CN112370969B - 一种低能耗膜分离方法及配套装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种低能耗膜分离方法及配套装置，所述分离方法包括利用膜进行分离的分离工序，以及与分离工序衔接的冷却结晶工序，以及用于将冷却结晶后获得的饱和母液进行加热获得不饱和溶液的加热工序，加热工序处理后获得的不饱和溶液再次进行分离工序并循环直至达到分离要求；其中，每次进入分离工序的溶液都为不饱和状态的溶液。本发明的方法及配套装置克服了膜分离技术处理饱和含固物料易造成膜孔堵塞的问题，具有流程简单、操作费用低、节能、环保等优点。

Description

一种低能耗膜分离方法及配套装置
技术领域
本发明属于技术领域，具体涉及一种低能耗膜分离方法和与之相适的配套装置，本发明适用于处理进料原液中固体物料在溶液中的溶解度随温度变化较大的体系。
背景技术
进料原液中含有固体物料，如含盐废水、含高凝固点有机物的有机溶液等，通常采用蒸发结晶的方法除盐、回收含固物料或回收溶剂，具有能耗高、运行成本高等缺点。与传统的分离技术相比，膜分离操作条件温和且无相变，具有能耗小、成本低和占地少等优势。然而，当含有固体物料的原液处理至饱和浓度时，采用膜分离技术处理容易造成膜孔堵塞，使膜通量急剧降低，无法继续进行处理，还需要采用传统的蒸发结晶技术继续进行除盐、回收含固物料或回收溶剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低能耗膜分离方法，同时提供与之相适的配套装置是本发明的又一发明目的。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种低能耗膜分离方法，所述分离方法包括利用膜进行分离的分离工序，以及与分离工序衔接的冷却结晶工序，以及用于将冷却结晶后获得的饱和母液进行加热获得不饱和溶液的加热工序，加热工序处理后获得的不饱和溶液再次进行分离工序并循环直至达到分离要求；其中，每次进入分离工序的溶液都为不饱和状态的溶液。
优选的，当待分离原始料液为不饱和溶液时，依次进行分离工序、冷却结晶工序、加热工序，且加热工序获得的不饱和溶液再次进入分离工序并进行上述循环直至达到分离要求。
进一步，当待分离原始料液确定后，根据其物性即可以确定出合适的加热温度以及冷却结晶温度。而当待分离原始料液本身就是饱和溶液时，根据其温度更为接近冷却结晶温度还是更为接近加热温度，还可以优选进行相应的处理。如饱和溶液的温度更为接近冷却结晶工序的温度时，称之为低温饱和溶液；如饱和溶液的温度更为接近加热工序的温度时，称之为高温饱和溶液。
优选的，当待分离原始料液为低温饱和溶液时，先进行加热工序使其成为不饱和溶液，之后再依次进行分离工序、冷却结晶工序、加热工序。
优选的，当待分离原始料液为高温饱和溶液时，先进行冷却结晶工序、加热工序获得不饱和溶液，然后再依次进行分离工序、冷却结晶工序、加热工序。
本发明适用于待分离液中固体物料在溶液中的溶解度随温度变化较大的体系，如所述待分离原始料液为含盐废水或含高凝固点有机物的有机溶液。
本发明还进一步提供了一种低能耗膜分离的配套装置，包括膜分离系统，所述膜分离系统设有进液口、透过液出口和浓缩液出口，浓缩液出口通过管道依次连接冷却系统和结晶系统，结晶系统设有饱和结晶母液出口和结晶物料出口，饱和结晶母液出口通过加热系统与膜分离系统进液口相连通。
优选的，所述配套装置还包括待分离原始料液进料管道，所述进料管道与膜分离系统的进液口、加热系统以及冷却系统相连接；所述进料管道与膜分离系统的进液口、加热系统以及冷却系统相连接的管路上均设置控制阀。
优选的，所述加热系统还包括加压泵。加压泵是给物料重新加压以满足过滤所需要的压力。
所述结晶系统的结晶物料出口连接出料装置。
所述膜分离系统为微滤膜分离装置或纳滤膜分离装置或反渗透膜分离装置；所述冷却系统为换热冷却器或真空蒸发式冷却装置。
本发明的主要关键点在于经冷却结晶后出来的饱和结晶母液经加热，从饱和状态到不饱和状态，然后通过膜分离，分出部分溶剂又重新达到接近饱和的状态，经降温结晶除去结晶物料，重新进入加热系统循环操作。
本发明与现有技术相比，具有的技术优势在于：
本发明的方法及装置克服了膜分离技术处理饱和含固物料易造成膜孔堵塞的问题，具有流程简单、操作费用低、节能、环保等优点。
附图说明
图1为本发明的低能耗膜分离装置的示意图；
图2为实施例1进行低能耗膜分离的示意图；
图3为实施例2进行低能耗膜分离的示意图；
图4为实施例3进行低能耗膜分离的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明用于低能耗膜分离的配套装置，如图1所示，包括膜分离系统1，所述膜分离系统1设有进液口、透过液出口和浓缩液出口，浓缩液出口通过管道依次连接冷却系统2和结晶系统3，结晶系统3设有饱和结晶母液出口和结晶物料出口，饱和结晶母液出口通过加热系统4与膜分离系统1进液口相连通。
配套装置还包括待分离原始料液（对应图中进料原液）进料管道，所述进料管道分别与膜分离系统1的进液口、加热系统4以及冷却系统2相连接。所述进料管道与膜分离系统1的进液口、加热系统4以及冷却系统2相连接的管路上均设置控制阀。
通过控制控制阀以调节原始待分离液的流向以及流量。所述结晶系统3的结晶物料（对应图中的含固物料）出口连出料装置，如螺旋出料机（图中不做显示）。所述加热系统4还包括加压泵。
本实施例中的膜分离系统1根据具体情况可选择反渗透膜分离装置、微滤膜分离装置或纳滤膜分离装置，冷却系统2可以为换热冷却器或真空蒸发式冷却装置。
采用上述配套装置可非常便捷地进行本发明的低能耗膜分离工艺。以下以不同的待分离原始料液为例，描述本发明进行膜分离的过程。
实施例1
低能耗膜分离方法为：
1）含25 wt %左右的常温硫酸镁进料原液通过进料原液管道5进入加热系统4加热至80℃后进入纳滤膜分离装置1，得到不含盐的透过液进入后续工艺，得到36wt%左右的浓缩液；
2）纳滤膜分离装置1所得浓缩液进入冷却系统2（真空蒸发式冷却装置），冷却系统2操作压力为1.2 KPaA（绝压）左右，使浓缩液降温至10℃左右后进入结晶系统3结晶除盐；
3）出结晶系统3的浓缩液为10℃下的饱和硫酸钠废水（约22 wt %左右），与硫酸镁进料原液一起进入加热系统4加热至80℃后，进入纳滤膜分离装置1进行循环操作。饱和硫酸钠废水与硫酸镁进料原液的比例可任意调节。
进行上述工艺时，配套装置中只有进料管道与加热系统4之间的控制阀是打开的，进料管道与膜分离系统1的进液口以及冷却系统2相连接的管路上的控制阀是关闭的。物料流向如图2所示。
实施例2
低能耗膜分离方法为：
1）含10wt%左右的常温硫酸钠进料原液通过进料原液管道5进入反渗透膜分离装置1，得到不含盐的透过液进入后续工艺，得到35 wt %左右的浓缩液；
2）反渗透膜分离装置1所得浓缩液进入冷却系统2，冷却系统2操作压力为1.2KPaA（绝压）左右，使浓缩液降温至10℃左右后进入结晶系统3结晶除盐；
3）出结晶系统3的浓缩液为10℃下的饱和硫酸钠废水（约9.1 wt %左右），进入加热系统4加热至30℃后与硫酸钠进料原液一起再进入反渗透膜分离装置1进行循环操作。饱和硫酸钠废水与硫酸钠进料原液的比例可任意调节。
进行上述工艺时，配套装置中只有进料管道与膜分离系统1的进液口之间的控制阀是打开的，进料管道与加热系统4以及冷却系统2相连接的管路上的控制阀是关闭的。物料流向如图3所示。
实施例3
低能耗膜分离方法为：
1）60℃左右的含2wt%聚乙烯蜡饱和正己烷进料原液，首先进入真空冷却系统2，冷却系统2操作压力为1.9 KPaA（绝压）左右，使进料原液降温至20℃左右后进入结晶系统3结晶除盐；
2）出结晶系统3的结晶母液为20℃下的饱和聚乙烯蜡正己烷溶液（约1wt%左右），进入加热系统4加热至60℃。
3）经加热后的结晶母液进入有机溶剂纳滤膜分离装置1，得到不含石蜡的透过液进入后续工艺，得到2wt%左右的浓缩液与进料原液一起进入冷却系统循环操作。浓缩液与进料原液的比例可任意调节。
进行上述工艺时，配套装置中只有进料管道与冷却系统2之间的控制阀是打开的，进料管道与加热系统4以及膜分离系统1的进液口相连接的管路上的控制阀是关闭的。物料流向如图4所示。

