Opublikowano: 2.XI.1965 KI. 85b, l/Ol MKP C 02 b SJOfa UKD bibuotekaT Urzedu Pflt«nl*wego! Wspóltwórcy wynalazku: prof. mgr inz. Wladyslaw Olczakowski, dr inz.Andrzej Wlodarski, mgr inz. Ignacy Motyka, inz. Henryk Szczypa, inz. Stanislaw Gisman, Jerzy Chrzaszcz Wlasciciel patentu: Glówny Instytut Górnictwa, Katowice (Polska) Sposób wydzielania z zasolonych wód soli kuchennej, siarczanu wapniowego i konwertowania slonej wody na wode uzytkowa oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób wydzielania z zasolonych wód kopalnianych, soli kuchennej i siarczanu wapniowego w postaci stalej przy je¬ dnoczesnym wytwarzaniu wody czesciowo lub calkowicie zdemineralizowanej oraz urzadzenie do 5 stosowania tego sposobu.Slone wody kopalniane, które odpompowywuje sie na powierzchnie w procesie odwadniania kopaln, sa zazwyczaj odprowadzane do rzek jako scieki uciazliwe dla gospodarki wodami powierzchniowy- io mi. Dotychczas nie wykorzystuje sie tych silnie zmineralizowanych wód kopalnianych jako surow¬ ca do konwertowania wody dla celów uzytkowych na przyklad jako wody pitnej, ani tez jako surow¬ ca do wytwarzania soli kuchennej. Skojarzenie bo- 15 wiem procesów konwertowania wody i wytwarza¬ nia soli w oparciu o znane sposoby byloby zupelnie nie oplacalne.Znane sa sposoby wytwarzania wody pitnej z za¬ solonych wód, lecz tylko z wód o nie duzym zmine- 20 ralizowaniu, na przyklad z wody morskiej. Moleku¬ larne zanieczyszczenia przetwarzanej wody sa od¬ prowadzane z instalacji jako scieki przemyslowe, w których stezenie gipsu i soli kuchennej nie prze¬ kracza stanu nasycenia. 25 Do wytwarzania soli kuchennej stosuje sie do¬ tychczas solanke o stezeniu bliskim nasyceniu.Wprawdzie wykorzystuje sie równiez solanki o mniejszym stezeniu, jednak przed nadaniem do instalacji wyparczej, solanki te sztucznie sie zateza, 30 przez dosaianie w zlozu albo tez atmosferycznie w otwartych zbiornikach lub tezniach. W procesie tym nastepuje samoczynnie wydzielenie z solanki Ca SO4, który wytraca sie w postaci zlogów, mulu i kamienia w zbiornikach i ha powierzchniach roz¬ bryzgowych. Atmosferyczne zageszczenie solanki jest mozliwe w zasadzie tylko w krajach o klimacie tropikalnym, przy czym przy rozwiazaniu tym nie uzyskuje sie wody uzytkowej.Sposób bedacy przedmiotem niniejszego wyna¬ lazku ma te ceche i jednoczesnie zalete, ze umozli¬ wia wykorzystanie silnie zmineralizowanych wód kopalnianych jako surowca do skojarzonej produk¬ cji soli kuchennej i wody uzytkowej, za pomoca jednej wspólnej instalacji. Poza tym wynalazek umozliwia w oplacalnym stopniu otrzymywanie z wód kopalnianych o niskim i stale zmieniajacym sie stezeniu soli i zmieniajacym sie skladzie che¬ micznym, od razu trzech produktów, wody pitnej, soli kuchennej i siarczanu wapnia w jednym w spo¬ sób ciagly prowadzonym procesie.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze za¬ solona wode wydobywana z podziemi kopalni pod¬ daje sie najpierw wstepnej obróbce polegajacej na utrzymaniu i na korygowaniu twardosci wapniowej tak aby znajdujace sie w solance siarczany wyste¬ powaly pod postacia Ca SO4 (gipsu). Siarczany znaj¬ dujace sie w solance moga byc w tej postaci wy^ tracane na drodze termicznej. Tak przygotowana solanke w pierwszym etapie podgrzewa sie do tem^ 5034250342 3 4 peratury okolo 60 — 150° C, nasyca sola dla zwiek¬ szenia stezenia i wprowadza sie do reaktora wy¬ tracajacego z niej i granulujacego krysztalki siar¬ czanu wapnia.Podgrzewanie solanki, moze odbywac sie jednak do kazdej dowolnej temperatury, o ile bedzie utrzy¬ mana stosownie do tej temperatury szybkosc prze¬ plywu roztworu przez urzadzenie, lub bedzie wy¬ konane urzadzenie o odpowiedniej wielkosci.W drugim etapie, solanke poddaje