PL196359B1

PL196359B1 - Sposób zatężania roztworów soli metodą destylacji membranowej połączonej (54) z krystalizacją soli oraz układ do zatężania roztworów soli metodą destylacji membranowej połączonej z krystalizacją soli

Info

Publication number: PL196359B1
Application number: PL346481A
Authority: PL
Inventors: Marek Gryta; Antoni Waldemar Morawski
Original assignee: Politechnika Szczecinska
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2007-12-31
Also published as: PL346481A1

Abstract

1. Sposób zatężania roztworów soli techniką destylacji membranowej połączonej z krystalizacją soli polegający na zatężaniu ich poprzez ogrzewanie w temperaturze poniżej temperatury wrzenia roztworu, znamienny tym, że zatężony roztwór kieruje się do krystalizatora, gdzie następuje krystalizacja soli w temperaturze niższej o co najmniej 5°C od średniej temperatury membran w separatorze membranowym, a uzyskany roztwór pokrystalizacyjny doprowadza się do stanu nienasycenia poprzez jego podgrzanie i zasilenie nową porcją zatężanego roztworu soli, po czym tak uzyskany roztwór przetłacza się do separatora membranowego, zaś odbieraną z separatora membranowego wodę gromadzi się w zbiorniku destylatu, przy czym część wody gromadzonej w zbiorniku destylatu schładza się do temperatury nie niższej niż 20°C i zawraca do się do separatora membranowego. 6. Układ do zatężania roztworów soli techniką destylacji membranowej połączonej z krystalizacją soli zawierający separator membranowy, zbiorniki, wymienniki ciepła, znamienny tym, że wylot roztworu zatężonego separatora membranowego (1) połączony jest z krystalizatorem (2) wyposażonym w mieszadło i chłodnicę wodną

Description

(21) Numer zgłoszenia: 346481 (51) Int.Cl.

B01D 61/36 (2006.01) C02F 1/44 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 14.03.2001

Sposób zatężania roztworów soli metodą destylacji membranowej połączonej (54) z krystalizacją soli oraz układ do zatężania roztworów soli metodą destylacji membranowej połączonej z krystalizacją soli (73) Uprawniony z patentu:

Politechnika Szczecińska,Szczecin,PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:

23.09.2002 BUP 20/02 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.12.2007 WUP 12/07 (57) 1. Sposób zatężania roztworów soli techniką destylacji membranowej połączonej z krystalizacją soli polegający na zatężaniu ich poprzez ogrzewanie w temperaturze poniżej temperatury wrzenia roztworu, znamienny tym, że zatężony roztwór kieruje się do krystalizatora, gdzie następuje krystalizacja soli w temperaturze niższej o co najmniej 5°C od średniej temperatury membran w separatorze membranowym, a uzyskany roztwór pokrystalizacyjny doprowadza się do stanu nienasycenia poprzez jego podgrzanie i zasilenie nową porcją zatężanego roztworu soli, po czym tak uzyskany roztwór przetłacza się do separatora membranowego, zaś odbieraną z separatora membranowego wodę gromadzi się w zbiorniku destylatu, przy czym część wody gromadzonej w zbiorniku destylatu schładza się do temperatury nie niższej niż 20°C i zawraca do się do separatora membranowego.

6. Układ do zatężania roztworów soli techniką destylacji membranowej połączonej z krystalizacją soli zawierający separator membranowy, zbiorniki, wymienniki ciepła, znamienny tym, że wylot roztworu zatężonego separatora membranowego (1) połączony jest z krystalizatorem (2) wyposażonym w mieszadło i chłodnicę wodną,............................................

(72) Twórca(y) wynalazku:

Marek Gryta,Szczecin,PL

Antoni Waldemar Morawski,Szczecin,PL (74) Pełnomocnik:

Zawadzka Renata, Dział Patentów i Transferu Technologii, Politechniki Szczecińskiej

PL 196 359B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób zatężania roztworów soli metodą destylacji membranowej połączonej z krystalizacją soli oraz układ do zatężania roztworów soli metodą destylacji membranowej połączonej z krystalizacją krystalizacją.

