劉金勇，李 林

(山東天力能源股份有限公司，山東 濟(jì)南 250100)

高鹽廢水直接蒸發(fā)結(jié)晶，得到是雜鹽結(jié)晶產(chǎn)品。如果廢水中含有的鹽主要有兩種，比如氯化鈉和硫酸鈉，可考慮通過分鹽工藝，得到兩種結(jié)晶鹽產(chǎn)品。目前主要存在兩種分鹽工藝：膜法(納濾)分鹽和熱法分鹽[1]。

熱法分鹽是根據(jù)氯化鈉和硫酸鈉在不同溫度下溶解度的差異，結(jié)合相圖，直接通過蒸發(fā)結(jié)晶方式，使大部分氯化鈉和硫酸鈉分別結(jié)晶出來。熱法分鹽優(yōu)勢是工藝簡單，運(yùn)行可靠性強(qiáng)，投資和運(yùn)行成本低，不足之處是結(jié)晶鹽品質(zhì)略低，最終產(chǎn)品鹽純度受來料影響明顯[3]。

高鹽廢水進(jìn)入蒸發(fā)前，大都經(jīng)過預(yù)處理，進(jìn)入蒸發(fā)的水雜質(zhì)較少，故熱法分鹽得到廣泛采用。在蒸發(fā)設(shè)備選擇上，當(dāng)沸點(diǎn)升較低(小于10℃)時(shí)，MVR壓縮機(jī)功率比四效蒸發(fā)蒸汽火用具有明顯的優(yōu)勢，固在蒸發(fā)沸點(diǎn)升較低的溶液時(shí)，機(jī)械蒸汽再壓縮工藝有優(yōu)勢[4]。

本文主要是通過某一含鹽廢水實(shí)例，進(jìn)行MVR蒸發(fā)結(jié)晶分鹽的工藝設(shè)計(jì)。

1 氯化鈉和硫酸鈉的三相共飽和點(diǎn)

利用硫酸鈉和氯化鈉具有不同的溶解度特性，設(shè)計(jì)成一封閉式循環(huán)系統(tǒng)，氯化鈉和硫酸鈉分別在該系統(tǒng)的兩個(gè)蒸發(fā)工序中結(jié)晶析出。在硫酸鈉蒸發(fā)結(jié)晶工序中析出硫酸鈉晶體，并使氯化鈉不斷濃縮。在氯化鈉蒸發(fā)結(jié)晶工序中，使來自硫酸鈉蒸發(fā)工序的接近飽和的富含氯化鈉的制硝母液蒸發(fā)結(jié)晶析出氯化鈉晶體，與此同時(shí)制鹽母液中硫酸鈉含量上升但不結(jié)晶析出。

從相關(guān)設(shè)計(jì)手冊，得到硫酸鈉、氯化鈉在不同溫度下溶解度，并根據(jù)文獻(xiàn)[5]中相圖數(shù)據(jù)，換算成三相共飽和時(shí)的溶解度，匯總在表1中。

表1 硫酸鈉、氯化鈉以及三相共飽和時(shí)不同溫度下的溶解度(g/100g水)

根據(jù)MVR的蒸發(fā)原理，溫度設(shè)計(jì)上既要保證氯化鈉和硫酸鈉溶解度有一定的差異，而且溫度不要太低，以避免壓縮機(jī)進(jìn)口氣體體積較大，增大投資費(fèi)用。故本文中在硫酸鈉蒸發(fā)時(shí)選取90℃，在氯化鈉蒸發(fā)時(shí)選取60℃。

2 分鹽的物料平衡

當(dāng)為了提高回收率，會(huì)有一部分母液循環(huán)量，并可根據(jù)進(jìn)料含量的變化，可通過系統(tǒng)參數(shù)的驗(yàn)算來確定母液循環(huán)量的調(diào)節(jié)范圍[6]。

選取一種典型的含兩種鹽的廢水，以5000kg/h的進(jìn)料，按含氯化鈉8%，硫酸鈉4%設(shè)計(jì)。

當(dāng)設(shè)計(jì)為直接蒸發(fā)分離出雜鹽時(shí)，需要設(shè)計(jì)蒸發(fā)的水量為4400kg/h。

當(dāng)設(shè)計(jì)為分鹽時(shí)，先在90℃分離出硫酸鈉鹽，再60℃分離出氯化鈉鹽，兩套蒸發(fā)裝置蒸發(fā)水量分別為3540kg/h和860kg/h。具體如圖1所示。

