CN109833641A - 一种浓盐水结晶系统及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浓盐水结晶系统及使用方法，本发明的浓盐水结晶系统包括依次顺序相连的浓盐水储罐、混合罐、晶体分离罐，渗透汽化系统，渗透汽化系统包括依次相连的加热系统、多级渗透汽化膜组件、溶析剂储罐；晶体分离罐的上清液出口连接所述渗透汽化系统的进料口；溶析剂储罐的所述溶析剂储罐的出口与所述混合罐相连；多级渗透汽化膜组件的膜透过侧通过真空泵抽真空或气体吹扫形成负压环境。本发明将溶析结晶技术和渗透汽化技术耦合用于浓盐水结晶，实现了溶析剂的循环利用，减少了溶析剂的损耗，通过渗透汽化膜组件的多级布置，可以针对不同进料的含水率进行处理，优化了渗透汽化技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种高盐废水处理技术领域，特别涉及一种浓盐水结晶系统及使用方法。
背景技术
溶析结晶技术是浓盐水处理的一个重要处理方式。溶析结晶操作温度低，能耗低，并且适用于溶质的溶解度随温度及压力的变化较小溶质难以析出的情况。在溶析结晶过程中，需要加入一定量的溶析剂，对于浓盐废水，溶析剂为易溶于水的有机物。而为了尽可能多的得到晶体产品，需要在溶液中加入大量的溶析剂，溶析结晶过程中溶析溶的加入量通常大于50％以上，溶析结晶过程存在大量溶析剂回收和再利用的问题。
现有技术中，专利文献CN109179824A公开了一种高盐废水零排放的系统及工艺，通过降温使淡化水结晶而溶析剂仍保持液体状态，实现淡化水与溶析剂的分离与回收。通过冷冻淡化水的方式分离溶析剂耗费的能量较多，能量利用率低。专利文献CN106430110A、CN107098935A、CN106831337A和CN106946655A中公开了过滤后的混合液通过蒸馏、精馏等过程脱除溶剂、回收溶析剂再利用。但是传统的精馏蒸馏过程设备复杂、耗能大，不环保，从而在整体上增加了溶析结晶工业化的成本，降低了生产效率。
鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本领域亟待解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术中溶析结晶系统中回收溶析剂在利用存在能耗大，生产效率低的技术问题，本发明提供了一种浓盐水结晶系统及使用方法。
为了实现上述目的，本发明的一个方面公开了一种浓盐水结晶系统，包括依次顺序相连的浓盐水储罐、混合罐、晶体分离罐，渗透汽化系统，
其中,渗透汽化系统包括依次相连的加热系统、多级渗透汽化膜组件、溶析剂储罐；
晶体分离罐的上清液出口连接渗透汽化系统的进料口；
溶析剂储罐的溶析剂储罐的出口与混合罐相连；
多级渗透汽化膜组件的膜透过侧通过真空泵抽真空或气体吹扫形成负压环境。
渗透汽化膜分离技术是一种新型膜分离技术。该技术用于液体混合物的分离，其突出优点是能够以低的能耗实现蒸馏、萃取、吸附等传统方法难于完成的分离任务。溶析剂包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、二乙胺、乙腈等易溶于水的有机溶剂。溶析剂种类和投加量通过前期浓盐水水质分析和小试试验确定，
与传统的恒沸蒸馏和萃取精馏相比，采用渗透汽化技术可节能1/3～1/2，运行费不到传统分离方法的50％。目前渗透汽化技术发展成熟有较多工业应用的领域在于有机物脱水，这正好可以用于溶析结晶过程的溶析剂的回收。因此将溶析结晶技术和渗透汽化技术耦合用于浓盐水结晶具有很好的发展前景。此外，通过渗透汽化膜组件的多级布置，可以针对不同进料的含水率进行处理，优化了渗透汽化技术。
进一步地，还包括电导率检测装置，电导率检测装置用于实时检测晶体分离罐上清液的电导率。现场运行时，溶析剂种类和投加量可通过晶体分离罐上清液的电导率进行调整。
进一步地，混合罐带有搅拌器。通过搅拌器的搅拌作用，使得溶析剂和浓盐水充分混合反应，提高溶析结晶的效率
