CN114477387B - 一种海水电泳脱盐结合微界面强化制碱的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种海水电泳脱盐结合微界面强化制碱的装置，包括制碱塔和电泳反渗透脱盐装置，制碱塔的底部设置有用以将NH3破碎分散的NH3微界面发生器，NH3微界面发生器的正上方设置有用以将CO2破碎分散的CO2微界面发生器，CO2微界面发生器和NH3微界面发生器通过连通管道相连，NH3微界面发生器连接有NH3进气管道，CO2微界面发生器连接有CO2进气管道，制碱塔的底部开设有排液口；电泳反渗透脱盐装置内部设置有用以海水脱盐的反渗透膜，反渗透膜中的无机盐通过电泳组件的电场吸附后从进料口输送至制碱塔。本发明加快了反应效率的同时降低了制碱塔内部反应时的温度及压力，这样也间接的减小了制碱所需要的能耗。
Description
技术领域
本发明属于海水淡化及制碱领域，具体而言，涉及一种海水电泳脱盐结合微界面强化制碱的装置及方法。
背景技术
淡水资源对人类的生活与生产至关重要，目前，许多沿海城市都存在淡水资源紧张的情况，海水淡化技术是缓解沿海城市淡水紧缺的重要手段。我国大力发展海水淡化产业，现有的海水淡化技术主要有膜法和热法两种，这两种方法均会产生大量的浓盐水，目前处理浓海水淡化浓盐水的方法主要有晒盐和直接排放入海两种。晒盐占用大量土地资源，且经济效益不高，直接排放入海可能会对沿海的生态造成严重破坏。发展海水淡化浓盐水的资源化利用，对于海水资源充分利用和环境保护都具有重要作用。
此外，CO2是主要的温室气体，CO2排放造成的环境气候问题已引起人们的高度重视，通过CO2的捕集和转化来助力碳中和已成为国内外研究的热点。利用海水淡化产生的浓盐水和温室气体CO2制碱是一种新颖的思路，提供一种将海水淡化与制碱结合的装置，充分利用海水资源与温室气体CO2资源，既符合绿色环保要求，同时降低海水淡化成本，具有重要的意义。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种海水电泳脱盐结合微界面强化制碱的装置，采用本发明的海水电泳反渗透脱盐结合微界面强化制碱方法，降低了海水淡化的成本，合理利用了海水淡化产生的浓盐水，将海水脱盐与微界面强化制碱工艺结合，同时也降低了制碱工艺的成本。
本发明的第二目的在于提供一种海水电泳脱盐结合微界面强化制碱的方法，采用了微界面强化技术，降低了制碱反应时的温度和压力。
为了实现上述技术目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种海水电泳脱盐结合微界面强化制碱的装置，包括制碱塔和电泳反渗透脱盐装置，所述制碱塔的底部设置有用以将NH3破碎分散的NH3微界面发生器，所述NH3微界面发生器的正上方设置有用以将CO2破碎分散的CO2微界面发生器，所述CO2微界面发生器和所述NH3微界面发生器通过连通管道相连，所述NH3微界面发生器连接有NH3进气管道，所述CO2微界面发生器连接有CO2进气管道，所述制碱塔的底部开设有排液口；所述电泳反渗透脱盐装置内部设置有用以海水脱盐的反渗透膜，所述反渗透膜中的无机盐通过电泳组件的电场吸附后从进料口输送至所述制碱塔。
现有技术中，海水脱盐技术和制碱技术分别要消耗大量的成本，而且制碱对纯度有要求时就要耗费能耗来提高温度及压力。
本发明通过在制碱塔的内部设置了CO2微界面发生器和NH3微界面发生器，将CO2气体和NH3气体分别分散破碎为CO2微气泡和NH3微气泡，这些微气泡与浓盐水的相界面积增大，加快了反应效率的同时降低了制碱塔内部反应时的温度及压力，这样也间接的减小了制碱所需要的能耗。本发明还通过将电泳反渗透脱盐装置与制碱塔结合在了一起。电泳反渗透脱盐装置将淡水排出，将浓盐水直接输送至制碱塔进行制碱，这一步将海水脱盐与制碱工艺结合，实现了对海水资源的充分利用，并且减小了设备占地面，降低了成本。
