Способ обратноосмотического выделения кристаллов из минерализованной воды (варианты)

 

Изобретение относится к технологическим процессам опреснения и обессоливания минерализованных природных и сточных вод. Целью изобретения является повышение эффективности выделения солей, получение сухого продукта, экономия электрической энергии. Для осуществления предложенного способа исходную минерализованную воду пропускают под давлением через полупроницаемые мембраны рулонного мембранного элемента с получением пермеата и концентрата. Полученный концентрат захолаживают, сначала в теплообменнике, отводя тепло осветленному раствору, а затем в кристаллизаторе, отводя скрытую теплоту кристаллизации к источнику холода. Полученную суспензию подают в сепаратор, где выделяют кристаллы в виде сухого продукта, а осветленный раствор через теплообменник подают на вход и смешивают с исходной минерализованной водой. Во втором варианте предложенного способа исходную минерализованную воду под давлением пропускают через полупроницаемые мембраны рулонного мембранного элемента с получением пермеата и концентрата, концентрат подогревают в теплообменном аппарате, используя скрытую теплоту кристаллизации, после чего выпаривают в градирне и охлаждают в теплообменнике осветленным раствором, затем захолаживают в кристаллизаторе, отводя скрытую теплоту кристаллизации тепловым насосом к концентрату. Полученную суспензию подают в сепаратор, где из нее выделяют кристаллы в виде сухого продукта, а осветленный раствор через теплообменник направляют на вход и смешивают с исходной минерализованной водой. Способ обеспечивает повышение эффективности выделения солей, получение сухого полезного продукта, а также экономию электрической энергии. 2 c.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технологическим процессам опреснения и обессоливания минерализованных природных и сточных вод с целью получения полезных продуктов, в частности солей из концентратов после обратноосмотических установок.

Известен способ кристаллизации солей из растворов контактированием раствора с жидким хладагентом (смесь керосина и веретенного масла) [1]. К недостаткам этого способа следует отнести возможность загрязнения полезного продукта хладагентом, что приведет к понижению сортности полезного продукта.

Известен способ обратноосмотического обессоливания минерализованной воды [2], заключающийся в том, что минерализованную воду насосом высокого давления подают в рулонный мембранный элемент, где происходит ее обратноосмотическое обессоливание. Пермеат поступает потребителю, а пересыщенный солями жесткости раствор-концентрат направляется в отстойник-кристаллизатор. В отстойнике-кристаллизаторе происходит образование осадка и отстоя. Осветленная вода смешивается с исходной минерализованной водой. Указанный способ имеет весьма ограниченную область применения по составу исходной воды. Способ эффективен только на воде, содержащей соли жесткости, и не позволяет получать кристаллы других солей.

Целью изобретения является повышение эффективности выделения солей, получение сухого продукта, экономия электрической энергии.

Указанная цель в первом варианте предлагаемого способа достигается тем, что исходную минерализованную воду пропускают под давлением через полупроницаемые мембраны рулонного мембранного элемента с получением пермеата и концентрата. Полученный концентрат захолаживают, сначала в теплообменнике, отводя тепло осветленному раствору, а затем в кристаллизаторе, отводя скрытую теплоту кристаллизации к источнику холода. Полученную суспензию подают в сепаратор, где выделяют кристаллы в виде сухого продукта, а осветленный раствор через теплообменник подают на вход и смешивают с исходной минерализованной водой.

Во втором варианте предложенного способа поставленная цель достигается тем, что исходную минерализованную воду под давлением пропускают через полупроницаемые мембраны рулонного мембранного элемента с получением пермеата и концентрата, концентрат сначала подогревают в теплообменном аппарате, используя скрытую теплоту кристаллизации, после чего выпаривают в градирне и охлаждают в теплообменнике осветленным раствором, затем захолаживают в кристаллизаторе, отводя скрытую теплоту кристаллизации тепловым насосом к концентрату. Полученную суспензию подают в сепаратор, где из нее выделяют кристаллы в виде сухого продукта, а осветленный раствор через теплообменник направляют на вход и смешивают с исходной минерализованной водой.

Схемы установок для реализации способа обратноосмотического выделения кристаллов из минерализованной воды представлены на фиг. 1 - первый вариант способа и на фиг. 2 - второй вариант способа.

Установка, реализующая первый вариант способа (фиг. 1), содержит насос высокого давления 1, рулонный мембранный элемент 2, теплообменник 3, кристаллизатор 4, оснащенный рубашкой охлаждения 5, источник холода 6, сепаратор 7, циркуляционный насос 8.

Способ (первый вариант) реализуется следующим образом: минерализованную исходную воду насосом высокого давления 1 подают в рулонный мембранный элемент 2, где происходит ее обратноосмотическое обессоливание. Пермеат поступает потребителю, а концентрат направляют в кристаллизатор 4, в котором происходит выделение и осаждение кристаллов, осветленный раствор через теплообменник 3 направляют на вход насоса высокого давления 1, где его смешивают с исходной минерализованной водой. Известно, что при охлаждении растворимость многих солесодержащих растворов падает и происходит выделение кристаллов, при этом выделяется скрытая теплота кристаллизации, поэтому для повышения выхода кристаллов концентрат следует охладить. Предварительно концентрат охлаждают отходящим осветленным раствором в теплообменнике 3, а затем в кристаллизаторе 4, оснащенном рубашкой охлаждения 5. Скрытую теплоту кристаллизации от кристаллизатора 4, посредством теплоносителя, протекающего через рубашку охлаждения 5, отводят к внешнему источнику холода 6. Суспензию из кристаллизатора 4 направляют в сепаратор 7, где выделяют кристаллы в виде сухого продукта. Сухой продукт поступает потребителю, а осветленный раствор через теплообменник 3 направляют на смешение с исходной минерализованной водой.

