CN105174290A - 浓盐水中钾钠盐的分离工艺 - Google Patents

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张小江
周齐
郭亮
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Abstract

本发明公开一种浓盐水中钾钠盐的分离工艺,该工艺通过浓盐水的加热、强制蒸发、氯化钠结晶、浓缩液循环、氯化钾析出以及母液循环等工艺步骤,在高温状态下析出氯化钠,低温状态下析出氯化钾,从而实现了浓盐水中的钾钠盐分离。加热蒸汽在不同的温度下为不同的物料进行加热,同时在各个反应器与管道上设置保温层,充分利用了能源,起到了能量优化作用。本发明蒸发1吨水的能耗大约是传统蒸发器的1/6到1/5,热效率高,功耗低,采用机械蒸汽再压缩技术,使用较少量的鲜蒸汽加热,减少了对锅炉设备的依赖,减少了污染物,对环境无污染,更加节能环保。本发明工艺流程简单,易于实现,自动化程度高,运行成本低,符合可持续发展要求,广泛应用于实际工业生产过程中。

Description

浓盐水中钾钠盐的分离工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及钾钠盐分离的技术领域,尤其涉及一种浓盐水中钾钠盐的分离工艺。
背景技术
[0002] 碱金属无机盐都是可溶性的盐类,特别是K、Na盐,它们在自然界里总是共存的。 目前钾钠分离的方法主要有沉淀法、离子交换法、色谱法、萃取法等。沉淀法为K、Na分离 的传统方法,主要是利用其在不同温度下溶解度不同而得以实现的,然而采用这种方法所 得产品质量相对较差,经多次重结晶后,钾盐依然含有1~2%的Na。而离子交换法和色谱法 需要消耗大量昂贵溶剂,生产成本较高。随着生产和科学技术的发展,在实践中常需要高纯 度的钾盐,为此,研制开发一种工艺简单,成本较低,所得产品纯度高的钾钠分离新方法具 有十分重要的意义。
[0003] 据此,在中国发明专利申请公布号为"CN 103555969 A",专利名称为"一种钾钠分 离新方法"的专利文件中公开了一种钾钠分离新方法,包括萃取、洗涤、二次萃取和二次洗 涤过程,具体包括:采用t-BAMBP二甲苯体系对碳酸钾、碳酸钠的氢氧化钠溶液进行萃取, 得到负载有机相I和萃余液I,萃余液I浓缩提取钠;用清水对负载有机相I进行洗涤,得 到洗涤后水相和洗涤后有机相;采用t-BAMBP二甲苯体系对洗涤后的水相进行二次萃取, 得到负载有机相II和萃余液II,萃余液II浓缩提取钠;对二次萃取后的负载有机相II 进行二次洗涤,得到高纯含钾溶液。本发明具有工艺简单,成本较低,所得产品纯度高的优 点。
[0004] 然而,该发明的分离成本依然比较高,而且该分离工艺不适于投入大批量的实际 工业生产过程中,所以新型节能环保又适于大批量的世纪工业生产的分离工艺亟待开发。
发明内容
[0005] 针对上述技术中存在的不足之处,本发明提供一种低能耗、适于工业生产的浓盐 水中钾钠盐的分离工艺。
[0006]为了达到上述目的,本发明一种浓盐水中钾钠盐的分离工艺,包括以下工艺步 骤: 51 :浓盐水的加热,将浓盐水先后通过蒸馏水板换和鲜蒸汽板换,加热至107°C ; 52 :强制蒸发,加热后的物料由进料栗打入强制循环蒸发器,进行强制循环加热蒸发, 同时启动压缩机,开始浓缩,直至溶液中氯化钠浓度浓缩达到过饱和状态; 53 :氯化钠结晶,强制循环蒸发器中的过饱和母液进入结晶分离器中进行闪蒸和气液 分离反应,氯化钠晶粒在结晶分离器中被淘析、结晶,长大后的晶粒沉淀在结晶分离器盐腿 段; S4:浓缩液循环,强制循环蒸发器中的未饱和浓缩液进入强制循环栗,强制循环栗将未 饱和浓缩液再次打入强制循环蒸发器中进一步浓缩; S5 :氯化钾析出,将析钠母液通过析钠母液栗加入到真空反应釜中进行浓缩,启动真空 栗并打开冷却水,使其温度降低到40°C,浓缩到氯化钾过饱和时,氯化钾析出; S6 :母液循环,将析钾母液通过螺旋板换后加热至107°C,再次打入强制循环蒸发器中 循环蒸发。