优选的，所述制碱塔的外侧设置有循环通道，所述循环通道的进口开设在所述制碱塔的侧壁底部，所述循环通道包括用以将所述制碱塔内的溶液抽吸进所述循环通道的循环泵和用以将溶液加热至反应温度的换热器，从所述换热器出来的溶液经过所述制碱塔的侧壁中部输送至CO2微界面发生器里。之所以要在制碱塔的侧壁底部设置一个循环通道是基于下面三点原因，首先，制碱塔内要保证一定的温度才能进行制碱，所以在循环通道上加了一个换热器来保证反应时的温度；其次，CO2微界面发生器为液动式微界面发生器，循环通道将溶液输送至液动式微界面发生器，因此液动式微界面发生器可以将制碱塔底部的未反应完全的混合溶液卷吸回CO2微界面发生器中继续反应，这样也是节省了原料；最后，循环通道向CO2微界面发生器和NH3微界面发生器提供一个冲力，可以在CO2微界面发生器或NH3微界面发生器发生堵塞的时候冲洗微界面堵塞的细孔部分，这样可以保证制碱过程的安全。
优选的，所述CO2微界面发生器为液动式微界面发生器，所述NH3微界面发生器为气动式微界面发生器。
优选的，所述连通管道的横截面积为所述CO2微界面发生器的横截面积的1/2-3/4。
优选的，所述连通管道的高度为所述制碱塔的高度的1/15-1/20。
连通管道的横截面为CO2微界面发生器的横截面积的1/2-3/4是因为如果连通管道横截面积小于CO2微界面发生器的1/2，当NH3微气泡与CO2微气泡混合冲撞的空间就较小，会影响反应效率，并且这时候连通管道内部压强会增大，微气泡会更倾向于从微界面发生器的侧壁析出而不通过连通管道；如果连通管道横截面积大于3/4之后，由于连通管道内的压强过小，也达不到使得CO2微气泡和NH3微气泡冲撞的目的。
连通管道的高度为所述制碱塔的高度的1/15-1/20，只是因为连通管道的高度不能过低，否则会减小CO2微气泡与NH3微气泡冲撞的空间，连通管道的高度不能过高，因为CO2微界面发生器向下给的冲撞力也并不会很大，如果连通管道过高，也会影响CO2微气泡和NH3微气泡之间的冲撞效果。
优选的，所述电泳反渗透脱盐装置的两侧分别设置有浓盐水流量控制阀和脱盐水流量控制阀。
优选的，所述反渗透膜中间开设有进水口，所述进水口连通有海水进料管道，所述进水口的顶部设置有海水流量控制阀。
优选的，所述反渗透膜为卷式超滤膜或板式超滤膜。
另外，本发明还提供了一种海水电泳脱盐结合微界面强化制碱的方法，包括如下步骤：
海水经过电泳后得到浓盐水和脱盐水；
浓盐水与微界面反应分散破碎后的CO2微气泡和NH3微气泡反应生成碳酸氢钠、氯化铵的混合溶液；
将混合溶液排出。
优选的，所述反应的温度为40-65℃，所述反应的压力为0.12-0.25MPa。
本发明的方法通过将海水电泳和制碱反应结合到一起，实现了对海水资源的充分利用，并且减小了设备占地面，降低了成本；通过制碱时引入微界面技术，降低了反应的温度及压力，从而降低了成本。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过将电泳反渗透脱盐装置与制碱塔结合在了一起。电泳反渗透脱盐装置将淡水排出，将浓盐水直接输送至制碱塔进行制碱，这一步将海水脱盐与制碱工艺结合，实现了对海水资源的充分利用，并且减小了设备占地面，降低了成本。
(2)本发明通过在制碱塔的内部设置了CO2微界面发生器和NH3微界面发生器，将CO2气体和NH3气体分别分散破碎为CO2微气泡和NH3微气泡，这些微气泡与浓盐水的相界面积增大，加快了反应效率的同时降低了制碱塔内部反应时的温度及压力，这样也间接的减小了制碱所需要的能耗。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的一种海水电泳脱盐结合微界面强化制碱的装置的结构示意图。
其中：
10-制碱塔； 11-CO2微界面发生器；
12-NH3微界面发生器； 13-连通管道；
14-循环通道； 141-换热器；
142-循环泵； 143-循环通道的进口；
15-排液口； 16-进料口；
20-海水进料管道； 21-CO2进气管道；
22-NH3进气管道； 30-电泳反渗透脱盐装置；
31-反渗透膜； 32-电泳组件；
