CZ9901170A3 - Způsob získávání krystalických solí ze zahuštěných minerálních vod - Google Patents

Description

Způsob a zařízení k získávání krystalických solí ze zahuštěných minerálních vod.

7ψ

Oblast techniky

Vynález se týká šetrného způsobu získávání přírodních solí z minerálních vod v krystalické formě, zachovávající v tomto produktu všechny příznivé léčivé účinky vřídelní vody. Přímé odpařování vřídelní vody bez jejího předchozího zahuštění není z ekonomických důvodů výhodné vzhledem k nutnosti odpařovat velké množství vody. Jako vhodný zahušťovací stupeň se za současného stavu techniky ukazují membránové postupy (elektrodialýza, reverzní osmóza), pokud se vhodným, účinným a hospodárným způsobem zamezí tvorbě jakýkoliv sraženin v průběhu membránového procesu. Vytváření nánosů a inkrustů zcela znemožňuje použití membránových procesů v provozním měřítku z ekonomických důvodů.

Způsob, jak zamezit zanášení membrán předúpravou minerálních vod před jejich zahušťováním membránovými procesy a použitelný v průmyslovém měřítku byl předmětem naší předchozí patentové přihlášky PV 901-97. Úprava spočívá ve vratném odstranění vápníku, hořčíku a železa a snížení koncentrace SiO₂ před vlastním membránovým zahuštěním minerální vody.

Při výrobě vřídelní soli, mající léčivé účinky, je nutno z vřídelní vody získat v pevném skupenství a v tradičním chemickém složení součásti, které jsou příčinou léčivých účinků této vody. Vážným nedostatkem uvedeného procesu předúpravy minerálních vod je skutečnost, že se při něm podstatně sníží obsah bikarbonátů jejich rozkladem na karbonáty. Např. v karlovarské vřídelní vodě zahuštěné elektrodialýzou je až 50% bikarbonátů převedeno na karbonáty. Tímto nedostatkem trpí i klasické způsoby zahušťování minerálních solí prováděné v různých typech vícestupňových odparek. Snížený obsah bikarbonátů způsobuje zvýšení pH roztoku a tím i nežádoucí změnu chuťových vlastností minerální vody připravené rozpuštěním získané soli neboť v přírodních minerálních vodách karbonáty nejsou prakticky přítomny.

Rozklad bikarbonátů na karbonáty je reverzibilní a proto se obsah bikarbonárů v konečném produktu tradičně zvyšuje tím, že se konečná krystalizace solí ze zahuštěného roztoku provádí v atmosféře oxidu uhličitého a za nízké teploty minimalizující zpětný rozklad bikarbonátů na karbonát. Zahuštěný roztok soli se ve formě pasty krystalů v matečném roztoku nanáší na pás transportéru (korečkový dopravník) ve velmi tenké vrstvě (4 mm), na kterém při nízké teplotě (50°C) vysychá v atmosféře oxidu uhličitého za normálního tlaku. Nevýhody tohoto postupu jsou následující: nízká intenzita odpařování vyžadující dlouhou dobu zdržení soli v zařízení (8 hodin jedna šarže) a tím i jeho velikost pro dosažení požadovaného výkonu, velká spotřeba oxidu uhličitého jehož úniky ekologicky zatěžují okolí. Hlavním nedostatkem procesu je neúplné převedení karbonátů na bikarbonáty, takže v konečném produktu zůstává až 25 % bikarbonátů ve formě karbonátů.

Podstata vynálezu

Nevýhody dosud používaných postupů získávání krystalických solí z minerálních vod při zachovám původního obsahu bikarbonátů jako je v přírodní minerální vodě odstarňuje způsob, který spočívá v tom, že se zahuštěná minerální voda nasytí oxidem uhličitým za vyššího tlaku • · než je tlak atmosférický a vzniklá suspenze matečného roztoku s dispergovanými krystaly, s výhodou s obsahem tuhé fáze v suspenzi 30 až 55%, se suší v rozprašovací sušárně horkým vzduchem.

