9.2. Концентрування і переробка розсолів.

У разі переробки мінералізованих стічних вод, після попереднього прояс­нення від завислих і колоїдно - дисперсних речовин, їх піддають концентруванню одним із відомих методів: електродіалізом, зворотним осмосом, виморо­жуванням або випарюванням. Частіше комбінують декілька різних методів. У разі опріснення мінералізованих вод з солевмістом 3—15 г/дм3 електро­діалізом або зворотним осмосом дістають прісну воду і розсоли з солевмістом 100—200 г/дм3. Переробка останніх, які містять, як правило, добре розчинні солі, складна, оскільки розсоли потрібно доводити до насиченого стану. Цього можна досягти охолодженням розчину, випарюванням або випаровуванням. Крім того, для концентрування розсолів можна застосовувати також донасичення.

Зміст процесу донасичення полягає в добавлянні до розчину тієї самої солі з доведенням її концентрації до насиченого стану. Донасичення доцільно використовувати для переробки стічних вод простого складу, особливо в тому разі, коли в стічних водах містяться солі, які в основному виробництві отримують як продукти. Наприклад, отримання соди або їдкого натру з хлориду натрію можна суміщати з одночасною переробкою сульфатно-хлоридних або хлорид-них розсолів. Останні можна донасичувати хлоридом натрію і спрямовувати у відповідні виробництва.

Насичення розчинів охолодженням доцільно застосовувати в разі сильного зниження розчинності солі зі зменшенням температури. Цей метод можна також застосовувати і для добре розчинних солей. У цьому разі вода вимо­рожується, а сіль концентрується в розчині.

Концентрування виморожуванням доцільно використовувати в північних районах з холодним кліматом, коли можна використовувати природний холод. У цьому разі виморожується вода, а з концентрованих розсолів кристалізують солі.

У південних районах країни з теплим кліматом концентрування розсолів доцільніше здійснювати випаровуванням і випарюванням. Випарювання доцільно застосовувати для висококонцентрованих розсолів. Залежно від апа­ратурного оформлення процесу випарювання може бути простим, одно- і багатоступінчастим і здійснюватися за атмосферного або підвищеного тиску, а також під вакуумом.

Менш складним в апаратурному оформленні є випаровування у відкритих резервуарах з використанням для нагрівання розсолів глухої пари низького тиску. Ефективнішими є апарати з заглибними пальниками. У разі простого випаровування розсолів їх потрібно нагрівати до температури кипіння (понад 100°С), що пов'язано з великими витратами теплоти. Для випаровування під вакуумом температуру кипіння розчину можна значно знизити і як джерело теплоти використати відпрацьовану (м'яту або вторинну) пару. У цьому разі значно скорочуються загальні витрати теплоти і можна утилізувати вторинні енергоресурси. Проте вакуумні випарні установки складніші в апаратурному оформленні та обслуговуванні.

У разі випаровування в багатокорпусних установках передбачається вико­ристання вторинної (сокової) пари, яка утворюється в одному корпусі і ви­користовується як гріюча пара в другому. При цьому досягають значного зменшення витрат пари на 1 м3 випареної рідини порівняно з випаровуванням в однокорпусних апаратах. Питомі витрати пари теоретично повинні скоро­чуватися пропорційно числу ступенів. Проте практично це не досягається. Зі збільшенням числа корпусів до п'яти питома витрата пари зменшується в чотири рази. При цьому одночасно ускладнюється конструкція, збільшуються матеріаломісткість і питомі капітальні затрати, а також ускладнюється обслу­говування. Тому вибір числа ступенів диктується в основному економічними міркуваннями і на практиці, як правило, не перевищує трьох-чотирьох.

За взаємним напрямком руху гріючої пари і випарюваного розчину розрізняють прямотечійні, протитечійні і з паралельним живленням багато­корпусні установки. Попередньо нагрітий до температури кипіння вихідний розчин надходить у перший корпус, який нагріва­ється свіжою (первинною) парою. Утворену (вторинну) пару з цього корпусу крізь краплеуловлювач подають як гріючу пару в нагрівну камеру другого корпусу, де внаслідок зниженого тиску розчин кипить за нижчої температури, ніж у першому. Випарюваний розчин самотечією переміщується з першого в другий корпус внаслідок зниження тиску в корпусах у напрямку руху розчину. Температура кипіння в кожному наступному корпусі знижується, і за рахунок теплоти, яка при цьому виділяється, утворюється додаткова кількість вторинної пари. Аналогічно випарюваний розчин самотечією переміщується з другого корпусу в третій, який обігрівається вторинною парою другого корпусу. Отже, тиск у корпусах знижується від першого до останнього. Зазвичай у перших корпусах розчин перебуває під невеликим надлишковим тиском, а в останніх — під вакуумом. Вторинна пара з останнього корпусу надходить у барометричний конденсатор, який охолоджується водою. В конденсаторі під час конденсації пари створюється потрібне розрідження. Повітря і сконденсовані гази, які потрапляють в установку з парою та охолодною водою конденсатора, а також нещільності трубопроводів погіршують теплопередачу. Тому їх відсмоктують вакуум-насосом крізь пастку-краплевловлювач.

