一種膜法氯化鈣母液濃縮的新方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)氯化鈣母液的濃縮領(lǐng)域，具體地說，是一種膜法氯化鈣濃縮的新方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]對于低濃度的氯化鈣母液濃縮，通常采用簡單蒸發(fā)、多效蒸發(fā)等蒸發(fā)方法回收其中氯化鈣，但是濃度越低，能耗越大，必須將其濃縮至30 %以上再進(jìn)行多效蒸發(fā)才經(jīng)濟(jì)可行。
[0003]目前可以用來進(jìn)行濃縮鹽溶液的技術(shù)較多，如電滲析、反滲透、納濾、離子交換以及近年來發(fā)展起來的熱泵技術(shù)、滲透汽化、膜蒸餾技術(shù)等。方法不同，能耗和濃縮效率各不相同。
[0004]電滲析、反滲透、納濾、離子交換過程對原液鹽濃度要求較嚴(yán)格，僅適合鹽濃度較低的溶液濃縮處理，否則會出現(xiàn)濃差極化形成膜污染，影響膜的性能。電滲析技術(shù)一般要求原液的含鹽量在5000ppm以下比較經(jīng)濟(jì)；反滲透要求原液含鹽量在1500ppm以下比較經(jīng)濟(jì)；對于含鹽量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過5000ppm的原液處理上往往需采用多效蒸發(fā)技術(shù)，多效蒸發(fā)技術(shù)在處理過程中要使大量的水氣化，能耗大，處理成本高，經(jīng)濟(jì)性較差。
[0005]膜蒸餾技術(shù)是鹽水濃縮的新技術(shù)，其原理是將膜技術(shù)與蒸餾過程相結(jié)合，利用膜來強(qiáng)化傳遞過程，促進(jìn)氣液相平衡分離過程，膜蒸餾技術(shù)實現(xiàn)可以實現(xiàn)濃縮和咸水的淡水。
[0006]與其它方法相比，膜蒸餾技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢在于:①操作溫度低膜蒸餾裝置擁有更大的氣液接觸界面和傳質(zhì)傳熱面積；③膜蒸餾裝置采用對溫度要求不高的非金屬設(shè)備，具有較好的防腐抗氧化性能，可更好抵御高溫鹵水的腐蝕性，降低設(shè)備成本，可避免一系列防腐措施的采用設(shè)備體積小，占地面積小；⑤在膜面積較大的情況下，可更徹底地去除揮發(fā)性有機(jī)物，提高產(chǎn)品純度；⑥對設(shè)備和膜的機(jī)械性能要求不高易于操作和管理，易于對生產(chǎn)規(guī)模隨時進(jìn)行調(diào)整，易于實現(xiàn)自動化和在線監(jiān)測。由此可見，利用膜蒸餾方法在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時，還可以有效節(jié)約能耗、提高能源利用效率、降低生成成本。
[0007]本專利采用膜蒸餾技術(shù)，以疏水中空纖維膜為分離介質(zhì)，將膜蒸餾技術(shù)應(yīng)用于CaCl2廢液的濃縮，將氯化鈣濃縮至30%以上再進(jìn)行多效蒸發(fā)，使整個過程經(jīng)濟(jì)可行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種膜法氯化鈣濃縮的新方法及裝置。本發(fā)明是通過采用如圖1所示的膜裝置通過以下方法實現(xiàn)氯化鈣母液的濃縮，具體方法如下:
首先調(diào)節(jié)將要濃縮的低濃度氯化鈣母液PH值，然后加入一定量的螯合劑，在儲液槽I中將要濃縮的低濃度氯化鈣母液恒溫，料液經(jīng)循環(huán)泵2的抽吸，流經(jīng)疏水性膜組件7的膜芯，然后進(jìn)入泵體，最后經(jīng)過轉(zhuǎn)子流量計3、壓力表4、溫度計5，回到儲液罐I進(jìn)一步循環(huán)，真空泵9開啟后，一部分被蒸發(fā)的料液透過疏水膜的微孔，由真空泵9抽入冷凝器8，冷卻后進(jìn)入收集槽6 ;另一部分料液由膜組件7流出，回到儲液槽I中，使儲液槽內(nèi)料液變濃。
