专利名称：盐水溶液冷冻分离芒硝的方法
技术领域：
本发明涉及一种高芒盐水溶液分离芒硝的方法，用于氯碱、纯碱、制盐等行业的高芒盐水溶液的处理。
背景技术：
在氯碱等领域的膜法脱硝技术中，产生的含高硫酸钠浓度的盐水溶液称为高芒盐水，目前有以下几种处理方法一是采用排放的方法来达到排除硫酸根的目的，虽然能够脱除硫酸根，但由于浓缩液中还含有氯化钠，若不进行处理而直接排放浓缩液，氯化钠也随之排放，将会污染环境，增加运行成本。
二是采用常规的冷冻法，原理是利用NaCl和Na2SO4在不同的温度下共饱和溶液的组分的差别，由NaCl-Na2SO4-H2O三元体系相图可知，当温度低于17.9℃时Na2SO4的溶解度随温度的降低大幅降低，当温度降低到-5℃时达到最高效率点，绝大多数的硫酸钠以Na2SO4·10H2O的形式结晶而出，达到分离的目的。其常规的工艺流程如图1所示，生产过程中产生的高芒盐水经过预冷换热器预冷后，再经过冷冻换热器进行冷却降温，将温度降低到合适的温度，使盐水中的硫酸根以十水硫酸钠结晶的形式析出，之后输送到芒硝沉降器将十水硫酸钠沉降分离，将结晶析出的Na2SO4·10H2O分离出来，并排出处理后的低芒盐水。经过初步预冷的高芒盐水进入冷冻换热系统被进一步降低温度时，由于十水硫酸钠在形成结晶后析出，极其容易堵塞冷冻换热器和管道，这种工艺应用在硫酸根浓度小于30g/L的溶液时还可以维持较长周期运行，当硫酸根的浓度超过此值时，因为析出量大而使设备堵塞加剧，将会出现生产周期缩短，刷罐或清洗换热器频繁的现象，甚至出现严重的堵塞现象，使生产操作极不稳定，且浪费大量能源，因此高芒盐水用常规的冷冻方法进行盐硝分离难以达到理想的运行效果。
随着氯碱、纯碱、制盐等领域NF法、MRO法、RO法等新型的脱芒硝(脱硫酸根)技术的迅速发展和广泛的应用，高芒盐水的产生量将会大幅增加，由于高芒盐水中含氯化钠，若不进行处理而直接排放浓缩液，氯化钠也随之排放，将会造成原料浪费和环境污染，因此适用于硫酸根浓度大于30g/L的高芒盐水的硝盐分离技术迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种高芒盐水溶液的冷冻分离芒硝方法，采用这种方法分离高芒盐水，具有不易堵塞管理、设备运转周期长、工艺稳定的特点。
本发明采用如下技术方案一种高芒盐水溶液的冷冻分离芒硝方法，该方法包括如下过程(1)将待处理的含硫酸钠的溶液先调节pH值为碱性；(2)将碱性的硫酸钠溶液在预冷系统中进行预冷，降低温度至20～0℃；(3)将预冷后的硫酸钠溶液与经过脱芒硝处理后的温度更低的含硫酸钠的低温低硝盐水进行混合，混合后的温度控制在-10～0℃，混合后的溶液在芒硝沉降器中进行固液分离，得到十水硫酸钠晶体和低硝盐水；(4)将经过分离后的部分低硝盐水经过冷冻换热器进一步降低温度，然后作为步骤(3)中的低温低硝盐水回用；另一部分低硝盐水作为副产物排出。
由于经常芒硝沉降器分离出十水硫酸钠后的低硝盐水温度低于预冷后的含硫酸钠的盐水溶液的温度，且硫酸钠的浓度很低，因此为降低处理成本，作为一种优选的方案，还可以将作为副产物的低硝盐水作为步骤(2)中预冷系统的冷媒用于对碱性硫酸钠进行预冷处理。
所述的待处理的含硫酸钠的溶液，可以为硫酸钠浓度20g/L～100g/L，氯化钠浓度180～320g/L的溶液，优选硫酸钠浓度30g/L～80g/L，氯化钠浓度200～220g/L。
同传统的高芒盐水分离芒硝的工作相比，本发明具有如下有益效果经过预冷后的高芒盐水是通过与温度更低的低硝盐水温合以使其混合温度达到分离的温度，在沉降器内直接进行固液分离，而不是通过冷冻设备冷却高芒盐水至分离温度，低硝盐水由于大部分的十水硫酸钠已经被分离出来，在冷却过程中结晶析出量很低，不易堵塞设备和管路问题，因而可以延长装置运转周期，降低清洗换热器的费用；而且工艺稳定，操作方便。
图1为现有的冷冻脱芒硝流程图。
图2为本发明的盐水溶液冷冻分离芒硝的方法工艺流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的高芒盐水溶液的冷冻分离芒硝方法作进一步说明。