进一步地，还包括离心机，离心机的进口连接晶体分离罐底部盐晶体出口，离心机的分离液出口连接渗透汽化系统的进料口。晶体分离罐中的盐晶体从底部排出，通过离心机等分离设备进行进一步固液分离，将分离液送入渗透汽化系统，从而防止溶析剂的流失。
进一步地，多级渗透汽化膜组件的渗透液出口依次连接冷凝器、渗透液储罐。将渗透汽化的蒸汽冷凝后进行回收，通过泵输送至下一个处理工艺。针对每个案例的渗透液水质情况，进行直接水回用或者下一步的处理达到回用或者达标排放。
进一步地，加热系统包括依次管路连接的预热器、蒸发器、过热器，用于提高渗透汽化膜组件的进料温度，以满足渗透汽化的温度要求。
进一步地，预热器的热介质进口与多级渗透汽化膜组件的浓缩溶析剂出口相连，预热器的热介质出口通过冷却器与溶析剂储罐的进口相连。渗透汽化膜组件分离出来的溶析剂具有一定的热量，回收再利用需要进行降温，这部分热量可以用于预热渗透汽化膜组件的进料，从而实现能量的梯级利用。
进一步地，多级渗透汽化膜组件中使用透水膜。第一级渗透汽化膜组件的渗余液进入后续渗透汽化膜组件进行进一步脱水，直至达到溶析剂的浓缩浓度要求后，进行回用。采用透水膜，在减少溶析剂流失的同时，能更有利于溶析剂的浓缩。
本发明的另一个方面提供了上述浓盐水结晶系统的使用方法，包括以下步骤：
S1：浓盐水进入混合罐后,向混合罐添加溶析剂，充分混合搅拌；
S2：混合罐中的混合液进入晶体分离罐进行固液分离，上清液作为进料进入渗透汽化系统；
S3：上清液在渗透汽化系统中经加热后，进入多级渗透汽化膜组件，在膜透过侧负压的环境下，进行水蒸汽和溶析剂的多级分离；
S4：分离出来的溶析剂回送至溶析剂储罐进行二次利用。
进一步地，S1中，混合搅拌的速率为60-120r/min(转/分)；
溶析剂与浓盐水的体积比大于1:1；
溶析剂为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、二乙胺、乙腈中的任一一种或多种。
进一步地，S2中，晶体分离罐底部排出的盐晶体通过离心机进行进一步固液分离，离心机分离液作为进料进入渗透汽化系统。
进一步地，在S2中，实时监测晶体分离罐上清液的电导率并反馈，以控制溶析剂的加药流速。
进一步地，S3中加热上清液的具体步骤为：上清液经预热器预热后依次进入蒸发器、过热器进行加热、蒸发，使得多级渗透汽化膜组件的进料温度控制在50℃-150℃。
进一步地，经多级渗透汽化膜组件浓缩后的溶析剂作为预热器的热介质与上清液进行热交换，经冷却器降温后回送至溶析剂储罐。
进一步地，在S3中，膜透过侧负压环境实现的方式为：
在膜透过侧抽真空形成真空度在1kPa以下的负压环境；
或在膜透过侧采用惰性气体吹扫，气体吹扫的流速为0.5-10m/s(米/秒)的。
相较于现有技术，本发明提供的技术方案具有以下优点：1、将溶析结晶技术和渗透汽化技术耦合用于浓盐水结晶，实现了溶析剂的循环利用，减少了溶析剂的损耗，同时提高了系统的集成度；2采用渗透汽化技术进行溶析剂的分离与回收，节约了能耗，降低了运行费用；3、通过渗透汽化膜组件的多级布置，可以针对不同进料的含水率进行处理，优化了渗透汽化技术；4、通过设置预热器实现了能量的梯级利用。
附图说明
包含在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出了符合本发明的装置和方法的实施方案，并与详细描述一起用于解释符合本发明的优点和原理。在附图中：
图1是浓盐水结晶系统示意图。
附图标记说明
1-浓盐水储罐、2-混合罐、3-晶体分离罐、4-换热器、5-蒸发器、6-过热器、7-渗透汽化膜组件、8-冷凝器、9-渗透液储罐、10-冷却器、11-溶析剂储罐、12-浓盐水进料泵、13-搅拌器、14-离心机、15-溶析剂加药泵、16-电导率在线检测仪、17-换热器进料泵、18-真空泵、19-渗透液输送泵
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。然而，本发明并不局限于以下描述的实施方式。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合，且本发明的技术理念可以与其他公知技术或与那些公知技术相同的其他技术组合实施。
