废水MVR蒸发结晶中分盐的工艺分析

第6期收稿日期:2018－12－25作者简介:刘金勇(1987—)，山东德州人，工学学士，主要从事化工设计工作。废水MVＲ蒸发结晶中分盐的工艺分析刘金勇，李林(山东天力能源股份有限公司，山东济南250100)摘要:本文主要是通过含氯化钠和硫酸钠的废水，设计MVＲ蒸发结晶分盐的工艺设计，得到蒸汽压缩机的选型，并与直接产杂盐的工艺进行对比分析，发现在MVＲ压缩机上，分盐能耗增加不大。关键词:废水蒸发结晶;MVＲ;分盐中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1008－021X(2019)06－0249－02高盐废水直接蒸发结晶，得到是杂盐结晶产品。如果废水中含有的盐主要有两种，比如氯化钠和硫酸钠，可考虑通过分盐工艺，得到两种结晶盐产品。目前主要存在两种分盐工艺:膜法(纳滤)分盐和热法分盐［1］。膜法分盐是利用纳滤膜对二价及以上价态离子的高截留作用，实现NaCl和Na2SO4的分离，产水中的［Cl－］/［SO2－4］进一步增大，而浓水中的［Cl－］/［SO2－4］进一步减小，都尽可能地偏离共饱和曲线，结晶盐纯度能达到相关标准的要求。但纳滤分盐投资较高，运行费用也较高，而且纳滤膜存在性能衰减快、回收率低等问题，随着运行时间的推移，其分盐效果会变差［2］。热法分盐是根据氯化钠和硫酸钠在不同温度下溶解度的差异，结合相图，直接通过蒸发结晶方式，使大部分氯化钠和硫酸钠分别结晶出来。热法分盐优势是工艺简单，运行可靠性强，投资和运行成本低，不足之处是结晶盐品质略低，最终产品盐纯度受来料影响明显［3］。高盐废水进入蒸发前，大都经过预处理，进入蒸发的水杂质较少，故热法分盐得到广泛采用。在蒸发设备选择上，当沸点升较低(小于10℃)时，MVＲ压缩机功率比四效蒸发蒸汽火用具有明显的优势，固在蒸发沸点升较低的溶液时，机械蒸汽再压缩工艺有优势［4］。本文主要是通过某一含盐废水实例，进行MVＲ蒸发结晶分盐的工艺设计。1氯化钠和硫酸钠的三相共饱和点利用硫酸钠和氯化钠具有不同的溶解度特性，设计成一封闭式循环系统，氯化钠和硫酸钠分别在该系统的两个蒸发工序中结晶析出。在硫酸钠蒸发结晶工序中析出硫酸钠晶体，并使氯化钠不断浓缩。在氯化钠蒸发结晶工序中，使来自硫酸钠蒸发工序的接近饱和的富含氯化钠的制硝母液蒸发结晶析出氯化钠晶体，与此同时制盐母液中硫酸钠含量上升但不结晶析出。从相关设计手册，得到硫酸钠、氯化钠在不同温度下溶解度，并根据文献［5］中相图数据，换算成三相共饱和时的溶解度，汇总在表1中。表1硫酸钠、氯化钠以及三相共饱和时不同温度下的溶解度(g/100g水)温度/℃405060708090100硫酸钠溶解度48．446．745．344．143．742．942．3氯化钠溶解度36．63737．337．838．43939．8三相共饱和时硫酸钠溶解度7．627．426．56．436．146．36氯化钠溶解度24．1924．6324．2124．7125．725．37根据MVＲ的蒸发原理，温度设计上既要保证氯化钠和硫酸钠溶解度有一定的差异，而且温度不要太低，以避免压缩机进口气体体积较大，增大投资费用。故本文中在硫酸钠蒸发时选取90℃，在氯化钠蒸发时选取60℃。2分盐的物料平衡当为了提高回收率，会有一部分母液循环量，并可根据进料含量的变化，可通过系统参数的验算来确定母液循环量的调节范围［6］。选取一种典型的含两种盐的废水，以5000kg/h的进料，按含氯化钠8%，硫酸钠4%设计。当设计为直接蒸发分离出杂盐时，需要设计蒸发的水量为4400kg/h。当设计为分盐时，先在90℃分离出硫酸钠盐，再60℃分离出氯化钠盐，两套蒸发装置蒸发水量分别为3540kg/h和860kg/h。具体如图1所示。图1分盐工艺的物料平衡图·942·刘金勇，等:废水MVＲ蒸发结晶中分盐的工艺分析DOI:10.19319/j.cnki.issn.1008-021x.2019.06.101山东化工其中各管段的物料组成如表2所示。循环量的增加在提高回收率的同时，也增加了运行的能耗。同时在高含盐量条件下，盐的溶解度受到其他离子的影响，溶解度会改变，甚至形成较难析出的共混盐，从而降低硫酸钠和氯化钠的纯度。这时可以通过外排一部分母液或者产生杂盐的方式，来降低循环量，并来提高产品品质。表2各管段的物料组成数据项目1234进料量循环量混合量过料量流量/(kg/h)50006143111437443氯化钠含量/%8．024．617．225．7硫酸钠含量/%4．05．24．74．33MVＲ工艺对比分析在三相共饱和时氯化钠的含量比较高，根据文献［7］，本文取沸点升8℃，压缩机温升设计取15℃，据此经过工艺计算，将热法分盐的工艺与杂盐工艺的MVＲ进行对比，分析结果如表3所示。表3热法分盐的工艺与杂盐工艺的MVＲ对比项目产杂盐分盐杂盐硫