sie dalszemu stezeniu (zageszczeniu) i czesciowej krystalizacji soli przez kolejne przeprowadzanie jej przez uklad kil¬ ku rozprezaczy, z których z drugiej strony odpro¬ wadzane wypary i skondensowane w skraplaczach, stanowia juz wode pitna jako podstawowy produkt procesu.W trzecim etapie, stezona solanke wprowadza sie do reaktora, gdzie nastepuje krystalizacja czystej soli kuchennej pierwszej frakcji, stanowiacej drugi podstawowy produkt procesu. W czwartym etapie pokrystalizacyjny roztwór poddaje sie najpierw po¬ nownemu zageszczeniu w rozprezaczach, a potem wtórnej krystalizacji w reaktorze, skad otrzymuje sie z jednej strony gorsza frakcje soli która kieruje sie do nasycenia roztworu w pierwszym etapie pro¬ cesu, a z drugiej strony otrzymuje sie lugi pokry- staliczne zawierajace silnie stezony chlorek ma¬ gnesu.Opisany wyzej sposób wydzielania z zasolonych wód soli kuchennej i konwertowania tych wód na wode pitna, uzytkowa jest oplacalny i tani w za¬ stosowaniu dla wód slabo zasolonych, na przyklad wód kopalnianych, które dotychczas ze wzgledu na duze koszty procesu nie mogly byc uzdatniane. Wy¬ nika to miedzy innymi z tego, ze proces jest eko¬ nomicznie prowadzony przy minimalnych stratach ciepla i przy nie duzym jego zapotrzebowaniu. Pod¬ grzewanie zasolonej wody przy wstepnej obróbce jak równiez w pierwszym etapie odbywa sie przy wykorzystaniu ciepla z wyprodukowanej wody pit¬ nej w drugim etapie i przy wykorzystaniu ciepla zawartego w koncowym roztworze pokrystalizacyj- nym który wprowadza sie do ponownego obiegu w procesie krystalizacji siarczanu wapnia i soli kuchennej.Wytracanie siarczanu wapnia (gipsu) z roztworu, jakie dokonuje sie w pierwszym etapie procesu, uzyskuje sie dzieki doprowadzeniu wstepnie obro¬ bionej solanki do temperatury okolo 60 — 150° C.Jak wykazaly przeprowadzone doswiadczenia, w tak podwyzszonej temperaturze wystepuje zwiekszone nasycenie roztworu sola zmniejszajace krystalizacje soli, a odwrotnie, wystepuja korzystniejsze warunki do wydzielania sie z roztworu siarczanu wapnia w postaci drobnych krysztalków. Tak wiec przy zwiekszeniu temperatury solanki, sól jest dokladnie rozpuszczona i zabezpieczana przed krystalizacja, co pozwala na latwe wyodrebnienie siarczanu wa¬ pnia, którego wspólczynnik rozpuszczalnosci male¬ je przy zwiekszaniu temperatury solanki.Wykorzystano to w sposobie wedlug wynalazku do prowadzenia skojarzonego, jednego procesu po¬ zwalajacego na oddzielanie siarczanu wapnia, pro¬ dukcje wody pitnej i jednoczesnie na produkcje soli kuchennej. Pod wplywem ruchu turbolentnego w jaki wprowadzona jest podgrzana solanka do reaktora w pierwszym etapie procesu, oddzielane krysztalki siarczanu wapnia granuluja sie w duze ziarna'dajace sie latwo grawitacyjnie usunac z tego ^aktora.Uwolniona z. siarczanu wapnia solanka przecho¬ dzac do kolejnego drugiego etapu do rozprezaczy ulega zageszczeniu. W kazdym kolejnym rozpreza- czu w których panuje coraz nizsze cisnienie zacho¬ dzi odparowanie wody. Cisnienie i spadki tempe¬ ratur w poszczególnych rozprezaczach wynosza od kilku do kilkunastu stopni zaleznie od liczby sze¬ regowo polaczonych rozprezaczy.Powstala para wodna (wypary) jest odprowadza¬ na z rozprezaczy do wymienników ciepla gdzie kon- densujac sie w wode pitna stanowiaca produkt pro¬ cesu, podgrzewa jednoczesnie pokrystalizacyjny roz¬ twór wprowadzony z powrotem do obiegu w proce¬ sie, zwlaszcza do pierwszego etapu tego procesu.W koniecznych przypadkach, aby zabezpieczyc powierzchnie ogrzewalne wymienników ciepla przed narostami w postaci kamienia, mozna do za¬ wracanej spowrotem pokrystalizacyjnej solanki wprowadzac czesc solanki pobranej bezposrednio z krystalizatora siarczanu wapnia. Znajdujace