Claims (7)

1.一种低能耗膜分离的配套装置，其特征在于，包括膜分离系统，所述膜分离系统设有进液口、透过液出口和浓缩液出口，浓缩液出口通过管道依次连接冷却系统和结晶系统，结晶系统设有饱和结晶母液出口和结晶物料出口，饱和结晶母液出口通过加热系统与膜分离系统进液口相连通；还包括待分离原始料液进料管道，所述进料管道与膜分离系统的进液口、加热系统以及冷却系统相连接；所述进料管道与膜分离系统的进液口、加热系统以及冷却系统相连接的管路上均设置控制阀。
2.如权利要求1所述的配套装置，其特征在于，所述加热系统还包括加压泵。
3.如权利要求2所述的配套装置，其特征在于，所述膜分离系统为微滤膜分离装置或纳滤膜分离装置或反渗透膜分离装置；所述冷却系统为换热冷却器或真空蒸发式冷却装置。
4.利用权利要求1所述的装置低能耗膜分离的方法，其特征在于，所述分离方法包括利用膜进行分离的分离工序，以及与分离工序衔接的冷却结晶工序，以及用于将冷却结晶后获得的饱和母液进行加热获得不饱和溶液的加热工序，加热工序处理后获得的不饱和溶液再次进行分离工序并循环直至达到分离要求；其中，每次进入分离工序的溶液都为不饱和状态的溶液。
5.如权利要求4所述的低能耗膜分离方法，其特征在于，当待分离原始料液为不饱和溶液时，依次进行分离工序、冷却结晶工序、加热工序，且加热工序获得的不饱和溶液再次进入分离工序并进行上述循环直至达到分离要求。
6.如权利要求4所述的低能耗膜分离方法，其特征在于，当待分离原始料液为饱和溶液，且饱和溶液的温度更为接近冷却结晶工序的温度时，对待分离原始料液先进行加热工序使其成为不饱和溶液，之后再依次进行分离工序、冷却结晶工序、加热工序。
7.如权利要求4所述的低能耗膜分离方法，其特征在于，当待分离原始料液为饱和溶液，且饱和溶液的温度更为接近加热工序的温度时，对待分离原始料液先进行冷却结晶工序、加热工序获得不饱和溶液，然后再依次进行分离工序、冷却结晶工序、加热工序。
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