаС 1 в растворе, 7. 2 20 5+10 1+10 0,5+5 0,001 0,001 10 Достижимая концентрацияЯаС 1 в переработанномрассоле, 7 Концентрация МаС 1в отделенной воде, г/л Концентрация органическихпримесей в отделеннойводе, Е Концентрация органическихпримесей в рассоле, ЕСтепень концентрированияраствора Температура Т выбирается из условий Т 1( ТР, для рассматриваемого примера должна быть Т ( 2 б 2 К и, в частности, может быть равна Т 1 = 252 К, При этом степень концентрирования раствора о составитР 138 гоВ таблице приведены некоторые параметры известного и предлагаемого способов переработки растворов замораживанием (данные исследовапий приведены для концентрирования раствора ИаС 1 с начальной концентрацией 2 мас.7).Предлагаемый (по способу замораживанияпри контакте с инертным газом)1084037 Ь Способ Прототип (по способу эаморажива" ния при контакте с кипящими хладагентеми) Параметры Степень извлеченияпресной воды 0,95 0,5+0.,8 50+100 10+20 0+30 100 100 3 ВИИИИТираж 682 аказ 1855/6Подпасаое Расход энергии, кВт.ч/т Загрязнение окружающейсреды хладагентами(фреоны и др,), Х Потери дорогостоящегохладагента (фреонов)в окружающую среду, Х Как видно из таблицы, содержание ,йаС 1 в отделенной воде для предлагаемого способа меньше, чем для известного способа замораживания через 30 теплопередающую стенку и при контакте с кипящими хладоносителями. Кро" ме того, отделенная вода н раствор в предлагаемом способе свободны от примесей органических веществ в от- . 3 личие от прототипа, существенно выше степень концентрирования, потери дорогостоящих хладагентов и загрязнение окружающей среды в предлагаемом способе значитель- б но снижены.Продолжение таблицы редлагаемый (по спообу замораживанияри 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 претерпевакяЬм 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 токфгсичных хладагентов.