sie w tej solance krysztalki siarczanu wapnia przyjmu¬ jac role zarodnika, granuluja sie z mulastymi dro¬ binami siarczanu wapnia znajdujacymi sie w so¬ lance pokrystalizacyjnej, nie dopuszczajac w ten sposób do osiadania ich na powierzchniach ogrze¬ walnych wymienników.Gdy oprócz wody pitnej i siarczanu wapnia, pro^ duktem procesu moze byc sól majaca wiekszy sto¬ pien zanieczyszczenia, wówczas dla uproszczenia procesu, swieza solanke po uprzednim podgrzaniu mozna wprowadzac czesciowo lub calkowicie bez¬ posrednio do ukladu zageszczajacego, a do krysta¬ lizatora siarczanu wapnia mozna wprowadzac tylko solanke pokrystalizacyjna. W tym przypadku, otrzy¬ muje sie tylko jedna frakcje soli bardziej zanieczy¬ szczona i to w ostatnim etapie procesu.Urzadzenie do stosowania powyzszego sposobu jest zaopatrzone w krystalizator gipsu, w uklad roz¬ prezaczy oraz w krystalizatory soli, które sa pola¬ czone pomiedzy soba w rurociagami w zamkniety uklad obiegowy solanki. Calosc stanowi zwarta bu¬ dowe, utrzymujaca w ukladzie wymagana w pro¬ cesie równowage cieplna, co pozwala na zmniejsze¬ nie do minimum zapotrzebowanie ciepla z zewnatrz i ekonomicznego prowadzenia opisanego wyzej spo¬ sobu.Urzadzenie wedlug wynalazku jest uwidocznione schematycznie w przykladowym wykonaniu na ry¬ sunku.Urzadzenie sklada sie z wymienników ciepla 1 i 2 podgrzewajacych uprzednio przygotowana swie¬ za solanke dostarczana rurociagiem 3, z krystaliza¬ tora K siarczanu wapnia, do którego w pierwszym etapie procesu jest doprowadzana podgrzana solan¬ ka przez wymienniki ciepla 1 i 2, a rurociagiem 4 pokrystalizacyjny roztwór solanki, z ukladu Rl za¬ geszczajacego solanke uwolniona od siarczanu wap¬ nia w krystalizatorze K i odprowadzajacych ruro¬ ciagami 5 pare wodna do wymienników ciepla 6 gdzie tworzy sie kondensat stanowiacy wode pitna 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 605 odprowadzana rurociagami P do ewentualnie go¬ spodarczego wykorzystania, z krystalizacyjnego reaktora 7 do którego rurociagiem 8 doprowadza sie zageszczona przez uklad Rl solanke, przy czym rurociagiem 9 odprowadza sie pokrystaliczna sp- B lanke, a rurociagiem 10 odprowadza sie podstawowa frakcje skrystalizowanej soli kuchennej.Z zageszczajacego ukladu R2 do którego jest wprowadzona rurociagiem 9 pokrystalizacyjna so¬ lanka w celu dalszego odprowadzenia wody i zage- 10 szczenia, oraz z krystalizacyjnego reaktora 11, w którym doprowadzona rurociagiem 12 zageszczo¬ na solanka poddana jest powtórnej krystalizacji, przy czym produktem tej krystalizacji jest druga frakcja soli zawracana rurociagiem 13 do nasycenia 15 swiezej solanki w ukladzie krystalizatora K, lugi ocprowadzane rurociagiem 14 zawierajace stezony chlorek magnesu, oraz pokrystalizacyjna solanka, która rurociagiem 4 wprowadza sie do ponownego obiegu w procesie, do krystalizatora K. Pokrysta- 20 lizacyjna solanka przeplywajaca rurociagiem 4 po¬ biera cieplo oddane przez kondensowana pare do¬ prowadzana do wymienników ciepla 6, oraz jest dodatkowo podgrzewana w wymienniku 15 cieplem dostarczonym z zewnatrz rurociagiem 18.• 26 Krystalizator K siarczanu wapnia (gipsu) jest za¬ opatrzony w stozkowy sytnik 17 i reaktor 18, które sa polaczone pomiedzy soba rura 19. W sytniku 17 nastepuje dosycanie swiezej solanki druga frakcja soli doprowadzona rurociagiem 13 z ostatniego eta- 30 pu procesu. Zwiekszenie stezenia solanki ulatwia wytracanie siarczanu wapnia w reaktorze 18.Do reaktora 18 podobnie jak do reaktorów 7 i 11 jest dolaczony zespól dysz 20 za pomoca których ciecz doprowadzona do tych reaktorów wprowadza- na jest w ruch turbolentny. W reaktorze 18, z pod¬ grzanej solanki wprowadzonej w ten ruch, wytra¬ caja sie i granuluja krysztalki