CN113117370A - 冷冻结晶法提浓稀盐酸的方法 - Google Patents

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许金成
殷禄华
冯曦
冯圣君
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Abstract

本发明公开了一种冷冻结晶法提浓稀盐酸的方法，对≤5%的低浓度盐酸溶液，采用冷冻剂将溶液冷却和冷冻，得到晶体冰及母液的固液混合物，进一步分离得到冰和母液。本发明因为水的汽化热在100℃时为2257.2kJ／kg，水的融化热仅为334.4kJ／kg，所以结晶法提浓稀盐酸的能耗远低于常规的蒸馏工艺；且由于冷冻结晶是在低温条件下操作，对设备的腐蚀和结垢问题相对缓和，设备稳定性高，使用寿命长。

Description

冷冻结晶法提浓稀盐酸的方法
技术领域
本发明涉及一种冷冻结晶法提浓稀盐酸的方法。
背景技术
很多化学反应过程会产生大量尾气，当尾气中有低含量的氯化氢气体时，常采用水作为吸收液，然后得到低浓度盐酸，这些低浓度盐酸，通常质量浓度≤5％较为经济，既无法循环利用，又很难作为副产品销售。由于盐酸的强挥发性，由于盐酸与水的挥发度比较接近，常压下对稀盐酸进行蒸发提浓时，盐酸会形成共沸溶液，此时盐酸浓度约为20.4％，浓度无法继续提高。在盐酸由低浓度到共沸点之前，二次蒸汽中含有较高浓度的氯化氢气体，因此常规的蒸发装置不适合用于处理稀盐酸浓缩。
根据盐酸溶液气液平衡曲线特征可知，低于20.4％浓度范围内，可以通过精馏的方式，实现共沸盐酸与低浓度酸性废水的分离。但是蒸馏提浓的方式虽可实现提浓盐酸的目的，却需要耗用大量蒸汽，运行成本高。低浓度盐酸的浓度虽低，但往往总量较大，如采用加碱中和方式处理，物料耗用成本依然较高。因此如何处理低浓度盐酸溶液始终是困扰石油化工行业的难题。
根据稀盐酸溶液冰点数据，在≤10％浓度时，盐酸溶液的冰点未超过-14℃，盐酸溶液达到饱和温度以后，溶液中的水将以冰的形式形成晶体。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用盐酸的冰点数据，通过冷冻方式将低浓度盐酸溶液经冷冻结晶，使盐酸浓度得以提高的冷冻结晶法提浓稀盐酸的方法。
本发明的技术解决方案是：
一种冷冻结晶法提浓稀盐酸的方法，其特征是：对低浓度盐酸溶液，采用冷冻剂将溶液冷却和冷冻，得到晶体冰及母液的固液混合物，进一步分离得到冰和母液。
所述低浓度盐酸溶液，通常质量浓度≤5％比较经济。
所述固液混合物，先经增稠器增稠，然后送往离心机分离，得到冰和母液。原溶液经去除水分，母液中盐酸浓度提高，方便了盐酸溶液后续继续提浓回收或直接利用。
冷冻结晶可采用连续冷冻结晶或间歇冷冻结晶两种方式。采用间歇运行方式更易于控制晶体颗粒。
所述采用冷冻剂将溶液冷却和冷冻，采用直接接触冷冻或间接换热冷冻；所述直接接触冷冻是将与水不互溶的冷冻剂与盐酸溶液接触，液相冷冻剂吸收热量后气化，盐酸溶液被冷却冷冻，溶液中的水被冷冻形成晶体；气化后的冷冻剂被压缩或冷却转化成液相，循环参与盐酸溶液冷却冷冻。由于冷冻剂与水不互溶，盐酸溶液中仅夹杂极少的冷冻剂，不会对盐酸溶液后续分离造成影响。所述间接换热冷冻即通过换热器，将冷冻剂与盐酸间接换热，但换热效率较低，且容易堵塞换热管。
采用直接接触冷冻时，采用搅拌装置，一方面增加液-液接触面积，提高低浓度盐酸与冷冻剂的传质效率，另一方面保持溶液中的晶体始终处于悬浮状态，避免晶体沉淀和结垢。气化后的冷冻剂被压缩或冷却转化成液相，循环参与盐酸溶液冷却冷冻
低浓度盐酸经冷冻结晶得到的冰，纯度较高，表面残留有少量盐酸，晶体融化成酸性水之后，由于温度较低，用作冷冻介质，充分利用其冷源价值。
盐酸的冰点数据表：
Figure BDA0003058503270000031
本发明因为水的汽化热在100℃时为2257.2kJ/kg，水的融化热仅为334.4kJ/kg，所以结晶法提浓稀盐酸的能耗远低于常规的蒸馏工艺；且由于冷冻结晶是在低温条件下操作，对设备的腐蚀和结垢问题相对缓和，设备稳定性高，使用寿命长。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是盐酸溶液的沸点示意图。
在绝热吸收的情况下，盐酸的沸点等于108.5℃时，盐酸的浓度为20.4％HCl。
具体实施方式
一种冷冻结晶法提浓稀盐酸的方法，对≤5％的低浓度盐酸溶液，采用冷冻剂将溶液冷却和冷冻，得到晶体冰及母液的固液混合物，进一步分离得到冰和母液。
所述固液混合物，先经增稠器增稠，然后送往离心机分离，得到冰和母液。原溶液经去除水分，母液中盐酸浓度提高，方便了盐酸溶液后续继续提浓回收或直接利用。
冷冻结晶可采用连续冷冻结晶或间歇冷冻结晶两种方式。采用间歇运行方式更易于控制晶体颗粒。
所述采用冷冻剂将溶液冷却和冷冻，采用直接接触冷冻或间接换热冷冻；所述直接接触冷冻是将与水不互溶的冷冻剂与盐酸溶液接触，液相冷冻剂吸收热量后气化，盐酸溶液被冷却冷冻，溶液中的水被冷冻形成晶体；气化后的冷冻剂被压缩或冷却转化成液相，循环参与盐酸溶液冷却冷冻。由于冷冻剂与水不互溶，盐酸溶液中仅夹杂极少的冷冻剂，不会对盐酸溶液后续分离造成影响。所述间接换热冷冻即通过换热器，将冷冻剂与盐酸间接换热，但换热效率较低，且容易堵塞换热管。
采用直接接触冷冻时，采用搅拌装置，一方面增加液-液接触面积，提高低浓度盐酸与冷冻剂的传质效率，另一方面保持溶液中的晶体始终处于悬浮状态，避免晶体沉淀和结垢。
低浓度盐酸经冷冻结晶得到的冰，纯度较高，表面残留有少量盐酸，晶体融化成酸性水之后，由于温度较低，用作冷冻介质，充分利用其冷源价值。