[0007] 其中,Sl中的蒸馏水板换过程中使用的换热设备为螺旋板式换热器,换热器中的 换热液体为S2中强制循环蒸发器的二次蒸汽冷凝液;所述鲜蒸汽板换过程中的换热设备 为波纹板式换热器,所述鲜蒸汽的温度为120°C。
[0008] 其中,S2中的强制循环蒸发器包括第一循环蒸发器和第二循环蒸发器,经过第一 循环蒸发器蒸发的过饱和母液进入结晶分离器中,未饱和的浓缩液由强制循环栗打入第二 循环蒸发器继续蒸发后再次进入结晶分离器中。
[0009] 其中,所述第一循环蒸发器和第二循环蒸发器均为固定管板式换热器,所述固定 管板式换热器的壳程腔体中设置有鲜蒸汽进气口,向固定管板式换热器中通入鲜蒸汽。
[0010] 其中,经第一循环蒸发器蒸发的过饱和母液经强制循环栗打入第二循环蒸发器, 经第二循环蒸发器蒸发的过饱和母液从结晶分离器侧壁中间位置的进液管道直接通入结 晶分离器分离腔正中间。
[0011] 其中,所述结晶分离器的气相段设置有二级除沫装置,在有限的流动空间中对二 次蒸汽进行充分分离和过滤,同时减少气体中液体的夹带,保持其流畅的通道;所述结晶分 离器的固相段包括结晶沉降段和盐腿段,氯化钠结晶在结晶沉降段中沉降,并在盐腿段富 集,在通过出料栗输送到稠厚器中。
[0012] 其中,S3中结晶分离器底部产生的氯化钠晶体先通过出料栗打入稠厚器中,氯化 钠晶体在稠厚器中进行晶粒富集,然后通过离心机分离出氯化钠,分离后的析钠母液进入 真空反应爸。
[0013] 其中,S3和S4之间设置有析钠母液罐,所述析钠母液罐中的氯化钠的质量分数降 大于16. 08%时,将母液打循环继续蒸发,直达达到16. 08%,此时浓缩液中氯化钠和氯化钾 达到共饱点,此时用析钠母液栗将析钠母液输送至真空反应釜进行冷却浓缩。
[0014] 其中,S5中的真空反应釜包括多个并列连接的真空反应釜,多个真空反应釜间歇 进行析钾反应,析钾后的物料打入离心机中进行固液分离,固相氯化钾析出打包外运,液相 析钾母液回流到螺旋板换中进行预热后,进入强制循环蒸发器继续蒸发浓缩。
[0015] 其中,在S5和S6之间还包括母液去重金属步骤,经由离心机分离的液相析钾母液 储存到析钾母液罐中,再通过无机沉淀方式将析钾母液中的重金属去除,净化后的析钾母 液回流到螺旋板换中进行预热后,进入强制循环蒸发器继续蒸发浓缩。
[0016] 本发明的有益效果是: 与现有技术相比,本发明的钾钠盐分离工艺通过高温状态下将过饱和氯化钠析出,在 低温状态下将过饱和氯化钾析出,从而实现了浓盐水中的钾钠盐分离。加热蒸汽在不同的 温度下为不同的物料进行加热,同时在各个反应器与管道上设置保温层,充分利用了能源, 起到了能量优化作用。本发明蒸发1吨水的能耗大约是传统蒸发器的1/6到1/5,热效率 高,功耗低,采用机械蒸汽再压缩技术,使用较少量的鲜蒸汽加热,减少了对锅炉设备的依 赖,减少了污染物,对环境无污染,更加节能环保。本发明工艺流程简单,易于实现,自动化 程度高,运行成本低,符合可持续发展要求,广泛应用于实际工业生产过程中。
附图说明
[0017] 图1为本发明浓盐水中钾钠盐的分离工艺的物料流程图; 图2、图3为本发明浓盐水中钾钠盐的分离工艺的PI&D图。
[0018] 主要元件符号说明如下: PO 1、强制循环栗 1、第一循环蒸发器 HE02、第二循环蒸发器 SE01、结晶分离器 HE03、蒸馏水板换 HE04、鲜蒸汽板换 TCO1、析钠母液罐 TO1、稠厚器 T02、真空反应釜 CCOl、离心机。
具体实施方式
[0019] 为了更清楚地表述本发明,下面结合附图对本发明作进一步地描述。