siarczanu wapnia, które opadaja grawitacyjnie do dolu i sa wypro¬ wadzane rura 21 na zewnatrz. Swieza solanka do- 4<) prowadzana do reaktora 18, Jest z jednej strony podgrzana przez wymienniki ciepla a z drugiej stro¬ ny solanka pokrystalizacyjna zawrócona do ponow¬ nego obiegu z ostatniego etapu procesu rurociagiem 4, która zostala uprzednio czesciowo podgrzana ^ przez wymienniki 6 a intensywnie zostala podgrza¬ na przez wymiennik 15 energia cieplna doprowadza¬ na z zewnatrz rurociagiem 16.Zawracanie solanki pokrystalizacyjnej spowro- tem do pierwszego etapu procesu przez rurociag 4, ma na celu z jednej strony wykorzystanie ciepla odpadowego z kondensacji wody pitnej w wymien¬ nikach ciepla 6 i odprowadzenie tego ciepla z po¬ wrotem na potrzeby procesu, a z drugiej strony ma na celu powtórne poddanie tej solanki dzialaniu ke . .55 procesu dla dalszego wyodrebnienia istniejacej jeszcze soli i mulistych drobin siarczanu wapnia.Te muliste drobiny siarczanu wapnia, które nie daly sie wyodrebnic w pierwszym obiegu w pro¬ cesie, mogly by teraz osiadac w postaci narostów i kamienia na powierzchniach ogrzewalnych wy¬ mienników ciepla 6 i 15, co byloby klopotliwe, pod¬ razaloby koszty remontu i konserwacji urzadzenia i powodowalo by niepozadane przerwy w procesie.Aby temu zapobiec,- zgodnie z wynalazkiem roz- 6 wiazano to w ten sposób, ze rura M polaczono kry¬ stalizujacy siarczan wapnia reaktor 18 z rurocia¬ giem 4 przed wejsciem pokrystalizacyjnej solanki do wymienników ciepla 6 i 15. Jak juz omówiono to w sposobie wedlug wynalazku, pobrane z reak¬ tora 18 wieksze krysztalki siarczanu wapnia, przyj¬ mujac role zarodnika, granuluja sie z mulistymi sladowymi drobinami siarczanu wapnia znajduja¬ cymi sie w solance pokrystalizacyjnej, aby pózniej wprowadzone do krystalizatora K zostaly latwo wy¬ tracone w reaktorze 18 i skierowane na zewnatrz rura 21.Zageszczajacy solanke uklad Rl stanowi zespól polaczonych ze soba szeregowo rurociagami 23 roz- prezaczy 22 dowolnej konstrukcji. W przykladowym wykonaniu pokazanym na rysunku, kazdy rozpre- zacz 22 jest wyposazony, w system rozbryzgowy wy¬ konany w ten sposób, ze uzyskuje sie wyrównanie natezenia przestrzeni parowej z której w znany skad inad sposób, zanieczyszczenia gazowe sa usu¬ wane urzadzeniami prózniowymi lub pompami 27.System rozbryzgowy cechuja - male opory prze¬ plywowe, które stwarzaja najlepsze warunki do odparowania wody z mala zawartoscia soli. Prze¬ plyw solanki przez rozprezacze 22 moze zachodzic grawitacyjnie, przy uzyciu pomp lub specjalnych podajników 24. Natomiast zageszczajacy solanke uklad R2 stanowi rozprezacz 25 z podwójnym sy¬ stemem rozbryzgowym, polaczony ze skraplaczem 26 pary.Dla uproszczenia prowadzenia procesu, zwlaszcza gdy sól stanowiaca jeden z produktów procesu prze¬ znaczona jest do takiego wykorzystania, ze dopusz¬ czalny jest wiekszy stopien zanieczyszczenia, wów¬ czas zamiast dwóch frakcji soli to jest soli kuchen¬ nej otrzymywanej z reaktora 7 i soli otrzymywanej z reaktora 11 i kierowanej rurociagiem 13 spowro- tem do krystalizatora K, mozna wytwarzac tylko jedna frakcje soli.W tym celu do rurociagu 3 doprowadzajacego swieza uprzednio podgrzana solanke jest dolaczony rurociag N, którym mozna te solanke kierowac czesciowo lub calkowicie, bezposrednio do zagesz¬ czajacego solanke ukladu Rl. Wówczas reaktor 7 przejmie czesciowo role krystalizatora siarczanu wapnia, a role krystalizatora jedynej frakcji soli przejmie reaktor 11. Calkowite i ostateczne wy¬ tracenie siarczanu wapnia, moze nastapic dalej w reaktorze 18, do którego w opisany wyzej spo¬ sób solanka pokrystalizacyjna jest wprowadzona 5powrotem do obiegu w procesie, po przejsciu przez wymiennikf ciepla 6 i f5. PL