33-脱盐水流量控制阀； 34-浓盐水流量控制阀；
35-脱盐水出口； 36-海水流量控制阀；
37-进水口。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了更加清晰的对本发明中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。
实施例1
参阅图1所示，为实施例提供的一种海水电泳脱盐结合微界面强化制碱的装置的结构示意图。本发明通过将电泳反渗透脱盐装置30与制碱塔10结合在了一起。
首先，海水进料管道20将海水引进电泳反渗透脱盐装置30的进水口37，为了可以控制电泳脱盐的反应过程，在进水口37的顶端设置一个海水流量控制阀36。海水进入电泳反渗透脱盐装置30中，其中反渗透膜31为卷式超滤膜。，通过反渗透膜31将脱盐水析出，然后将脱盐水通过脱盐水流量控制阀33后再经过脱盐水出口35排出，这里的脱盐水就可以用于工业生产中。在反渗透膜31中的浓盐水此时通过电泳组件32将浓盐水引向浓盐水流量控制阀34的那一侧，浓盐水通过管道从进料口16流入制碱塔10。其中，反渗透膜31将海水体积的85-90％作为脱盐水通过脱盐水流量控制阀33流出，10-15％作为浓盐水通过浓盐水流量控制阀34流入制碱塔10。经检测，经过电泳反渗透脱盐装置30处理得到的脱盐水中，Na+浓度降至0.82-1.55g/L，Mg2+浓度降至0.10-0.15g/L，Ca2+浓度降至0.03-0.06g/L，K+浓度降至0.02-0.05g/L，Cl-浓度降至1.63-2.18g/L。经过电泳反渗透脱盐装置30处理得到的浓盐水中，NaCl的浓度增加至220-250g/L。
制碱塔10的底部设置有NH3微界面发生器12，NH3微界面发生器12的正上方设置有CO2微界面发生器11，NH3微界面发生器12为气动式微界面发生器，CO2微界面发生器11为液动式微界面发生器，CO2微界面发生器11与NH3微界面发生器12通过通过连通管道13相连，连通管道13的横截面为CO2微界面发生器11横截面的3/4，连通管道13的高度为制碱塔10高度的1/15。
NH3进气管道22将NH3输送至NH3微界面发生器12，NH3微界面发生器12将NH3破碎分散为NH3微气泡，NH3微气泡一部分从NH3微界面发生器12的侧面排出，还有一部分进入连通管道13中。
制碱塔10的侧壁外设置有循环通道14，循环通道的进口143设置在制碱塔10的底部，这样可以把制碱塔10底部未反应完全的溶液卷吸回制碱塔10内的CO2微界面发生器11。未反应完全的溶液首先通过循环泵142被吸入循环通道14中，之后在经过循环通道14上换热器141的加热，最后输送至CO2微界面发生器11。CO2微界面发生器11连通有CO2进气管道21，CO2微界面发生器11将CO2分散破碎为CO2微气泡，将未反应完全的溶液分散为微液滴，CO2微气泡与微液滴在一同进入连通管道13与NH3微气泡对冲，进一步增大相界传质面积。
最后将沉淀的碳酸氢钠从排液口15和溶液一起排出，在进行后续制碱工艺。
本发明采用的方法为海水经过电泳后得到浓盐水和脱盐水，之后浓盐水与微界面反应分散破碎后的CO2微气泡和NH3微气泡反应生成碳酸氢钠、氯化铵的混合溶液，最后将混合溶液排出。
实施例2
本实施例其他操作步骤与实施例1相同，不同仅在于本实施例的CO2微界面发生器为气动式微界面发生器。
实施例3
本实施例其他操作步骤与实施例1相同，不同仅在于连通管道的横截面为CO2微界面发生器横截面的1/2，连通管道的高度为制碱塔高度的1/20。
实施例4
本实施例其他操作步骤与实施例1相同，不同仅在于CO2微界面发生器和NH3微界面发生器之间没有连通管道。
对比例1
本实施例其他操作步骤与实施例1相同，不同仅在于将CO2微界面发生器和NH3微界面发生器均替换成专利文献CN 210045215U一种适用于含气液反应体系的反应装置中提到的气泡破碎器。
通过将上述实施例1-4与对比例1进行对比，得到下表：
| 反应温度(℃) | 反应压力(MPa) | |
