PL210362B1 - Sposób zatężania roztworów soli zawierających jod - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania zatężonych jodowanych solanek metodą destylacji membranowej.

Lecznicze właściwości naturalnych solanek wydobywanych ze źródeł podziemnych są znane od wieków i także dzisiaj są one stosowane w wielu uzdrowiskach. Roztwory soli używane są do zabiegów leczniczych w formie kąpieli, okładów, inhalacji lub płukanek. Lecznicze solanki w dużym stężeniu zawierają jony wapnia, magnezu, bromu, boru, krzemu, selenu i wielu innych biopierwiastków. Niektóre z nich, jak wydobywana w Polsce solanka Zabłocka, zawierają wysokie stężenie jodu.

Przewożenie naturalnych solanek na dalsze odległości jest nieopłacalne, stąd ich dystrybucja do oddalonych ośrodków leczniczych wymaga zatężenia wydobywanych roztworów do postaci koncentratu lub krystalicznej soli. Z reguły stosuje się do tego znane metody wyparne połączone z krystalizacją soli. Jod jest bardzo lotny, stąd stosowanie metod wyparnych powoduje duże straty tego pierwiastka w otrzymywanym produkcie.

Z polskiego patentu nr 196 359 znany jest sposób zatężania wodnych roztworów soli metodą destylacji membranowej (MD) polegający na tym, że z podgrzanego roztworu odparowuje się wodę przez pory hydrofobowej membrany, po czym kondensuje się ją i zbiera po drugiej stronie membrany. Roztwór soli przed membraną zatęża się, aż do stężenia bliskiego nasycenia rozpuszczonych w nim składników, co umożliwia ich wytrącenie w dołączonym do instalacji krystalizatorze, gdzie utrzymuje się temperaturę niższą od temperatury roztworu w module membranowym. Wskutek polaryzacji temperaturowej w module MD temperatura membrany jest niższa od temperatury roztworu, co może powodować krystalizację soli i w efekcie zarastanie powierzchni membran (fouling). Zapobieganie temu zjawisku wymaga stosowania procedur płukania membran, tak jak to przedstawiono w polskim patencie nr 190 030. Przedstawiony sposób zatężania solanek jodowych pozwala uniknąć zanieczyszczania membran.

Sposób według wynalazku umożliwia otrzymanie skoncentrowanego roztworu soli zawierającego jod przez zatężenie solanek pochodzącego z naturalnych złóż podziemnych, metodą wydzielenia nadmiaru wody w procesie destylacji membranowej.

Sposób zatężania roztworów soli zawierających jod według wynalazku charakteryzuje się tym, że proces zatężania prowadzi się przynajmniej w dwustopniowym separatorze membranowym, gdzie w pierwszym stopniu prowadzi się wstępne zatężenie solanki i usuwa się z niej nadmiar amoniaku, a w nastę pnych stopniach uzyskuje wymagane stężenie końcowe.

Przed skierowaniem solanki naturalnej do pierwszego stopnia instalacji membranowej odżelazia się ją, następnie ogrzewa się i utrzymuje w stanie wrzenia przez co najmniej 5 minut. Następnie solankę stabilizuje się w zbiorniku przez minimum 15 minut w warunkach sprzyjających sedymentacji osadu, po czym zdekantowany roztwór kieruje się do separatora membranowego, gdzie utrzymuje się temperaturę solanki nie niższą jak 323 K, a po odparowaniu z roztworu przynajmniej 25% wody przesyła się roztwór do kolejnego stopnia separatora, gdzie zatęża się go do stężenia niższego od 300 g NaCl/dm³. Korzystnie, prędkość roztworu wzdłuż powierzchni membrany utrzymuje się w granicach od 0,5 do 1,5 m/s.

Sposób według wynalazku został przedstawiony w jego przykładach wykonania.

P r z y k ł a d I

Naturalną solankę (30 g NaCl/dm³ 130 mg I^-/dm³) odżelaziono stosując intensywne napowietrzanie przez 10 minut i filtrację, którą realizowano przetłaczając napowietrzony roztwór przez filtr bibułowy. Uzyskany filtrat ogrzano do wrzenia i utrzymywano w tym stanie przez 5 minut, po czym przez kolejne 15 minut przetrzymywano ją w zbiorniku bez mieszania, co umożliwiło sedymentację osadu, znad którego pobrano solankę do procesu zatężania.