На эффективность вывода кристаллов влияет два параметра: концентрация солей на входе в кристаллизатор и температура раствора в кристаллизаторе. Чем выше концентрация солей перед кристаллизатором и чем ниже температура в кристаллизаторе, тем выше выход полезного продукта с единицы объема.

Концентрацию солей перед кристаллизатором можно повысить выпариванием, использовав для этого скрытую теплоту кристаллизации.

Схема устройства, реализующая второй вариант способа с предварительным концентрированием минерализованной воды методами обратного осмоса и выпаривания приведена на фиг. 2.

Устройство содержит насос высокого давления 1, рулонный мембранный элемент 2, теплообменный аппарат 3, градирню 4, насос 5, теплообменник 6, кристаллизатор 7 с рубашкой охлаждения 8, тепловой насос 9, сепаратор 10, циркуляционный насос 11.

Способ (второй вариант) реализуется следующим образом: минерализованную исходную воду насосом высокого давления 1 подают в рулонный мембранный элемент 2, где происходит ее обратноосмотическое обессоливание. Пермеат поступает потребителю, а концентрат направляют в кристаллизатор 7, в котором происходит выделение и осаждение кристаллов. Осветленный раствор направляют на вход насоса высокого давления 1, где его смешивают с исходной минерализованной водой. Для увеличения концентрации солей концентрат предварительно подогревают в теплообменном аппарате 3, используя скрытую теплоту кристаллизации, затем выпаривают в градирне 4. Из градирни 4 насосом 5 концентрат, предварительно охлажденный в теплообменнике 6 отходящим осветленным раствором, поступает в кристаллизатор 7. В кристаллизаторе 7, снабженном рубашкой охлаждения 8, происходит кристаллизация солей, при этом выделяется скрытая теплота кристаллизации. Отвод тепла осуществляется тепловым насосом 9. В устройстве может быть использован тепловой насос, работающий как по замкнутому, так и по разомкнутому холодильному циклу. Тепловым насосом отводят скрытую теплоту кристаллизации, подогревая концентрат перед градирней. Суспензию из кристаллизатора направляют в сепаратор 10, где происходит отделение кристаллов. Сухой продукт из сепаратора направляют потребителям. Осветленный раствор циркуляционным насосом 11 через теплообменник 6 подают на вход в насос высокого давления 1, где смешивают с исходной минерализованной водой.

Пример. Реализация способа обратноосмотического выделения кристаллов из минерализованной воды (вариант 1) позволила произвести выделение из исходного раствора сульфата натрия с концентрацией 40 г/л кристаллов мирабилита (сульфат натрия декагидрат). При этом расход исходного раствора 1 куб.м/час, давление за насосом высокого давления - 4,0 МПа, выход мирабилита - 90 кг/час, выход пермеата - 0,9 куб. м/час, концентрация сульфата натрия в концентрате - 80 г/л, концентрация сульфата натрия в осветленном растворе - 40 г/л, расход энергии 20-30 МДж на 1 куб.м исходного раствора.

Источники информации 1. "Способ кристаллизации солей из растворов", патент РФ N 2013217, кл. В 01 D 9/02.

2. Способ обратноосмотического обессоливания минерализованной воды", а. с. 1526730, кл. B 01 D 61/02.

Формула изобретения

1. Способ обратноосмотического выделения кристаллов из минерализованной воды, включающий пропускание воды под давлением через полунепроницаемые мембраны рулонного мембранного элемента с получением пермеата и концентрата, который направляют в кристаллизатор, где выделяют кристаллы, а осветленный раствор смешивают с исходной минерализованной водой, отличающийся тем, что концентрат захолаживают, сначала в теплообменнике, отводя тепло осветленному раствору, затем в кристаллизаторе, отводя скрытую теплоту кристаллизации к источнику холода, после чего полученную суспензию подают в сепаратор, где выделяют кристаллы в виде сухого продукта, а осветленный раствор перед смешиванием с исходной минерализованной водой пропускают через теплообменник.

2. Способ обратноосмотического выделения кристаллов из минерализованной воды, включающий пропускание воды под давлением через полунепроницаемые мембраны рулонного мембранного элемента с получением пермеата и концентрата, который направляют в кристаллизатор, где выделяют кристаллы, а осветленный раствор смешивают с исходной минерализованной водой, отличающийся тем, что концентрат подогревают в теплообменном аппарате, используя скрытую теплоту кристаллизации, после чего выпаривают в градирне и охлаждают в теплообменнике осветленным раствором, затем захолаживают в кристаллизаторе, отводя скрытую теплоту кристаллизации тепловым насосом к концентрату, а полученную суспензию подают в сепаратор, где выделяют кристаллы в виде сухого продукта, а осветленный раствор перед смешиванием с исходной минерализованной водой пропускают через теплообменник.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2