[0020] 实施例1 参阅图1-3,一种浓盐水中钾钠盐的分离工艺,包括以下工艺步骤: 51 :浓盐水的氯化钠质量分数为10.61%、氯化钾5.28% (以质量百分比计),流量 为15. Ot/h,由原料栗将浓盐水先后输送至蒸馏水板换HE03和鲜蒸汽板换HE04,加热至 107°C,此处的加热温度与工艺中设计的蒸发温度有关; 52 :加热后的物料进入温度为113°C的第一循环蒸发器HE01,通过强制循环栗再打入 第二循环蒸发器ffi〇2,进行强制循环加热蒸发,同时启动压缩机,开始浓缩,直至压强为 158. 3KPa,且蒸发至氯化钠浓缩达到过饱和状态; 53 :经过第二循环蒸发器HE02蒸发的过饱和母液进入结晶分离器SEOl中,进行闪蒸和 气液分离反应,氯化钠晶粒在结晶分离器SEOl中被淘析、结晶,长大后的晶粒沉淀在结晶 分离器SEOl底部; 54 :未饱和的浓缩液由强制循环栗POl打入温度为113°C的第一循环蒸发器HEOl和第 二循环蒸发器ffi〇2继续蒸发后再次进入结晶分离器SEOl中,强制循环蒸发器中的过饱和 母液进入结晶分离器SEOl中; 55 :将析钠母液通过析钠母液栗加入到真空反应釜T02中进行浓缩,启动真空栗并打 开冷却水,使其温度降低到40°C,通过搪瓷釜冷却达到的最佳工况是能冷却到40°C,在低 的温度很难在生产中达到。冷却浓缩到氯化钾过饱和时,氯化钾析出,氯化钾的析出量为 792kg/h; 56 :母液循环,将析钾母液通过螺旋板换HE05后加热至107°C,再次打入强制循环蒸发 器中循环蒸发。
[0021] 在本实施例中,Sl中的蒸馏水板换HE03过程中使用的换热设备为螺旋板换热器, 换热溶液为S2中强制循环蒸发器的二次蒸汽冷凝液;鲜蒸汽板换HE04过程中的换热设备 为波纹板式换热器,鲜蒸汽的温度为120°C,流量为1300kg/h。
[0022] 在本实施例中,S4中结晶分离器SEOl底部产生的氯化钠晶体先通过出料栗打入 稠厚器TOl中,氯化钠晶体在稠厚器TOl中进行晶粒富集,然后通过离心机CCOl分离出氯 化钠,氯化钠的产率为1591kg/h,分离后的析钠母液进入真空反应釜T02。
[0023]在本实施例中,S4和S5之间设置有析钠母液罐TCOl,析钠母液罐TCOl中的氯化 钠的质量分数降低到16. 08%时,析钠母液栗才将析钠母液输送至真空反应釜T02进行浓 缩,蒸发过程中由于析出氯化钠,氯化钠的质量分数降低,16. 08%为氯化钠和氯化钾溶液共 饱时的含量。
Figure CN105174290AD00071
[0024] 实施例2 将28. 75吨含氯化钠12. 88%、氯化钾8. 15% (以质量百分比计)的浓盐水A经栗打入螺 旋板换热器内,在螺旋板换热器内的浓盐水A与强制循环蒸发器中的二次蒸汽冷凝液进行 热交换。浓盐水A经过一次预热后,进入板式换热器,在板式换热器内,浓盐水A与鲜蒸汽 B进行热交换。浓盐水A经过二次预热后温度升至107°C,被送入强制循环蒸发器,在预热 后的原液A进入到强制循环蒸发器的同时,启动压缩机,开始蒸发。
[0025] 当浓盐水A浓缩到氯化钠过饱和时,过饱和母液进入结晶分离器SE01,在结晶分 离器SE018中进行闪蒸与汽液分离,浓缩液通过强制循环栗POl输送至强制循环蒸发器,作 进一步浓缩。氯化钠晶粒在结晶分离器SEOl内被淘析、结晶、缓慢成长,长大后的晶粒沉淀 在结晶分离器SEOl底部。用出料栗将含结晶浓缩液打入稠厚器TOl中进行晶粒富集,然后 通过离心机CCO1分离出氯化钠,分离后的母液I进入析钠母液罐TCO1。蒸发器内的二次蒸 汽冷却水进入蒸馏水罐,通过螺旋板换热器预热浓盐水A。
[0026] 当硝液中氯化钠浓度降到16. 08%时(以质量百分比计),将浓缩后母液I用析钠母 液栗将其输送至真空反应釜T02中进行浓缩,启动真空栗,反应釜及反应釜夹套内通入冷 却水,开始浓缩,并适当通入浓盐水,当浓缩到氯化钾过饱和时,开始出氯化钾物料,母液II 相图点向40°C的三相点接近后,含结晶母液进入离心机CCO1分离出氯化钾,母液II经过螺 旋板换热器,与鲜蒸汽B进行热交换后,升温至107°C,再被送入强制循环蒸发器开始循环 蒸发。工艺参数如下:
Figure CN105174290AD00081
本发明的优势在于: 1、加热蒸汽在不同的温度下为不同的物料进行加热,同时在各个反应器与管道上设置 保温层,充分利用了能源,减少了能量的损耗。
[0027] 2本发明蒸发吨水的能耗大约是传统蒸发器的1/6到1/5,热效率高,功耗低,采 用机械蒸汽再压缩技术,使用较少量的鲜蒸汽加热,减少了对锅炉设备的依赖,减少了污染 物,对环境无污染,更加节能环保。
