浓海水提钾MVR蒸发工艺的研究

第47卷第10期2018年10月Vol.47No.10Oct.2018化工技术与开发Technology&DevelopmentofChemicalIndustry浓海水提钾MVR蒸发工艺的研究王建达1，赵桂锋2，张少峰1，刘燕1，颜开红2（1.河北工业大学化工学院，天津300130；2.南通曙光新能源装备有限公司，江苏南通226661）摘要：用NaCl-KCl-H2O溶液模拟浓海水，采用MVR蒸发工艺进行浓海水提钾的研究，从过料液浓度和压缩比两方面探究其对蒸发系统的影响。结果表明，随着过料液浓度的增加，生蒸汽用量决定系统的经济性，且压缩比为1.8、过料液浓度为0.15时，经济性最佳。二效MVR系统在一效排出氯化钾质量分数为0.15、压缩比为1.8时，经济性最好。关键词：MVR技术；浓海水提钾；蒸发中图分类号：TQ028.6+1文献标识码：A文章编号：1671-9905(2018)10-0020-03通信联系人：刘燕（1970-），女，博士，副教授，研究方向：过程强化与优化。E-mail：1998033@hebut.edu.cn收稿日期：2018-08-09作为农业大国，我国钾肥的需求量较大，但我国的钾资源短缺，大部分依赖国外进口，寻找新的钾资源来源是解决钾资源不足的重要手段。海水中含有丰富的钾资源，研究海洋钾资源的高效分离提取技术，是钾盐资源开发利用的一个重要方向。海水淡化之后的浓海水中钾含量十分丰富，而在海水提钾过程中则会涉及到钠盐与钾盐的分离问题。多效蒸发末效产生的二次蒸汽中含有的能量品位较低，不具备加热蒸汽的能力，但是这部分蒸汽又含有较大的潜热能，如果能将这部分蒸汽的能量提高品位后作为加热蒸汽使用，就省却了冷却系统，简化了设备流程，将会改善多效蒸发能耗大的问题。采用机械压缩的方法将该蒸汽压缩后作为加热蒸汽使用，则可以克服多效蒸发存在的问题，此技术称为机械蒸汽再压缩蒸发[1]（MechanicalVaporRe-compression，简称MVR），其工作原理如图1所示。压缩机二次蒸汽蒸发器循环液母液（回系统）晶浆液离心分离蒸发冷凝凝水晶体废水图1MVR系统原理图Fig.1MVRSystemSchematic我国的相关工作者对带有MVR的多效蒸发过程进行了大量的研究。强力等人[2]研究分析了MVR系统与太阳能相结合在多效蒸发工艺方面的应用，李方天等人[3]分析了MVR多效蒸发与传统多效蒸发在㶲耗方面的差别，韩冰等人[4]在此基础上加上了蒸汽压缩机，研究了蒸汽引射位置、压缩比对系统的影响，梁林等人[5]对压缩机在处理高浓度含盐废水方面的应用进行了详细分析。此外MVR在发酵、制药以及乳制品生产方面也有着广泛的用途。目前蒸发浓缩法海水提钾的工艺较为成熟，以相图原理为依据，通过兑卤水、蒸发浓缩、冷却结晶、固液分离等工艺制取氯化钾晶体。海水提钾过程总会涉及到钠盐与钾盐的分离问题，当海水中的大部分杂质离子除去或者提取之后，假定浓海水的主要成分为NaCl-KCl-H2O溶液，以工厂排出的浓海水溶液为例，结合氯化钠、氯化钾溶解度随温度的变化特性，可以通过MVR蒸发工艺，实现对NaCl-KCl-H2O溶液中无机盐的分离利用。1MVR蒸发分离工艺蒸发过程中末效产生的二次蒸汽经压缩机压缩后成为高温高压蒸汽，以代替外界输入的生蒸汽，可实现对自身能量的循环利用，从而降低蒸发浓缩过程的能耗。蒸发浓缩过程中，溶液的沸点升高，同时受到压缩机提升二次蒸汽温度能力的限制，为此，结合KCl-NaCl-H2O溶液的蒸发特点，以图2的流程21第10期王建达等：浓海水提钾MVR蒸发工艺的研究分析MVR蒸发系统。MVR蒸发工艺的处理量和原料液初始浓度具体计算参数如表1所示。压缩机1物料冷凝水冷凝水排出液过料液压缩机2生蒸汽生蒸汽蒸发器1蒸发器2图2MVR工艺流程图Fig.2MVRprocessflowchart表1主要计算参数Table1Themaincalculationparameters参数数值流量/kg·h-120000进料浓度/%21(NaCl),11(KCl)进料温度/℃60压缩机绝热效率/%80压缩机机械效率/%90最小有效传热温差/℃≈10压缩机压缩比1.8~2.3蒸发压强/kPa701.1过料液浓度对蒸发系统的影响由物料衡算可知，各效都会有氯化钠固体析出，因此在两组MVR的蒸发过程中，两组蒸发都会有氯化钠固体析出，因此以氯化钾的浓度为依据，考察过料液浓度变化对蒸发系统的影响。压缩比为1.8时，过料液中的氯化钾浓度对压缩机功率的影响如图3所示。由图3可以看出，随着过料液浓度增加，压缩机1的功率由42kW增加到68kW，压缩机2的功率由44kW减少到18kW，总功率基本保持不变。压缩比为1.8时，过料液中的氯化钾浓度对蒸发器换热面积的影响如图4所示。由