海水淡化濃鹽水制鹽過程的模擬和優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、海水淡化技術(shù)在有效解決淡水短缺問題的同時(shí)，對(duì)自然環(huán)境也產(chǎn)生了一些不利的影響，其中濃鹽水對(duì)排放地的污染就是一個(gè)亟待解決的重要問題。濃鹽水直接排放不僅會(huì)對(duì)脆弱的海洋生態(tài)環(huán)境造成威脅，而且是對(duì)資源的巨大浪費(fèi)。為了解決濃鹽水對(duì)環(huán)境的污染問題、有效利用資源以及降低海水淡化的成本，對(duì)濃鹽水進(jìn)行綜合利用無疑是最直接有效的途徑。本文對(duì)海水淡化產(chǎn)生濃鹽水的制鹽過程進(jìn)行模擬和優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　1、濃鹽水蒸發(fā)結(jié)晶過程中離子析

2、出順序測(cè)定。依據(jù)海水淡化產(chǎn)生的濃鹽水組成配制實(shí)驗(yàn)原料濃鹽水，將濃鹽水置于燒瓶中，用電熱套加熱至沸騰蒸發(fā)。用波美比重計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蒸發(fā)過程中濃鹽水的密度變化，并用量筒測(cè)量蒸發(fā)出水的量。取樣品上層清液測(cè)其相對(duì)密度及化學(xué)組成，用EDTA絡(luò)合滴定法測(cè)Ca2+，Mg2+;用硫酸鋇重量法測(cè)SO42-;用四苯硼酸鉀重量法測(cè)K+;用硝酸銀沉淀滴定法測(cè)Cl-;用差減法計(jì)算Na+。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明CaSO4先析出，析出點(diǎn)為10.02°Be';NaCl隨后析出，析出

3、點(diǎn)為14.98°Be'。該實(shí)驗(yàn)結(jié)論為制鹽過程模擬提供依據(jù)。
　　2、濃鹽水制鹽過程模擬，分別研究了單鹽、雙鹽及多鹽的蒸發(fā)結(jié)晶過程。單鹽結(jié)晶過程中，濃鹽水中只含有NaCl，其結(jié)晶溫度為108.6℃，結(jié)晶壓力為101.3kPa，回收率為100％，能耗為671.2kW。雙鹽結(jié)晶過程中考慮了CaSO4和NaCl兩種鹽，結(jié)果為CaSO4先析出，NaCl后析出，結(jié)晶溫度分別為117℃和61℃，結(jié)晶壓力分別為142 kPa和12 kPa，晶體純

4、度分別為100％和99.5％，回收率分別為89.6％和95.1％，能耗為683.2kW。多鹽結(jié)晶過程中，提出三種結(jié)晶分離方案，濃鹽水依次經(jīng)過數(shù)個(gè)蒸發(fā)結(jié)晶器并輔以反應(yīng)的方法，將CaSO4、NaCl、MgSO4、Mg(OH)2、CaCl2、 CaCO3、Na2SO4·10H2O、Na2SO4等有價(jià)值的無機(jī)鹽產(chǎn)品按照特定的順序回收，實(shí)現(xiàn)了濃鹽水的零排放。三種結(jié)晶分離方案所需的蒸發(fā)結(jié)晶器個(gè)數(shù)分別為5，4，6，反應(yīng)器個(gè)數(shù)分別為1，1，2，能耗分別

5、為711.4 kW，710.5 kW，715.8 kW。綜合考慮設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用，濃鹽水制多鹽結(jié)晶分離方案2最優(yōu)。
　　3、濃鹽水制鹽過程優(yōu)化設(shè)計(jì)，分別研究了單鹽、雙鹽及多鹽的蒸發(fā)結(jié)晶過程。根據(jù)逐步優(yōu)化的能量利用綜合策略，提出兩種優(yōu)化方案:(1)利用結(jié)晶器蒸發(fā)室分離的二次蒸汽對(duì)濃鹽水進(jìn)行預(yù)熱;(2)使用熱泵結(jié)晶工藝，即結(jié)晶器蒸發(fā)室分離出的二次蒸汽，經(jīng)熱泵壓縮機(jī)壓縮，壓力、溫度升高后送回到蒸發(fā)器作加熱蒸汽使用，使料液維持沸騰狀態(tài)，

6、而加熱蒸汽本身則冷凝成水。單鹽結(jié)晶優(yōu)化過程中，原料預(yù)熱工藝節(jié)能高達(dá)81.9％，熱泵結(jié)晶工藝節(jié)能高達(dá)94.6％。雙鹽結(jié)晶優(yōu)化過程中，原料預(yù)熱工藝節(jié)能高達(dá)84.7％，熱泵結(jié)晶工藝節(jié)能高達(dá)83.8％。多鹽結(jié)晶優(yōu)化過程中，三種分離方案采用原料預(yù)熱工藝的能耗分別為162.6 kW，94.8 kW，173.8 kW，節(jié)能效果分別為77.1％，86.7％，75.4％;采用熱泵結(jié)晶工藝的能耗分別為133.2 kW，90.1 kW，147.6 kW，節(jié)能