实施例1
本发明实施例1提供了一种浓盐水结晶系统，包括依次顺序相连的浓盐水储罐、混合罐、晶体分离罐，渗透汽化系统，
其中,渗透汽化系统包括依次相连的加热系统、多级渗透汽化膜组件、溶析剂储罐；
晶体分离罐的上清液出口连接渗透汽化系统的进料口；
溶析剂储罐的溶析剂储罐的出口与混合罐相连；
多级渗透汽化膜组件的膜透过侧通过真空泵抽真空或气体吹扫形成负压环境。
混合罐带有搅拌器。
多级渗透汽化膜组件的渗透液出口依次连接冷凝器、渗透液储罐。将渗透汽化的蒸汽冷凝后进行回收，通过泵输送至下一个处理工艺。
加热系统包括依次管路连接的预热器、蒸发器、过热器。
多级渗透汽化膜组件采用三级布置，且均装配有透水膜。第一级渗透汽化膜组件的渗余液进入后续渗透汽化膜组件进行进一步脱水，直至达到溶析剂的浓缩浓度要求后，经冷却器冷却后进入溶析剂储罐进行回用。
实施例2
本发明实施例2提供了一种浓盐水结晶系统，相较于上述实施例1，实施例2还包括电导率检测装置，电导率检测装置用于实时检测晶体分离罐上清液的电导率。现场运行时，溶析剂种类和投加量可通过晶体分离罐上清液的电导率进行调整。
实施例3
本发明实施例3提供了一种浓盐水结晶系统，相较于上述实施例1、2，实施例3还包括离心机，离心机的进口连接晶体分离罐底部盐晶体出口，离心机的分离液出口连接渗透汽化系统的进料口。晶体分离罐中的盐晶体从底部排出，通过离心机等分离设备进行进一步固液分离，将分离液送入渗透汽化系统，从而防止溶析剂的流失。
实施例4
本发明实施例3提供了一种浓盐水结晶系统，相较于上述实施例1、2、3，在实施例4中，预热器的热介质进口与多级渗透汽化膜组件的浓缩溶析剂出口相连，预热器的热介质出口通过冷却器与溶析剂储罐的进口相连。即多级渗透汽化膜组件出来的具有一定热量的浓缩溶析剂先在预热器中作为热介质进行换热后再经冷却器冷却，最后进入溶析剂储罐进行回用。
实施例5
本发明实施例5提供了实施例1中浓盐水结晶系统的使用方法，包括以下步骤：
S1：浓盐水进入混合罐后,向混合罐添加溶析剂，充分混合搅拌；
混合搅拌的速率为60-120r/min；
溶析剂与浓盐水的体积比大于1:1；
溶析剂为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、二乙胺、乙腈中的任一一种或多种。
S2：混合罐中的混合液进入晶体分离罐进行固液分离，上清液作为进料进入渗透汽化系统；
S3：上清液在渗透汽化系统中经加热后，进入多级渗透汽化膜组件，在膜透过侧负压的环境下，进行水蒸汽和溶析剂的多级分离；
上清液在渗透汽化系统中的加热过程为上清液经预热器预热后依次进入蒸发器、过热器进行加热、蒸发，使得多级渗透汽化膜组件的进料温度控制在50℃-150℃。
在膜透过侧抽真空形成真空度在1kPa以下的负压环境，或者在膜透过侧采用惰性气体吹扫，气体吹扫的流速为0.5-10m/s的。
S4：经多级渗透汽化膜组件浓缩后分离出来的溶析剂经冷却器冷却后回送至溶析剂储罐进行二次利用。
实施例6
本发明实施例6提供了实施例2中浓盐水结晶系统的使用方法，相较于实施例5，在实施例6的S2中，实时监测晶体分离罐上清液的电导率并反馈，以控制溶析剂的加药流速。
实施例7
本发明实施例7提供了实施例3中浓盐水结晶系统的使用方法，相较于实施例5、6，在实施例7的S2中，晶体分离罐底部排出的盐晶体通过离心机进行进一步固液分离，离心机分离液作为进料进入渗透汽化系统。
实施例8
本发明实施例8提供了实施例4中浓盐水结晶系统的使用方法，相较于实施例5、6、7，在实施例8中，S4为经多级渗透汽化膜组件浓缩后分离出来的溶析剂作为预热器的热介质与上清液进行热交换，经冷却器降温后回送至溶析剂储罐。如无特别说明，本文中出现的类似于“第一”、“第二”的限定语并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。同样地，本文中在数词前出现的类似于“大约”、“近似地”的修饰语通常包含本数，并且其具体的含义应当结合上下文意理解。同样地，除非是有特定的数量量词修饰的名词，否则在本文中应当视作即包含单数形式又包含复数形式，在该技术方案中既可以包括单数个该技术特征，也可以包括复数个该技术特征。