| 实施例1 | 40 | 0.12 |
| 实施例2 | 60 | 0.18 |
| 实施例3 | 58 | 0.23 |
| 实施例4 | 65 | 0.25 |
| 对比例1 | 75 | 0.3 |
通过将实施例1和实施例2进行对比可以发现，当CO2微界面发生器改成气动式微界面发生器后，此时制碱反应的温度和压力均会上升，会增加反应时的能耗。
通过将实施例1与实施例3-4进行对比可以发现，当连通管道的横截面积不同，或者没有连通管道的情况下，制碱反应的温度和压力也会有上升，增加反应能耗。
通过实施例1与对比例1进行对比，可以发现对比例不适用微界面发生器而是使用气泡破碎器，这样会大大提升制碱反应时的温度及压力，一是增加反应式的能耗，二是使得反应时安全性能降低。
由此可见，本发明通过在制碱塔的内部设置了CO2微界面发生器和NH3微界面发生器，将CO2气体和NH3气体分别分散破碎为CO2微气泡和NH3微气泡，这些微气泡与浓盐水的相界面积增大，加快了反应效率的同时降低了制碱塔内部反应时的温度及压力，这样也间接的减小了制碱所需要的能耗。本发明通过将电泳反渗透脱盐装置与制碱塔结合在了一起。电泳反渗透脱盐装置将淡水排出，将浓盐水直接输送至制碱塔进行制碱，这一步将海水脱盐与制碱工艺结合，实现了对海水资源的充分利用，并且减小了设备占地面，降低了成本。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种海水电泳脱盐结合微界面强化制碱的装置，其特征在于，包括制碱塔和电泳反渗透脱盐装置，所述制碱塔的底部设置有用以将NH3破碎分散的NH3微界面发生器，所述NH3微界面发生器的正上方设置有用以将CO2破碎分散的CO2微界面发生器，所述CO2微界面发生器和所述NH3微界面发生器通过连通管道相连，所述NH3微界面发生器连接有NH3进气管道，所述CO2微界面发生器连接有CO2进气管道，所述制碱塔的底部开设有排液口；所述电泳反渗透脱盐装置内部设置有用以海水脱盐的反渗透膜，所述反渗透膜中的无机盐通过电泳组件的电场吸附后从进料口输送至所述制碱塔；
所述CO2微界面发生器为液动式微界面发生器，所述NH3微界面发生器为气动式微界面发生器；
所述连通管道的横截面积为所述CO2微界面发生器的横截面积的1/2-3/4；
所述连通管道的高度为所述制碱塔的高度的1/15-1/20。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述制碱塔的外侧设置有循环通道，所述循环通道的进口开设在所述制碱塔的侧壁底部，所述循环通道包括用以将所述制碱塔内的溶液抽吸进所述循环通道的循环泵和用以将溶液加热至反应温度的换热器，从所述换热器出来的溶液经过所述制碱塔的侧壁中部输送至所述CO2微界面发生器里。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电泳反渗透脱盐装置的两侧分别设置有浓盐水流量控制阀和脱盐水流量控制阀。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反渗透膜中间开设有进水口，所述进水口连通有海水进料管道，所述进水口的顶部设置有海水流量控制阀。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反渗透膜为卷式超滤膜或板式超滤膜。
6.一种海水电泳脱盐结合微界面强化制碱的方法，其特征在于，应用权利要求1-5任一项所述的装置，包括如下步骤：
海水经过电泳后得到浓盐水和脱盐水；
浓盐水与微界面反应分散破碎后的CO2微气泡和NH3微气泡反应生成碳酸氢钠、氯化铵的混合溶液；
将混合溶液排出。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述反应的温度为40-65℃，所述反应的压力为0.12-0.25MPa。
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