冷凍法處理濃鹽水研究

《冷凍法處理濃鹽水研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、冷凍法處理濃鹽水研究　　摘要：文章基于冷凍脫鹽機(jī)理，利用六西格瑪?shù)姆椒ㄕ撛O(shè)計(jì)并研究了冷凍時(shí)間、冷媒溫度對(duì)懸浮法冷凍結(jié)晶過(guò)程的影響。結(jié)果表明，隨著冷凍時(shí)間的增加、冷媒溫度的降低，產(chǎn)冰率增加，脫鹽率隨著產(chǎn)冰率的增加先增大后減小，呈現(xiàn)曲線關(guān)系。對(duì)實(shí)際水樣的懸浮法冷凍脫鹽過(guò)程研究表明，冷凍法除了對(duì)鹽度有一定的去除作用之外，對(duì)COD脫除率達(dá)到50%左右?！　￡P(guān)鍵詞：冷凍脫鹽；懸浮結(jié)晶法；產(chǎn)冰率；脫鹽率；濃鹽水文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　　中圖分類(lèi)號(hào)：X701文章編號(hào)：1009-2374（2016）30-0087-03DOI：10.13535/j.

2、cnki.11-4406/n.2016.30.042　　濃鹽水最早產(chǎn)生于海水淡化過(guò)程中，是指將淡水分離出去之后的濃縮液。煤化工濃鹽水相比而言具體的特點(diǎn)是含鹽種類(lèi)多、污染物濃度高、成分復(fù)雜等。7　　現(xiàn)有成熟的商業(yè)化濃鹽水濃縮技術(shù)主要是沿用海水淡化工藝，得到普遍應(yīng)用的有蒸餾法和反滲透法，但蒸餾法存在沸點(diǎn)高能耗高、腐蝕結(jié)垢嚴(yán)重，從而導(dǎo)致設(shè)備投資運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高等問(wèn)題，而反滲透技術(shù)由于滲透壓大、操作壓力大，投資及運(yùn)行成本加大，甚至部分煤化工濃鹽水濃度超過(guò)了反滲透技術(shù)適用的上限。對(duì)比而言，冷凍法作為一種有很好應(yīng)用前景的水處理方法，有其獨(dú)

3、特的優(yōu)點(diǎn)：首先，水的凝固熱僅為汽化熱的1/7，所以過(guò)程本身能耗比蒸餾法大大降低；其次，因?yàn)槭堑蜏夭僮?，大大減少了對(duì)設(shè)備材料的腐蝕，同時(shí)低溫操作也會(huì)避免結(jié)垢問(wèn)題；最后，冷凍法不需要添加任何化學(xué)試劑，避免了二次污染，是一種環(huán)境友好型的技術(shù)?！　±鋬龇ò凑战Y(jié)晶方式的不同分為懸浮結(jié)晶法和層狀結(jié)晶法。層狀結(jié)晶法是在冷卻面上產(chǎn)生并成長(zhǎng)為整體冰晶的凍結(jié)方式，固液界面小，母液與冰晶的分離十分容易但不能連續(xù)不間斷操作；懸浮結(jié)晶法的特點(diǎn)是無(wú)數(shù)自由分散的細(xì)小的冰晶懸浮于溶液中，隨著冷凍時(shí)間的增加冰晶逐漸長(zhǎng)大并不斷排除，使母液濃度增加而實(shí)現(xiàn)濃縮，缺

4、點(diǎn)是分離操作不徹底，往往冰晶上會(huì)夾帶小部分鹽水，需要增加淋洗環(huán)節(jié)。　　1實(shí)驗(yàn)　　1.1實(shí)驗(yàn)原理　　冷凍法是依據(jù)鹽水比純水的凝固點(diǎn)低的原理來(lái)進(jìn)行的一種脫鹽工藝。在對(duì)鹽水降溫的過(guò)程中，當(dāng)溫度降到0℃以下，溶液中的純水會(huì)凝固成冰，鹽分被排除在冰晶以外，從而使溶液得到濃縮。冷凍法的技術(shù)路線如圖1所示：　　1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備　　實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備為帶制冷和攪拌的結(jié)晶罐，主要包括制冷循環(huán)系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)和結(jié)晶分離系統(tǒng)，如圖2所示：　　1.3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)7　　實(shí)驗(yàn)采用六西格瑪方法設(shè)計(jì)，包括定義（Define）、測(cè)量（Measure）、分析（Analyze