Claims (7)

1.一种冷冻结晶法提浓稀盐酸的方法，其特征是：对低浓度盐酸溶液，采用冷冻剂将溶液冷却和冷冻，得到晶体冰及母液的固液混合物，进一步分离得到冰和母液。
2.根据权利要求1所述的冷冻结晶法提浓稀盐酸的方法，其特征是：所述固液混合物，先经增稠器增稠，然后送往离心机分离，得到冰和母液。
3.根据权利要求1或2所述的冷冻结晶法提浓稀盐酸的方法，其特征是：冷冻结晶可采用连续冷冻结晶或间歇冷冻结晶两种方式。
4.根据权利要求1或2所述的冷冻结晶法提浓稀盐酸的方法，其特征是：所述采用冷冻剂将溶液冷却和冷冻，采用直接接触冷冻或间接换热冷冻；所述直接接触冷冻是将与水不互溶的冷冻剂与盐酸溶液接触，液相冷冻剂吸收热量后气化，盐酸溶液被冷却冷冻，溶液中的水被冷冻形成晶体；所述间接换热冷冻即通过换热器，将冷冻剂与盐酸间接换热。
5.根据权利要求1或2所述的冷冻结晶法提浓稀盐酸的方法，其特征是：采用直接接触冷冻时，采用搅拌装置；气化后的冷冻剂被压缩或冷却转化成液相，循环参与盐酸溶液冷却冷冻。
6.根据权利要求1或2所述的冷冻结晶法提浓稀盐酸的方法，其特征是：低浓度盐酸经冷冻结晶得到的冰，融化成酸性水之后，由于温度较低，用作冷冻介质。
7.根据权利要求1或2所述的冷冻结晶法提浓稀盐酸的方法，其特征是：所述低浓度盐酸溶液，质量浓度≤5%。
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