Sycení zahuštěné minerální vody přírodním oxidem uhličitým se s výhodou provádí v uzavřené nádobě za tlaku 150 až 1000 kPp při teplotě 25 až 50°C opatřené vnějším cirkulačním čerpadlem s ejektorovým distributorem plynu, který přisává oxid uhličitý z prostoru nad hladinou suspenze a rozptyluje jej do vsádky. Zvýšeným tlakem v sytičce se dosáhne vyšší koncentrace oxidu uhličitého rozpuštěného v matečném roztoku. V roztoku rozpuštěný oxid uhličitý posune rovnováhu CO₂-HCO₃ -CO₃ ⁼ ve prospěch bikarbonátů tak, že se všechen karbonát převede na bikarbonát.

Sušení suspenze odebírané z tlakového sytiče se s výhodou provádí v souproudně uspořádané rozprašovací sušárně s výhodou tak, aby se teplota vlhkého teploměru vzduchu vstupujícího do sušárny pohybovala v rozmezí 40 až 55°C a jeho teplota na výstupu ze sušárny byla udržována v rozmezí 80 až 120°C. Tato teplota je při konstantním přítoku suspenze do sušárny nastavována průtokem sušícího vzduchu nebo při konstantním průtoku sušícího vzduchu je nastavována přítokem suspenze do sušárny. Při běžné hodnotě vlhkosti atmosferického vzduchu 0,01 kg vody/kg vzduchu může tedy teplota vzduchu na vstupu do sušárny dosahovat hodnot v rozmezí 160 až 320°C. Jedná se o teploty podstatně vyšší, než je rozkladná teplota bikarbonátů na karbonát a než je teplota sušení při běžně doporučovaném a v literatuře popsaném způsobu sušení pasty krystalů zahuštěné minerální vody. Při souproudém toku sušené suspenze a sušícího vzduchu se v rozprašovací sušárně horký vzduch stýká s vlhkými částicemi a pokud je na nich přítomna volná voda (matečný roztok), teplota sušené částice nemůže přesáhnou teplotu vlhkého teploměru sušícího vzduchu, tj 40 až 55°C. Jedná se o první fázi sušení, která je řízena rychlostí difúze vhlhkosti z povrchu částic do sušícího vzduchu. Částice se začíná ohřívat teprve od okamžiku, kdy se z jejího povrchu vysuší voda volná a začíná se odpařovat voda vázaná uvnitř částic. Při souproudém uspořádání je ale teplota sušícího vzduchu v této době již podstatně nižší a blíží se teplotě výstupní, neboť největší množství odsušené vody v rozprašovací sušárně s velkou plochou styku sušených částic a vzduchu připadá na vodu volnou. V této druhé fázi sušení je proces řízen rychlostí vnitřní difúze vlhkosti na povrch částice.

Při tomto novém způsobu sušení je zcela zásadní a nové příznivé působení nadbytku oxidu uhličitého, který se v matečném roztoku rozpustil při zvýšeném tlaku v sytičce. Ten vytváří uvnitř sušené částice atmosféru oxidu uhličitého bránící rozkladu bikarbonátů až do chvíle, kdy je oxid z částice rovněž odstraněn pomalou vnitřní difúzí do sušícího vzduchu. To dovoluje k sušení použít sušáren pracujících s krátkou dobou prodlení materiálu v sušárně nepřesahující 3 sekundy ale při vysokých teplotách výrazně přesahujících teplotu rozkladu bikarbonátů.

Proud vzduchu a krystalů je na výstupu ze sušárny rychle zchlazen aby se zabránilo tepelnému rozkladu bikarbonátů ve vysušené soli. Krystaly vysušené soli jsou z proudu vzduchu odděleny v cyklonu. Výsledkem působení všech zmíněných příznivých faktorů je to, že v konečném produktu je na karbonáty převedeno méně než 2 % bikarbonátů. Pokusy udržet nízký obsah karbonátů v produktu pouze zkrácením doby pobytu krystalů v oblasti vyšší teploty použitím rozprašovací (sprejové) sušárny nebyly úspěšné, neboť v konečném produktu bylo až •« 4 · · 4 · • 444 · · 4 · · · 4

4 4 4 4 · 4 4 4 · 4 • 4 · · · · 4444 · 444 444

4 4 · · · · ·

444« 44 · 44 44

75% bikarbonátů převedeno na karbonáty.

