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冷冻浓缩在副盐提取中的应用前景

脱硫液副盐提取过程中,需要对脱硫液进行浓缩,现在大多数厂家都采取蒸发浓缩。


1  蒸发浓缩方法


蒸发过程只是从溶液中分离出部分溶剂,而溶质仍留在溶液中,因此,蒸发操作即为一个使溶液中的挥发性溶剂与不挥发性溶质的分离过程。由于溶剂的汽化速率取决于传热速率,故蒸发操作属传热过程,蒸发设备为传热设备,但是,蒸发操作与一般传热过程比较,有以下特点:


1.1  溶液沸点升高


由于溶液含有难挥发性溶质,因此,在相同温度下,溶液的蒸气压比纯溶剂的小,也就是说,在相同压力下,溶液的沸点比纯溶剂的高,溶液浓度越高,这种影响越显著。


1.2  物料及工艺特性


物料在浓缩过程中,溶质或杂质常在加热表面沉积、析出结晶而形成垢层,影响传热;有些溶质是热敏性的,在高温下停留时间过长易变质;有些物料具有较大的腐蚀性或较高的黏度等等。


1.3  能量回收


蒸发过程是溶剂汽化过程,由于溶剂汽化潜热很大,所以蒸发过程是一个大能耗单元操作。因此,节能是蒸发操作应予考虑的重要问题。


2  冷冻浓缩方法


2.1  冷冻浓缩基本原理


冷冻浓缩是利用冰与水溶液之间的固液相平衡原理,将水以固态方式从溶液中去除的一种浓缩方法。图1 为表示水溶液与冰之间的固液平衡关系的示意图,图中物系组成为质量分数。与冷冻浓缩有关的共晶点E(溶液组成WE)以左的部分。DE为溶液组成和冰点关系的冻结曲线,冻结曲线上侧是溶液状态,下侧是冰和溶液的共存状态。如图,在温度T的状态下,冷却组成为w A的溶液到TA时,开始有冰晶析出,TA是溶液的冰点,继续冷却至B点,残留溶液的组成增加为WB,凝固温度降为TB,理论上讲最终可浓缩至WE,这就是冷冻浓缩的原理。



2.2  冷冻浓缩的研究现状


在常压、低温(冰点温度)下,将溶液中的水以冰的形式凝固析出,并从液相中分离出去而使溶液浓缩的方法。此外,水凝固时的相变潜热约为蒸发时的1/7,冷冻浓缩方法具有实现较低能耗的潜力。冷凝浓缩方法在液体物料的浓缩中得到了广泛的重视, 具有广阔的工程应用前景,溶质的凝固点远低于纯水的凝固点,冷冻脱硫液时,其中的纯水会将杂质排斥在外而首先以固相析出,残留母液被浓缩,分离固、液相,融化冰晶,即可得到较纯净的再生水,这就是以制冷为主要手段的冷冻浓缩水处理工艺的机理。冰晶对溶质的排斥没有选择性,冷冻浓缩可用于处理各种含可溶杂质的脱硫液。冷冻浓缩是简单的物理过程,无需加入任何化学成分,而且,在冷冻浓缩过程中得到的副产物冰晶是高潜热介质,可用于冰蓄冷。同时,从所产生的浓缩母液可回收有用物质,变废为宝,这对于保护环境和促进资源的综合利用具有重大意义。目前,在日本、加拿大、英国、新加坡和荷兰等国家已有冷冻浓缩水处理工艺的工程应用实例。大颗粒、高纯度冰晶的制备是成功实施冷冻浓缩工艺的核心,水处理效果、水回收率和比热能则是考核冷冻浓缩水处理工艺的重要指标,因此,最佳制冷温度、水处理效果、最高水回收率和能耗分析四个方面在脱硫液处理与再生领域是非常重要的。


在日本等国家, 对冷冻浓缩的研究比较多, 也有用冷冻浓缩工艺制作速溶咖啡、橙汁的应用报道, 浓缩咖啡时有效成分损失小于1%;浓缩果汁时维生素保护得很好。在法国的一些葡萄酒厂,也用冷冻浓缩工艺提纯浓缩葡萄酒,以保护酒内的维生素及活性物质。在国内,刘凌对冷冻浓缩作了比较全面的综述,并发表了渐进式冷冻浓缩的实验结果与理论分析果。但总体说来国内对冷冻浓缩的研究较少。


冷冻浓缩处理方法特别适宜我国北方秋冬季脱硫液浓缩处理。


3  脱硫液冷冻浓缩流程示意图


冷冻源


↓↑


原脱硫液→过滤去除悬浮物→冷冻结晶→冰水分离→水→浓缩脱硫液→再处理


↓冰


回收水



排放或再处理回用


4  前景展望


冷冻浓缩技术现已证明优质可靠, 极具市场活力。随着社会的进步,经济的发展,人们生活水平的提高,冷冻浓缩这一低能耗、可生产高质量产品的加工技术具有很大的发展潜力。此方法除了用于浓缩,也可考虑用于有机废水的处理,活性物质的回收再利用等方面。同时,整体的冰结晶又是很好的蓄冷、降温用冷源。这些方面对于保护环境、促进资源的再利用都是很有意义的。



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