Znane są metody wydzielania soli z roztworów poprzez jej krystalizację z roztworu przesyconego, który uzyskuje się przez schłodzenie roztworu zatężonego w wyparkach do stanu bliskiego nasycenia soli w temperaturze zatężania. Znane są metody zatężania roztworów soli techniką destylacji membranowej (MD), nie wymagające ogrzania roztworu do temperatury wrzenia. Gorący roztwór soli przepływa wzdłuż hydrofobowej membrany, a rozpuszczalnik, czyli woda, odparowuje przez warstwę gazu wypełniającego pory membran i jest kondensowany w strumieniu zimnego destylatu przepływającego po drugiej stronie membran. Wskutek wymiany masy i ciepła gorący roztwór przepływając przez moduł membranowy schładza się.

Z polskiego opisu patentowego nr 179 218 znany jest sposób wydzielania kwasu solnego i chlorku żelazowego z ich wodnych roztworów i układ do wydzielania kwasu solnego i chlorku żelazowego z ich wodnych roztworów na drodze destylacji membranowej. Sposób polega na tym, że roztwór zatęża się techniką destylacji membranowej w temperaturze poniżej ich temperatury wrzenia w przynajmniej trzech sekcjach modułów membranowych, do stanu nasycenia. Po ochłodzeniu roztwór odprowadza się do krystalizatora, w którym wytrąca się kryształy soli, a pozostały roztwór pokrystalizacyjny podgrzewa się i zawraca do procesu MD. Układ składa się z co najmniej trzech sekcji modułów do destylacji membranowej oraz sekcji składającej się z wymiennika ciepła poprzedzającego krystalizator i wymiennika ciepła za krystalizatorem. Każda sekcja ma obudowę membranową wewnątrz której znajdują się hydrofobowe membrany oraz dwa niezależne termostatowe obiegi zamknięte. Z polskiego zgłoszenia patentowego nr 323 756 znany jest sposób oczyszczania wodnych roztworów po regeneracji wymieniaczy jonowych polegający na zatężaniu roztworu poregeneracyjnego do stanu nasycenia rozpuszczonych w nim składników, co umożliwia wytrącanie ich w postaci osadów podczas dalszego odbierania rozpuszczalnika z roztworu, korzystnie w oddzielnym układzie do krystalizacji.

Sposób zatężania roztworów soli według wynalazku polega na tym, że nienasycony roztwór soli przetłacza się poprzez wymiennik ciepła, w którym jest ogrzewany do temperatury poniżej temperatury wrzenia roztworu, do modułu membranowego gdzie zatęża się go techniką destylacji membranowej. Zatężony roztwór kieruje się do krystalizatora, gdzie następuje krystalizacja soli w temperaturze niższej o co najmniej 5°C od średniej temperatury membran w separatorze membranowym. Średnią temperaturę membrany oblicza się jako średnią arytmetyczną z temperatury roztworu na wyjściu z modułu membranowego i temperatury destylatu na wejściu do tego modułu. Korzystnie proces krystalizacji prowadzi się w dwóch etapach, przy czym pierwszy etap prowadzi się w roztworze z wirującymi kryształkami soli, zaś drugi etap prowadzi się w temperaturze niższej o przynajmniej 5°C od temperatury pierwszego etapu. Czas przebywania roztworu w pierwszym i drugim etapie krystalizacji wynosi korzystnie co najmniej 5 minut. Uzyskany roztwór pokrystalizacyjny doprowadza się do stanu nienasycenia poprzez jego podgrzanie i zasilenie nową porcją zatężanego roztworu soli. Tak uzyskany roztwór przetłacza się do separatora membranowego, zaś odbieraną z separatora membranowego wodę gromadzi się w zbiorniku destylatu. Część wody gromadzonej w zbiorniku destylatu schładza się do temperatury nie niższej niż 20°C i zawraca do się do separatora membranowego. Korzystnie objętość dozowanej do roztworu pokrystalizacyjnego nowej porcji roztworu zatężanej soli jest równoważna zmniejszeniu objętości układu wynikającego z odparowania wody w procesie destylacji membranowej i objętości odprowadzonej z układu soli.