Příklad provedení

Suspenze zahuštěné karlovarské vřídelní vody obsahující 300 g/l solí o složení: 32,77 g Na⁺, 1,85 g K⁺, 12,19 g Cl', 31,10 g SO4⁼, 15,08 g HCO3, 7,01 g CO₃ ⁼ se v množství 20 1/h uvádí do tlakového sytiče oxidem uhličitým. V použité zahuštěné vodě je 48,6% bikarbonátů převedeno na karbonát.

Sytič je válcová nádoba o objemu plnění kapalnou fází 250 1 a plynem 100 1, opatřená cirkulačním čerpadlem. Z čerpadla je kapalina vracena zpět do kapalné vsádky přes ejektor instalovaný nad hladinou tak, aby nasával oxid uhličitý z prostoru nad hladinou a vzniklou disperzi plynu a kapaliny uváděl pod hladinu v sytiči. Oxid uhličitý je do nádoby připouštěn z tlakové láhve tak, aby tlak v sytiči byl udržován na konstantní hodnotě 200 kPa. Teplota cirkulující kapaliny je udržována na hodnotě 50°C a nižší. Ze sytiče je suspenze vedena do vyrovnávací míchané nádoby, ve které se zchladí na 40°C a z ní je přes redukci tlaku nastřikována do rozprašovací sušárny. Souproudně se suspenzí je do sušárny uváděn vzduch o teplotě 260°C. Vysušená sůl je ze vzduchu vystupujícího ze sušárny s teplotou 105°C oddělena v cyklonu. Složení soli je následující: 30,65 g Na⁺, 1,73 g K ⁺ , 11,41 g Cl’, 29,10 g SO4⁼, 26,77 g HCO3, 0,34 g CO₃ ⁼. V produktu je pouze 2,5% bikarbonátů převedeno na karbonát.

Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný při získávání krystalických solí z přírodních minerálních vod, zejména vod s léčivými účinky.

Způsob podle vynálezu nalezne použití při průmyslové výrobě krystalické karlovarské vřídelní soli s léčivými účinky z karlovarské vřídelní vody, jímané z vybraných vrtů a zřídel v oblasti Karlových Varů.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob získávání solí ze zahuštěných minerálních vod v krystalické formě v y z n a č u » j í c í s e t í m, že se zahuštěná minerální voda nejprve nasytí oxidem uhličitým za vyššího tlaku než je tlak atmosférický při teplotách do 50 °C a vzniklá suspenze krystalů a » matečného roztoku obsahující 30 až 55 % tuhé fáze se suší v sušárně při teplotách vyšších než 100°C, tj. při teplotách vyšších, než je rozkladná teplota bikarbonátů přítomných v zahuštěné minerální soli.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se ti m, že se tlakové sycení zahuštěné minerální vody provádí za tlaku 150 až 1000 kPa v uzavřené tlakové nádobě opatřené vnějším cirkulačním čerpadlem s ejektorovým distributorem plynu, který přisává oxid uhličitý z prostoru nad hladinou suspenze a rozptyluje jej do vsádky, přitom tlak v zařízení je udržován na konstatní úrovni dávkováním tlakového oxidu uhličitého do zařízení.
3. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se t í m, že se sušení suspenze odebírané z tlakového sytíce provádí v souproudně uspořádané rozprašovací sušárně vzduchem, jehož teplota vlhkého teploměru na vstupu do sušárny je v rozmezí 40 až 55°C a jeho teplota na výstupu ze sušárny je udržována v rozmezí 80 až 120°C.
4. 4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se t í m, že se proud vzduchu a krystalů vystupující ze sušárny rychle zchladí na teplotu nižší něž 50°C smísením s čerstvým vzduchem.