在以上具体实施例的说明中，方位术语“上”、“下”、”左”、“右”、“顶”、“底”、“竖向”、“横向”和“侧向”等的使用仅仅出于便于描述的目的，而不应视为是限制性的。例如，…。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种浓盐水结晶系统，其特征在于，包括依次顺序相连的浓盐水储罐、混合罐、晶体分离罐，渗透汽化系统，
其中,所述渗透汽化系统包括依次相连的加热系统、多级渗透汽化膜组件、溶析剂储罐；
所述晶体分离罐的上清液出口连接所述渗透汽化系统的进料口；
所述溶析剂储罐的所述溶析剂储罐的出口与所述混合罐相连；
所述多级渗透汽化膜组件的膜透过侧通过真空泵抽真空或气体吹扫形成负压环境。
2.根据权利要求1所述的浓盐水结晶系统，其特征在于，还包括电导率检测装置，所述电导率检测装置用于实时检测所述晶体分离罐上清液的电导率。
3.根据权利要求1所述的浓盐水溶析结晶系统，其特征在于，所述混合罐带有搅拌器。
4.根据权利要求1所述的浓盐水结晶系统，其特征在于，还包括离心机，所述离心机的进口连接所述晶体分离罐底部盐晶体出口，所述离心机的分离液出口连接所述渗透汽化系统的进料口。
5.根据权利要求1所述的浓盐水结晶系统，其特征在于，所述多级渗透汽化膜组件的渗透液出口依次连接冷凝器、渗透液储罐。
6.根据权利要求1所述的浓盐水结晶系统，其特征在于，所述加热系统包括依次管路连接的预热器、蒸发器、过热器。
7.根据权利要求6所述的浓盐水结晶系统，其特征在于，所述预热器的热介质进口与所述多级渗透汽化膜组件的浓缩溶析剂出口相连，所述预热器的热介质出口通过冷却器与所述溶析剂储罐的进口相连。
8.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的浓盐水结晶系统，其特征在于，所述多级渗透汽化膜组件中使用透水膜。
9.一种如权利要求1-7中任一权利要求所述的浓盐水结晶系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：浓盐水进入混合罐后,向混合罐添加溶析剂，充分混合搅拌；
S2：混合罐中的混合液进入晶体分离罐进行固液分离，上清液作为进料进入渗透汽化系统；
S3:上清液在渗透汽化系统中经加热后，进入多级渗透汽化膜组件，在膜透过侧负压的环境下，进行水蒸汽和溶析剂的多级分离；
S4:分离出来的溶析剂回送至溶析剂储罐进行二次利用。
10.根据权利要求9所述浓盐水结晶系统的使用方法，其特征在于，
所述S1中，混合搅拌的速率为60-120转/分；
所述溶析剂与浓盐水的体积比大于1:1；
所述溶析剂为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、二乙胺、乙腈中的任一一种或多种。
11.根据权利要求9所述的浓盐水结晶系统的使用方法，其特征在于，所述S2中，晶体分离罐底部排出的盐晶体通过离心机进行进一步固液分离，离心机分离液作为进料进入渗透汽化系统。
12.根据权利要求9所述的浓盐水结晶系统的使用方法，其特征在于，在所述S2中，实时监测晶体分离罐上清液的电导率并反馈，以控制溶析剂的加药流速。
13.根据权利要求9所述的浓盐水结晶系统的使用方法，其特征在于，所述S3中加热上清液的具体步骤为：上清液经预热器预热后依次进入蒸发器、过热器进行加热、蒸发，使得所述多级渗透汽化膜组件的进料温度控制在50℃-150℃。
14.据权利要求13所述的浓盐水结晶系统的使用方法，其特征在于，经多级渗透汽化膜组件浓缩后的溶析剂作为所述预热器的热介质与所述上清液进行热交换，经冷却器降温后回送至溶析剂储罐。
15.据权利要求9所述的浓盐水结晶系统的使用方法，其特征在于，在所述S3中，所述膜透过侧负压环境实现的方式为：
在所述膜透过侧抽真空形成真空度在1kPa以下的负压环境；
或在膜透过侧采用惰性气体吹扫，所述气体吹扫的流速为0.5-10米/秒。
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