Zaletą przedstawionego sposobu jest eliminacja krystalizacji soli w modułach membranowych, która powodowała ich zapychanie oraz możliwość stosowania niewielkich krystalizatorów, co w znacznym stopniu zmniejsza koszty inwestycyjne.

Układ do zatężania roztworów soli według wynalazku składa się z separatora membranowego i, którego wylot roztworu zatężonego połączony jest z krystalizatorem 2 wyposażonym w mieszadło, służące do mieszania wydzielających się kryształów soli oraz chłodnicę wodną. W górnej części krystalizatora 2 znajduje się przelew, poprzez który krystalizator 2 połączony jest ze zbiornikiem 4, wyposażonym w urządzenie do nagrzewania oraz urządzenie do dozowania nowych porcji roztworu soli. Zbiornik 4 poprzez pompę 5 i wymiennik ciepła 6 połączony jest z wlotem roztworu zatężanego separatora membranowego 1. Wylot destylatu z separatora membranowego 1 połączony jest ze zbiornikiem destylatu 9,

PL 196 359 B1 który poprzez pompę 8 i chłodnicę 7 połączony jest z wlotem destylatu do separatora membranowego 1. W innej odmianie rozwiązania według wynalazku, w którym proces krystalizacji prowadzi się w dwóch etapach, układ wyposażony jest w drugi krystalizator 3, wyposażony w chłodnicę wodną oraz przelew w górnej części. Krystalizator 3 jest połączony poprzez przelew z krystalizatorem 2.

Układ według wynalazku umożliwia prowadzenie procesu zatężania z jednoczesną krystalizacją oraz otrzymywanie czystej wody o jakości zbliżonej do wody destylowanej, którą można wykorzystywać w innych procesach technologicznych.

Rozwiązanie według wynalazku jest objaśnione w przykładach wykonania i na rysunku przedstawiającym schemat ideowy układu i przebiegu procesu.

Przykład I

Instalacja doświadczalna składa się z układu do destylacji membranowej połączonej z kaskadą trzech zbiorników. Krystalizator 2 połączony jest z wylotem zatężonego roztworu soli o temperaturze 65°C wypływającej z separatora membranowego 1. Krystalizator 2 wyposażony jest w mieszadło oraz chłodnicę wodną. Temperatura roztworu w zbiorniku wynosi 35°C. Przelew zamontowany w górnej krawędzi krystalizatora 2 umożliwia przepływ nadmiaru roztworu do krystalizatora 3 również wyposażonego w chłodnicę wodną. Temperatura roztworu w krystalizatorze 3 wynosi 20°C. Objętość roztwo₃ ru w każdym krystalizatorze wynosi 3 dm³. Roztwór z krystalizatora 3 przepływa przelewem do zbiornika 4, gdzie ogrzewa się go do temperatury 75°C. Roztwór ze zbiornika 4 pobiera się pompą perystaltyczną z wydajnością 600 ml/min i przetłacza się przez wymiennik ciepła, w którym ogrzewa się go do temperatury 85°C, do wlotu separatora membranowego 1. Po drugiej stronie membrany w separatorze przepływa destylat o temperaturze na wlocie separatora równej 35°C, a na wylocie 45°C. Powstający w trakcie procesu ubytek objętości roztworu w zbiorniku 4 uzupełnia się roztworem soli o stężeniu 309 g NaCl/dm³. Proces prowadzi się w sposób ciągły przez kilkanaście godzin i uzyskuje się stabilny strumień destylatu równy 120 dm³ w przeliczeniu na 1 m² membrany w ciągu 24 godzin ₂ oraz wykrystalizowaną w 2 i 3 krystalizatorze sól w ilości 41 kg NaCl w przeliczeniu na 1 m² membrany i 24 godziny trwania procesu.