圖1 分鹽工藝的物料平衡圖

其中各管段的物料組成如表2所示。

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)(也習(xí)慣稱為地源熱泵或地源熱泵系統(tǒng))是一種通過利用地下巖土層中存在的淺層地?zé)崮?，為商業(yè)、公共和住宅建筑夏季制冷、冬季供暖的環(huán)保能源利用系統(tǒng)。它是一個(gè)總稱，包括了土壤耦合熱泵系統(tǒng)、地下埋管換熱器地源熱泵系統(tǒng)、地下水熱泵系統(tǒng)、地表水熱泵系統(tǒng)等[1]。該項(xiàng)研究針對的是地下水熱泵系統(tǒng)進(jìn)行的研究。地下水源熱泵系統(tǒng)本身是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，其能效比等級的預(yù)測屬于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性擬合應(yīng)用的領(lǐng)域[2]。由于傳統(tǒng)的建模方法很難有效地解決系統(tǒng)非線性這個(gè)特點(diǎn)而產(chǎn)生的問題，所以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性特點(diǎn)對現(xiàn)實(shí)生活中因非線性而造成的問題很好地進(jìn)行模擬。

循環(huán)量的增加在提高回收率的同時(shí)，也增加了運(yùn)行的能耗。同時(shí)在高含鹽量條件下，鹽的溶解度受到其他離子的影響，溶解度會(huì)改變，甚至形成較難析出的共混鹽，從而降低硫酸鈉和氯化鈉的純度。這時(shí)可以通過外排一部分母液或者產(chǎn)生雜鹽的方式，來降低循環(huán)量，并來提高產(chǎn)品品質(zhì)。

表2 各管段的物料組成數(shù)據(jù)

3 MVR工藝對比分析

在三相共飽和時(shí)氯化鈉的含量比較高，根據(jù)文獻(xiàn)[7]，本文取沸點(diǎn)升8℃，壓縮機(jī)溫升設(shè)計(jì)取15℃，據(jù)此經(jīng)過工藝計(jì)算，將熱法分鹽的工藝與雜鹽工藝的MVR進(jìn)行對比，分析結(jié)果如表3所示。

表3 熱法分鹽的工藝與雜鹽工藝的MVR對比

實(shí)際上分鹽工藝中，當(dāng)過料量從90℃進(jìn)入60℃的環(huán)境中，會(huì)閃蒸出一部分蒸汽，氯化鈉的MVR的進(jìn)氣量實(shí)際上并沒有以上設(shè)計(jì)的體積流量大。

在氯化鈉蒸發(fā)中，雖然進(jìn)口壓力比較低，氣體密度比較低，但由于需要蒸發(fā)的水量畢竟較少，故在選型上還是比硫酸鈉的壓縮機(jī)要小一些。

同時(shí)在消耗功率上雖然壓比比較高，但升壓還是較低，故氯化鈉選型功率還是比較小的。分鹽的兩臺(tái)壓縮機(jī)選型上功率之和為275 kW，僅比單臺(tái)產(chǎn)雜鹽的壓縮機(jī)功率250kW，僅多10%，能耗增大得不是很多。

4 結(jié)論與展望

(1)完全可以根據(jù)氯化鈉和硫酸鈉三相共飽和點(diǎn)的在不同溫度下差異，進(jìn)行分鹽結(jié)晶，這對其它的分鹽過程同樣適用。

(2)在分鹽設(shè)計(jì)上，存在循環(huán)物料以提高鹽的回收率，在實(shí)際生產(chǎn)中可能會(huì)通過外排一部分雜鹽的方式，減少循環(huán)量，并提高產(chǎn)品品質(zhì)。

(3)分鹽的兩臺(tái)的蒸汽壓縮機(jī)總功率與單臺(tái)蒸汽壓縮機(jī)的總功率相近，在壓縮機(jī)能耗上比產(chǎn)雜鹽的能耗增加不大。

(4)MVR蒸發(fā)結(jié)晶分鹽完全是可行的，主要增大的能耗還是在循環(huán)量上。具體做經(jīng)濟(jì)分析，還有從投資和產(chǎn)品出路上進(jìn)行分析。