盐水溶液冷冻分离芒硝的方法的流程如图2所示，高芒盐水溶液来自氯碱、纯碱、制盐等领域用NF法、MRO法、RO法等几种新型的脱芒硝过程中得到高硫酸钠浓度的盐水溶液。其具体分离过程为1)来自纳滤膜、反渗透膜和改性反渗透膜技术脱除硫酸根而产生的高芒盐水溶液出来后，首先用NaOH调整pH值为碱性，以pH值在9～11为宜，以减少酸性溶液对后序工序设备的腐蚀；2)浓缩液与盐硝分离后的温度为-10～0℃的冷盐水进行换热预冷却，降低浓缩液的温度并提高盐硝分离后冷盐水的温度，可以降低到20～0℃，温度过高不利于后继降温及分离，过低易出现结晶，而提高盐硝分离后冷盐水的温度有利于回收NaCl，并减少能源消耗，和防止在低硝盐水输送过程中有盐结晶析出；3)预冷后的浓缩液直接进入沉降器的进口和循环回来的低温低硝(一般硫酸钠含量小于10g/L)盐水进行混合，混合后的温度控制在-10～0℃，达到此温度后浓缩液中的硫酸钠以十水硫酸钠的形式结晶而出，形成固体颗粒，经沉降器进行固液分离，分离后的盐水一部分去和浓缩液进行预冷换热，并送出系统达到回收盐的目的，另一部分送至冷冻换热器进行冷却并循环回沉降器入口；控制的方法是通过控制循环盐水的量和温度，达到控制分离温度的目的，换热器可采用螺旋板式换热器、板式换热器的任何一种。
本发明的这种分离方法，换热器的介质进行换热时不采用浓缩液直接换热的方式，而是采用芒硝沉降器中的清液与冷媒进行换热的方式，虽然在对低硝盐水在冷冻换热器内冷却时仍然会有十水硫酸钠结晶析出，但由于其析出量同现有技术中相比大大降低，因此换热设备运转周期会大大延长，操作更加容易稳定，运行一段时间出现堵塞时，通过热水、蒸汽或其它等适合的液体冲刷解决其堵塞；芒硝沉降器里的温度控制在小于-4℃，在此温度下，大多数硫酸钠与氯化钠分离开，硫酸钠以十水硫酸钠的形式沉积在芒硝沉降器的锥底，通过离心机把十水硫酸钠分离出来，作为成品进行包装或进一步加工处理成无水硫酸钠。
权利要求
1.一种盐水溶液冷冻分离芒硝的方法，该方法包括如下过程(1)将待处理的含硫酸钠的溶液先调节pH值为碱性；(2)将碱性的硫酸钠溶液在预冷系统中进行预冷，降低温度至20～0℃；(3)将预冷后的硫酸钠溶液与经过脱芒硝处理后的温度更低的含硫酸钠的低温低硝盐水进行混合，混合后的温度控制在-10～0℃，混合后的溶液在芒硝沉降器中进行固液分离，得到十水硫酸钠晶体和低硝盐水；(4)将经过分离后的部分低硝盐水经过冷冻换热器进一步降低温度，然后作为步骤(3)中的低温低硝盐水回用；另一部分低硝盐水作为副产物排出。
2.如权利要求1所述的盐水溶液冷冻分离芒硝的方法，其特征在于所述的步骤(4)中作为副产物的低硝盐水被循环至步骤(2)的预冷系统中，作为冷媒用于对碱性硫酸钠进行预冷处理。
3.如权利要求1或2所述的盐水溶液冷冻分离芒硝的方法，其特征在于所述的待处理的含硫酸钠的溶液，是指硫酸钠浓度20g/L～100g/L，氯化钠浓度180～320g/L的溶液。
4.如权利要求1或2所述的盐水溶液冷冻分离芒硝的方法，其特征在于所述的待处理的含硫酸钠的溶液，是指硫酸钠浓度30g/L～80g/L，氯化钠浓度200～220g/L的溶液。
5.如权利要求1或2所述的盐水溶液冷冻分离芒硝的方法，其特征在于所述的待处理的含硫酸钠的溶液，是指使用纳滤膜、反渗透膜和改性反渗透膜技术脱除硫酸根而产生的浓缩液。
6.如权利要求1或2所述的盐水溶液冷冻分离芒硝的方法，其特征在于所述的步骤(1)中碱性是指pH值为9～11。
7.如权利要求1或2所述的盐水溶液冷冻分离芒硝的方法，其特征在于芒硝沉降器里的温度控制在小于-4℃。
全文摘要
本发明公开了一种盐水溶液冷冻分离芒硝的方法，该方法包括如下过程(1)将待处理的含硫酸钠的溶液先调节pH值为碱性；(2)将碱性的硫酸钠溶液在预冷系统中进行预冷；(3)将预冷后的硫酸钠溶液与经过脱芒硝处理后的温度更低的含硫酸钠的低温低硝盐水进行混合，混合后的温度控制在－10～0℃，混合后的溶液在芒硝沉降器中进行固液分离，得到十水硫酸钠晶体和低硝盐水；(4)将经过分离后的部分低硝盐水经过冷冻换热器进一步降低温度，然后作为步骤(3)中的低温低硝盐水回用；另一部分低硝盐水作为副产物排出。这种方法设备运转周期长，工艺稳定且便于操作。
文档编号C01D5/00GK101041444SQ20071008824
公开日2007年9月26日 申请日期2007年3月20日 优先权日2007年3月20日
发明者李德敏, 宋绍勇, 宋作强 申请人:山东布莱恩化工技术有限公司