[0009]圖1膜法氯化鈣濃縮裝置圖1儲液槽，2循環(huán)泵，3轉(zhuǎn)子流量計，4壓力表，5溫度表，6收集槽，7膜組件，8冷凝器，9
真空泵
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
(1)首先將要濃縮的低濃度氯化鈣母液PH值用鹽酸調(diào)至6.0?6.5;通過調(diào)節(jié)待濃縮母液的pH、預(yù)過濾等方式，可以降低膜污染；
(2)為了防止鈣鹽的析出，采用一種聚羧酸型螯合劑R，與鈣進(jìn)行絡(luò)合反應(yīng)，使得料液中不析出鈣鹽，螯合劑的添加量在0.01%?0.5%之間，優(yōu)選添加量為0.05% ;
(3)在儲液槽I中將要濃縮的低濃度氯化鈣母液恒溫至65±5°C；
(4)膜采用疏水性微孔膜，孔徑在0.1um?2um之間，優(yōu)選孔徑為0.Sum;膜為中空纖維膜，也可以平板膜、管式膜或卷式膜，優(yōu)選中空纖維膜，這樣獲得最大的膜組件裝填面積。
[0010](5)本專利最關(guān)鍵的創(chuàng)新之處在于利用循環(huán)泵進(jìn)口的吸力將母液從膜芯中吸出，這樣可以獲得較大的膜面錯流流速，大大降低膜表面污染，另外還可以防止組件因壓力過大產(chǎn)生的漏液，大大延長膜組件的使用壽命；
(6)流經(jīng)膜芯的料液流速控制在0.05?1.0m/s之間，然后進(jìn)入泵體，最后經(jīng)過轉(zhuǎn)子流量計3、壓力表4、溫度計5 (用于記錄料液進(jìn)入膜組件后的流速、壓力和溫度)回到儲液罐I進(jìn)一步循環(huán)；
(7)真空泵9開啟后，一部分被蒸發(fā)的料液透過疏水膜的微孔，由真空泵9抽入冷凝器8，冷卻后進(jìn)入收集槽6 ;另一部分料液由膜組件7流出，回到儲液槽I中，使儲液槽內(nèi)料液變濃。
[0011](8)經(jīng)過進(jìn)一步的循環(huán)膜蒸餾后，可以將初始濃度較低的氯化鈣母液濃縮至30%以上。
[0012](9)補(bǔ)充的原料液經(jīng)冷凝器進(jìn)行換熱，回收熱量，降低能耗，同時減少了冷卻水的用量。
[0013](10)通過本裝置的多級串聯(lián)和并聯(lián)，可以實現(xiàn)連續(xù)濃縮過程。
[0014]膜法氯化鈣濃縮過程的一些主要指標(biāo)可以通過以下計算獲得:(I)膜通量收集一段時間的冷凝液，測量其質(zhì)量，以式(I)計算膜蒸餾過程的通量J:
J = ff/(S.t)(I)
式中:W為冷凝液質(zhì)量(g) 4為膜的有效面積(m2) ;t為運行時間(h)。
[0015]⑵脫鹽率
原液氯化鈣濃度和冷凝液氯化鈣濃度可以由電導(dǎo)率或化學(xué)分析法(GB23941-2009)得至IJ，由(2)可以計算出脫鹽率R。
[0016]R= (Cf-Cp) /Cf⑵
其中，R為脫鹽率，％;CF為氯化鈣原液濃度，單位為g/L;CP為冷凝液氯化鈣濃度，單位為g/L。
[0017](3)氯化鈣濃縮率
原液氯化鈣的濃縮率可以由下式(3)濃縮液氯化鈣濃度和原液的氯化鈣濃度的比值獲得。
[0018]P = CR/CF(3)
其中，P為濃縮率，％ ;CF為原液濃度，單位為g/L ；CR為濃縮液濃度，單位為g/L。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是:
(1)本發(fā)明工藝較為簡單，采用泵口吸力作為膜組件液體循環(huán)的動力，可以防止組件因內(nèi)壓過大產(chǎn)生破漏或漏液，另外盡可能大獲得膜面錯流流速，降低膜表面污染，大大延長膜組件的使用壽命；
(2)通過加入聚羧酸型螯合劑R，調(diào)節(jié)氯化鈣母液的pH、預(yù)過濾等方式，可以降低膜污染，可以使本裝置的運行周期很大程度的延長，膜的壽命也得到大大延長；
(3)通過補(bǔ)充的原料液與冷凝器進(jìn)行換熱，預(yù)熱補(bǔ)充的料液，可以回收熱量，降低能耗，同時減少了冷卻水的用量；
(4)通過本裝置的多級串聯(lián)和并聯(lián)，可以實現(xiàn)連續(xù)濃縮過程，適合于工業(yè)化運行。