5、）、設(shè)計(jì)（Design）、優(yōu)化（Optimize）、驗(yàn)證（Verify）六大工具。該方法通過(guò)深入挖掘分析市場(chǎng)、客戶(hù)需求，識(shí)別、規(guī)避項(xiàng)目中的風(fēng)險(xiǎn)，科學(xué)、合理地安排及挖掘數(shù)據(jù)背后的信息，從而大幅度縮短了研發(fā)周期，節(jié)省了大量人力和財(cái)力，提高了研發(fā)項(xiàng)目的質(zhì)量。　　基于六西格瑪方法的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)工具，確定了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，即考察冷凍時(shí)間和溶液終點(diǎn)溫度（冷媒溫度）兩個(gè)關(guān)鍵因子對(duì)脫鹽率和產(chǎn)冰率兩個(gè)考核指標(biāo)的影響。運(yùn)用響應(yīng)曲面的設(shè)計(jì)工具，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如圖3所示。　　1.4實(shí)驗(yàn)方法　　實(shí)驗(yàn)采用制冷循環(huán)系統(tǒng)降低鹽水溫度達(dá)到其冰點(diǎn)，在冰點(diǎn)附近加入冰晶作為晶種，

6、改變冷凍時(shí)間、冷媒溫度等因素研究冷凍濃縮工藝。結(jié)晶過(guò)程結(jié)束后，通過(guò)調(diào)節(jié)結(jié)晶罐底部的閥門(mén)放出濃縮液，產(chǎn)生的冰晶留在結(jié)晶罐內(nèi)部，待融化后取出。測(cè)定濃縮液和冰融水的電導(dǎo)率，并與原液對(duì)比，探討冷凍過(guò)程的脫鹽效果。　　1.5實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象　　本研究采用懸浮結(jié)晶法冷凍濃鹽水，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察到從溶液中慢慢出現(xiàn)無(wú)數(shù)細(xì)小的冰晶，最初呈現(xiàn)絮狀。隨著冷凍過(guò)程的進(jìn)行，冰晶的數(shù)量增加，溶液變得渾濁，冰晶粒徑也不斷均勻長(zhǎng)大，最終在結(jié)晶罐中生成大小基本均一的冰晶顆粒。　　1.6數(shù)據(jù)分析　　冷凍過(guò)程的脫鹽效果用脫鹽率進(jìn)行評(píng)價(jià)，即：　　Y1=100%×（1-K/K

7、）　　式中：kIn、kOut是結(jié)晶罐進(jìn)、出口液體的電導(dǎo)率，通過(guò)電導(dǎo)率儀直接測(cè)量，單位為mS/cm?！　×硗鈱?duì)冷凍過(guò)程的產(chǎn)冰率進(jìn)行了分析，即：7　　Y=100%×Vce/V　　式中：VIce、VIn是冰、總?cè)芤旱捏w積，通過(guò)量筒直接測(cè)量，單位為mL?！　?結(jié)果與討論　　2.1不同濃度鹽水溶液的冰點(diǎn)　　在一定鹽度范圍內(nèi)，隨著溶液鹽度的增加，溶液的冰點(diǎn)隨之下降，因此海水的冰點(diǎn)比純水低，下降幅度隨含鹽量的增加而增加。實(shí)驗(yàn)研究了4種不同濃度的鹽水溶液，得到其室溫下對(duì)應(yīng)的冰點(diǎn)，結(jié)果如圖4。與文獻(xiàn)中已有的海水冰點(diǎn)變化趨勢(shì)一致?！　?.2初步

8、結(jié)果　　利用六西格瑪方法的分析工具，初步得到了反應(yīng)時(shí)間和冷凍溫度對(duì)產(chǎn)冰率和脫鹽率的關(guān)系曲線，如圖5所示。從圖中可以看出反應(yīng)時(shí)間和溶液終點(diǎn)溫度對(duì)產(chǎn)冰率的影響大致存在一次方關(guān)系，而反應(yīng)時(shí)間和溶液終點(diǎn)溫度對(duì)脫鹽率的影響可能存在曲線關(guān)系?！　?.3冷凍時(shí)間對(duì)脫鹽率和產(chǎn)冰率的影響　　對(duì)濃度22000