У протитечійних багатокорпусних випарних апаратах пара з нижчими параметрами рухається протитечією до розчину, який випарюється, тобто в першому корпусі найбільш концентрований розчин випарюється за рахунок теплоти пари вищих параметрів. Вихідний розчин випарюється в останньому корпусі за рахунок теплоти вторинної пари нижчих параметрів. Подають випарювані розчини з корпусу з нижчим тиском у корпус з вищим тиском за допомогою насосів, що ускладнює конструкцію випарних установок, їх обслуговування і значно збільшує експлуатаційні витрати. Протитечійні випарні установки застосовують для випарювання розчинів до високих кінцевих концентрацій, коли можливе випадання кристалічних речовин в останньому корпусі.

У багатокорпусних випарних установках з паралельним живленням вихідний розчин надходить одночасно в усі корпуси. Випарені розчини в усіх корпусах мають однакові концентрації. Такі установки використовують переважно для випарювання насичених розчинів, які містять кристали солей, що ускладнює переміщення розчину з корпусу в корпус. Ці установки можна застосовувати також у процесах випарювання, де не потрібне досягнення високих концентрацій.

Вибір конструкції установки визначається фізико-хімічними властивостями випарюваних розчинів, завданнями, які слід вирішити під час переробки розсолів і техніко-економічними міркуваннями. У цьому разі основним завданням є визначення потужності установки, витрати гріючої пари або іншого теплоносія і площі поверхні нагрівання установки.

 

Схеми багатокорпусних випарних установок — прямотечійної (а), проти-течінної (б) та з паралельним живленням (в):

1 — сховище для розчину; 2 — перелив; 3 — напірний бак; 4 — витратомір; 5 — насос; 6 — підігрівник; 7 — штуцер для виходу гріючої пари; 8 — штуцер для виходу розчину; 9 — випарні корпуси; 10 — краплевловлювач; 11 — штуцер для виходу вторинної пари; 12— паровий простір; 13—трубчастий теплообмінник; 14—штуцер випарюваного роз­чину; 15— конденсаційний горщик; 16— сховище випареного розчину; 17— пастка; 18— барометричний конден­сатор

Випаровування на відміну від випарювання за температури кипіння відбувається з відкритої поверхні і може здійснюватися практично за будь-якої температури. Часто концентрування розсолів, особливо в теплих засушливих районах, можливе із застосуванням цього методу. За природного випарову­вання відбувається концентрування розчину, яке наближається до насичення і випадання кристалів солей. Останні після вилучення з відкритої водойми (басейну) і висушування застосовують за призначенням. Під час проектування випарних басейнів основним завданням є визначення площі (дзеркала) випаровування.

Концентрування розсолів з одночасним висушуванням солей можна здійснити в апаратах з киплячим шаром. Зміст цього методу полягає в тому, що розсіл впорскується форсункою в киплячий шар тієї самої солі, яка міститься в розсолі. В процесі висушування можна одночасно здійснити гранулювання та класифікацію солі і тим самим отримати продукт у гранульованому вигляді заданого фракційного складу. Як киплячий шар можна використовувати також і інертні часточки (гравій, пісок, корунд тощо), які не взаємодіють з сіллю, що кристалізується. У цьому разі в процесі висушування і тертя часточок шару висушувана сіль стирається і виноситься газовим потоком з апарата, а потім осідає в циклонах або інших пилоуловлювальних пристроях. Випарювання розчинів і висушування солей у киплячому шарі здійснюються за рахунок теплоти продуктів спалювання палива — газу або мазуту. Апарати з киплячим шаром можна застосовувати для висушування ненасичених і насичених розчинів. У них можна переробляти і насичені розчини, що містять кристали солей.

Солі також можна виокремити з розсолів. Для цього використовують гранулятори.

Одночасно з процесом гранулювання солі утворюється пилоподібна фракція з пересічною величиною 0,05 мм, яка виноситься з шару. Стійкий процес відбувається за температури шару 150—160°С, швидкості псевдозрідження газів у шарі 2 м/с, питомої потужності 500 кг/(м3 • год). У цьому разі вихід гранул хлориду натрію становить 80 %, а у вигляді пилу — 20 %. Вологість продукту—0,01 %.

 

 Схема гранулятора з киплячим шаром.

1 – бункер з газорозподільною граткою, в який засипають затравку; 2 – бак для розчину солі; 3 – сопло; 4 – футерована цеглою шахта; 5 – розпилювальна форсунка; 6, 7 - регулювальний пристрій для подачі повітря; 8 - витратомірний пристрій для повітря; 9, 10 – засувки для подачі повітря, що призначене для розбавлення продуктів горіння; 11, 12 – крани для подачі палива; 13 – пристрій для вивантаження; 14 – пальник; 15 – газорозподільна гратка; 16 – циклон для очищення викиду від установки.