[0020]由此可見，利用本專利的方法和裝置，可以降低膜污染，實現(xiàn)稀氯化鈣的有效濃縮，同時節(jié)約能耗、降低生成成本。
[0021]以下提供本發(fā)明一種膜法氯化鈣濃縮的新方法及裝置的【具體實施方式】。
實施例
[0022](I)如圖1，在母液中加入聚羧酸型螯合劑R，調(diào)節(jié)氯化鈣母液的pH至6.5，加熱待處理料液，溫度為65°C，待達(dá)到預(yù)設(shè)溫度穩(wěn)定1min左右，開啟循環(huán)泵，實現(xiàn)料液在膜組件和儲液槽之間的循環(huán)，通過流量計記錄進(jìn)料流速，溫度計記錄溫度，壓力表記錄輸送壓力，并開啟冷凝器的循環(huán)水；
(2)開啟真空泵，記錄真空壓，此時膜蒸餾過程正式開始。一部分料液蒸發(fā)為氣體，透過疏水疏水膜的微孔，被真空泵抽取進(jìn)入冷凝器，經(jīng)冷卻后收集，另一部分料液循環(huán)回儲液槽中形成濃鹽水，記錄冷凝液生成的起始時間和取樣的時間，計算膜蒸餾過程的通量；
(3)利用電導(dǎo)率儀測定收集的冷凝液，并測定原料液的電導(dǎo)率，計算膜蒸餾過程的脫鹽率；
(4)改變進(jìn)料濃度，溫度、流速以及真空度，重復(fù)步驟(I)?(4)；
當(dāng)進(jìn)料溫度為65，°C流速為0.lm/s，真空度為-0.095Mpa，進(jìn)料濃度為10.2%時，測定膜平均通量為15.6kg/m2.h，脫鹽率為99.0%以上，7h以后可以將母液的濃度濃縮到30.0%以上，膜的壽命至少可得到3個月以上。
[0023]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種膜法氯化鈣濃縮的新方法及裝置，其特征在于: (1)待處理的氯化鈣母液濃度在2%~30%之間； (2)螯合劑的添加量在0.ΟΡ/ΓΟ.5%之間，優(yōu)選添加量為0.05% ； (3)調(diào)節(jié)待濃縮母液的pH小于7，優(yōu)選pH在6.0~6.5 ； (4)膜采用疏水性微孔膜，孔徑在0.lunT2um之間，優(yōu)選孔徑為0.Sum ;膜為中空纖維膜，也可以平板膜、管式膜或卷式膜，優(yōu)選中空纖維膜。2.(I)氯化鈣母液從中空纖維膜的膜芯流過，也可以從芯外流過，優(yōu)選從膜芯流過，這樣可以獲得較大的膜面錯流流速，大大降低膜表面污染；流經(jīng)膜芯的料液流速控制在.0.05?1.0m/s之間，優(yōu)選流速為0.7m/s ； (2)利用循環(huán)泵進(jìn)口的吸力將母液從膜芯中吸出，這樣可以防止組件因壓力過大產(chǎn)生的漏液，大大延長膜組件的使用壽命； (3)補(bǔ)充的原料液經(jīng)冷凝器進(jìn)行換熱，回收熱量，降低能耗，同時減少冷卻水的用量。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種膜法氯化鈣母液濃縮的新方法及裝置，具體方法如下：(1)將要濃縮的低濃度氯化鈣母液pH值用鹽酸調(diào)至6.0～6.5；(2)加入0.01％～0.5％的螯合劑R；(3)在儲液槽1中將要濃縮的低濃度氯化鈣母液恒溫至65±2℃；(4)料液經(jīng)輸液泵2的抽吸，流經(jīng)疏水性膜組件7的膜芯，然后進(jìn)入泵體，最后經(jīng)過轉(zhuǎn)子流量計3、壓力表4、溫度計5回到儲液罐1進(jìn)一步循環(huán)；(5)真空泵9開啟后，一部分被蒸發(fā)的料液透過疏水膜的微孔，由真空泵9抽入冷凝器8，冷卻后進(jìn)入收集瓶6；另一部分料液由膜組件7流出，回到儲液槽1中，使儲液槽內(nèi)料液變濃，最終達(dá)到30％以上。
【IPC分類】B01D61/36, C01F11/30
【公開號】CN105032189
【申請?zhí)枴緾N201410173977
【發(fā)明人】湯月明, 楊宗苗, 楊座國, 吳奕, 王樹華
【申請人】巨化集團(tuán)公司, 華東理工大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2014年4月29日