[0028] 3、本发明工艺流程简单,易于实现,自动化程度高,运行成本低,符合可持续发展 要求,广泛应用于实际工业生产过程中。
[0029] 以上公开的仅为本发明的几个具体实施例,但是本发明并非局限于此,任何本领 域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1. 一种浓盐水中钾钠盐的分离工艺,其特征在于,包括以下工艺步骤: 51 :浓盐水的加热:将浓盐水先后通过蒸馏水板换和鲜蒸汽板换,加热至107°C,因为 我们的强制循环换热器设定的蒸发温度是95°C,溶液沸点升高温度是12°C,液相最终温度 即为107°C; 52 :强制蒸发:加热后的物料由进料栗打入强制循环蒸发器,进行强制循环加热蒸发, 同时启动压缩机,开始浓缩,直至氯化钠浓缩达到过饱和状态; 53 :氯化钠结晶:强制循环蒸发器中的过饱和母液进入结晶分离器中进行闪蒸和气液 分离反应,氯化钠晶粒在结晶分离器中被淘析、结晶,长大后的晶粒沉淀在结晶分离器底 部; 54 :浓缩液循环:强制循环蒸发器中的未饱和浓缩液进入强制循环栗,强制循环栗将 未饱和浓缩液再次打入强制循环蒸发器中进一步浓缩; 55 :氯化钾析出:将析钠母液通过析钠母液栗打入到真空反应釜中进行浓缩,启动真 空栗并打开冷却水,使其温度降低到40°C,浓缩到氯化钾过饱和时,氯化钾析出; 56 :母液循环:将析钾母液通过鲜蒸汽板换后加热至107°C,再次打入强制循环蒸发器 中循环蒸发。
2. 根据权利要求1所述的浓盐水中钾钠盐的分离工艺,其特征在于,Sl中的蒸馏水板 换过程中使用的换热设备为螺旋板换热器,换热器中的换热液体为S2中强制循环蒸发器 的二次蒸汽冷凝液;所述鲜蒸汽板换过程中的换热设备为板式换热器,所述鲜蒸汽的温度 为 120°C。
3. 根据权利要求1所述的浓盐水中钾钠盐的分离工艺,其特征在于,S2中的强制循环 蒸发器包括第一循环蒸发器和第二循环蒸发器,经过第一循环蒸发器蒸发的过饱和母液进 入结晶分离器中,未饱和的浓缩液由强制循环栗打入第二循环蒸发器继续蒸发后再次进入 结晶分离器中。
4. 根据权利要求3所述的浓盐水中钾钠盐的分离工艺,其特征在于,所述第一循环蒸 发器和第二循环蒸发器均为固定管板式换热器,所述固定管板式换热器的壳程腔体中设置 有多个鲜蒸汽进气口,多个鲜蒸汽进气口同时向固定管板式换热器中通入鲜蒸汽。
5. 根据权利要求3所述的浓盐水中钾钠盐的分离工艺,其特征在于,经第一循环蒸发 器蒸发的过饱和母液从结晶分离器中的下侧壁进液孔进入结晶分离器,经第二循环蒸发器 蒸发的过饱和母液从结晶分离器侧壁中间位置的进液管道直接通入反应腔正中间。
6. 根据权利要求1所述的浓盐水中钾钠盐的分离工艺,其特征在于,S3中结晶分离 器底部产生的氯化钠晶体先通过出料栗打入稠厚器中,氯化钠晶体在稠厚器中进行晶粒富 集,然后通过离心机分离出氯化钠,分离后的析钠母液进入真空反应釜。
7. 根据权利要求1所述的浓盐水中钾钠盐的分离工艺,其特征在于,S3和S4之间设置 有析钠母液罐,所述析钠母液罐中的氯化钠的质量分数降大于16. 08%时,将母液打循环继 续蒸发,直达达到16. 08%,此时浓缩液中氯化钠和氯化钾达到共饱点,此时用析钠母液栗将 析钠母液输送至真空反应釜进行冷却浓缩。
8. 根据权利要求1所述的浓盐水中钾钠盐的分离工艺,其特征在于,S5中的真空反应 釜包括多个并列连接的真空反应釜,多个真空反应釜间歇进行析钾反应,析钾后的物料打 入离心机中进行固液分离,固相氯化钾析出打包外运,液相析钾母液回流到螺旋板换中进 行预热后,进入强制循环蒸发器继续蒸发浓缩。
9.根据权利要求8所述的浓盐水中钾钠盐的分离工艺,其特征在于,在S5和S6之间还 包括母液去重金属步骤,经由离心机分离的液相析钾母液储存到析钾母液罐中,再通过无 机沉淀方式将析钾母液中的重金属去除,净化后的析钾母液回流到蒸馏水板换和鲜蒸汽板 换中。
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