Przykład II

Układ do zatężania roztworów soli składa się z separatora membranowego, wykonanego z porowatych membran hydrofobowych, trzech połączonych kaskadowo zbiorników, pompy, wymiennika ciepła i zbiornika destylatu. Wylot roztworu zatężanego separatora membranowego 1 połączony jest z krystalizatorem 2, wyposażonym w mieszadło oraz chłodnicę wodną. W górnej części krystalizatora 2 znajduje się przelew, poprzez który krystalizator 2 połączony jest z krystalizatorem 3, wyposażonym w chłodnicę wodną. W górnej części krystalizatora 3 znajduje się przelew, poprzez który krystalizator 3 połączony jest ze zbiornikiem 4, wyposażonym w urządzenie do nagrzewania oraz urządzenie do dozowania nowych porcji roztworu soli. Zbiornik 4 poprzez pompę 5 i wymiennik ciepła 6 połączony jest z wlotem roztworu zatężanego separatora membranowego 1. Wylot destylatu z separatora membranowego 1 połączony jest ze zbiornikiem 9, który poprzez pompę 8 i chłodnicę 9 połączony jest z wlotem destylatu do separatora membranowego 1.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zatężania roztworów soli techniką destylacji membranowej połączonej z krystalizacją soli polegający na zatężaniu ich poprzez ogrzewanie w temperaturze poniżej temperatury wrzenia roztworu, znamienny tym, że zatężony roztwór kieruje się do krystalizatora, gdzie następuje krystalizacja soli w temperaturze niższej o co najmniej 5°C od średniej temperatury membran w separatorze membranowym, a uzyskany roztwór pokrystalizacyjny doprowadza się do stanu nienasycenia poprzez jego podgrzanie i zasilenie nową porcją zatężanego roztworu soli, po czym tak uzyskany roztwór przetłacza się do separatora membranowego, zaś odbieraną z separatora membranowego wodę gromadzi się w zbiorniku destylatu, przy czym część wody gromadzonej w zbiorniku destylatu schładza się do temperatury nie niższej niż 20°C i zawraca do się do separatora membranowego.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że średnią temperaturę membrany oblicza się jako średnią arytmetyczną z temperatury roztworu na wyjściu z modułu membranowego i temperatury destylatu na wejściu do tego modułu.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czas przebywania roztworu wypływającego z separatora membranowego w krystalizatorze wynosi korzystnie co najmniej 5 minut.

PL 196 359B1
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że proces krystalizacji prowadzi się w dwóch etapach, przy czym pierwszy etap prowadzi się w roztworze z wirującymi kryształkami soli, zaś drugi etap prowadzi się w temperaturze niższej o przynajmniej 5°C od temperatury pierwszego etapu i czas przebywania roztworu w drugim etapie krystalizacji wynosi korzystnie co najmniej 5 minut.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że objętość dozowanej do roztworu pokrystalizacyjnego nowej porcji roztworu zatężanej soli jest równoważna zmniejszeniu objętości układu wynikającego z odparowania wody z zatężanego roztworu i objętości odprowadzonej z układu soli.
6. Układ do zatężania roztworów soli techniką destylacji membranowej połączonej z krystalizacją soli zawierający separator membranowy, zbiorniki, wymienniki ciepła, znamienny tym, że wylot roztworu zatężonego separatora membranowego (1) połączony jest z krystalizatorem (2) wyposażonym w mieszadło i chłodnicę wodną, przy czym w górnej części krystalizatora (2) znajduje się przelew, poprzez który krystalizator (2) połączony jest ze zbiornikiem (4) wyposażonym w urządzenie do nagrzewania oraz urządzenie do dozowania nowych porcji roztworu soli, przy czym zbiornik (4) poprzez pompę (5) i wymiennik ciepła (6) połączony jest z wlotem roztworu zatężanego separatora membranowego (1), zaś wylot destylatu z separatora membranowego (1) połączony jest ze zbiornikiem destylatu (9), który poprzez pompę (8) i chłodnicę (7) połączony jest z wlotem destylatu do separatora membranowego (1).
7. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że krystalizator (2) połączony jest poprzez przelew z drugim krystalizatorem (3) wyposażonym w chłodnicę wodną oraz przelew w górnej części.