Zatężanie prowadzono dwustopniowo. Pierwszy stopień instalacji do destylacji membranowej posiadał pionowo ustawiony moduł membranowy wykonany z 3 kapilarnych membran polipropylenowych (o średnicy dz/dw = 9/6 mm, długości 35 cm, średnim rozmiarze porów 0,2 mikrometra i porowatości 73%), które zamontowano w rurowej obudowie o średnicy wewnętrznej 20 mm. Roztwór zatężany (porcja 2 dm³) wpływał do przestrzeni pomiędzy kapilarami, a chłodzony destylat przepływał współprądowo od dołu do góry modułu wewnątrz membran kapilarnych. Temperatura destylatu na wlocie do modułu wynosiła 293 K, a solanki 353 K. Wypływający z modułu strumień destylatu zawracano do chłodzonego zbiornika ustawionego na wadze (wydajność procesu obliczano na podstawie przyrostu masy). Roztwór soli po wypłynięciu z modułu MD kierowany był do ogrzewanego zbiornika. Po poPL 210 362 B1 nownym ogrzaniu w tym zbiorniku, pompa perystaltyczna zawracała zatężaną solankę do modułu membranowego, gdzie przepływał z prędkością 1,5 m/s. Proces zatężania w pierwszym stopniu zakończono, gdy uzyskano stężenie 64 g NaCl/dm³. Wydajność procesu wynosiła 200 dm³ w przeliczeniu na 1 m² membran w czasie doby.

Wodę odparowującą w module membranowym kondensowano w strumieniu recyrkulującego zimnego destylatu, którego przewodnictwo właściwe podczas procesu wzrosło z 2 do 13,4 μS/cm. W zebranym końcowym destylacie wykryto obecność jonów amonowych (rozpuszczony amoniak) i nieznaczne ilości jonów I^-. Wyznaczone strumienie molowe tych składników wynosiły 0,0011 mola jodu przez 1 m² membran w ciągu doby oraz 0,8 mola NH3 przez 1 m² membran w ciągu doby.

Instalację MD wypłukano częścią zebranego destylatu i zastosowano ją ponownie jako drugi stopień procesu zatężania. W drugim stopniu zatężanie solanki kontynuowano aż do uzyskania stężenia 256 g NaCl/dm³. Podczas tego drugiego etapu zatężania przenikający do destylatu strumień jodu zmniejszył się 10 razy, a amoniaku około 8 razy. Wydajność procesu odparowania wynosiła 170 dm³ wody w przeliczeniu na 1 m² membran w czasie doby.

P r z y k ł a d II

Zastosowano instalację MD i warunki prowadzenia procesu, jak w przykład I, z tą różnicą, że temperatura roztworu zatężanego wynosiła 323 K, a jego prędkość przepływu 0,5 m/s. Solankę naturalną wstępnie oczyszczono metodą opisaną w przykładzie I. Solankę zatężono trójstopniowo, w pierwszym stopniu odparowano 25% wody, a w drugim stopniu zatężanie skończono, gdy stężenie osiągnęło wartość 210 NaCl/dm³, a w trzecim stopniu uzyskano stężenie końcowe bliskie 300 NaCl/dm³. Wydajność odparowania w I, II i III stopniu wynosiła odpowiednio 140, 132 i 123 dm³/m²d. W I stopniu strumień jodu i amoniaku był podobny jak w przykładzie I. W II i III stopniu uzyskano blisko 10-krotne zmniejszenie tych strumieni.

Claims (2)

1. Sposób zatężania roztworów soli zawierających jod, polegający na rozdzielaniu ich metodą destylacji membranowej na czystą wodę i koncentrat soli, znamienny tym, że proces zatężania prowadzi się przynajmniej w dwustopniowym separatorze membranowym, przy czym przed skierowaniem solanki naturalnej do pierwszego stopnia instalacji membranowej odżelazia się ją, następnie ogrzewa się i utrzymuje w stanie wrzenia przez co najmniej 5 minut, po czym solankę stabilizuje się w zbiorniku przez minimum 15 minut w warunkach sprzyjających sedymentacji osadu, a następnie zdekantowany roztwór kieruje się do separatora membranowego, gdzie utrzymuje się temperaturę solanki nie niższą jak 323 K, a po odparowaniu z roztworu przynajmniej 25% wody przesyła się roztwór do kolejnego ₃ stopnia separatora, gdzie zatęża się go do stężenia niższego od 300 g NaCl/dm³.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prędkość roztworu wzdłuż powierzchni membrany utrzymuje się w granicach od 0,5 do 1,5 m/s.