海水淡化濃鹽水制鹽過程的模擬和優(yōu)化設計.pdf

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

2、出順序測定。依據(jù)海水淡化產生的濃鹽水組成配制實驗原料濃鹽水，將濃鹽水置于燒瓶中，用電熱套加熱至沸騰蒸發(fā)。用波美比重計實時監(jiān)測蒸發(fā)過程中濃鹽水的密度變化，并用量筒測量蒸發(fā)出水的量。取樣品上層清液測其相對密度及化學組成，用EDTA絡合滴定法測Ca2+，Mg2+;用硫酸鋇重量法測SO42-;用四苯硼酸鉀重量法測K+;用硝酸銀沉淀滴定法測Cl-;用差減法計算Na+。實驗結果表明CaSO4先析出，析出點為10.02°Be';NaCl隨后析出，析出

3、點為14.98°Be'。該實驗結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)結晶過程。單鹽結晶過程中，濃鹽水中只含有NaCl，其結晶溫度為108.6℃，結晶壓力為101.3kPa，回收率為100％，能耗為671.2kW。雙鹽結晶過程中考慮了CaSO4和NaCl兩種鹽，結果為CaSO4先析出，NaCl后析出，結晶溫度分別為117℃和61℃，結晶壓力分別為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。多鹽結晶過程中，提出三種結晶分離方案，濃鹽水依次經過數(shù)個蒸發(fā)結晶器并輔以反應的方法，將CaSO4、NaCl、MgSO4、Mg(OH)2、CaCl2、 CaCO3、Na2SO4·10H2O、Na2SO4等有價值的無機鹽產品按照特定的順序回收，實現(xiàn)了濃鹽水的零排放。三種結晶分離方案所需的蒸發(fā)結晶器個數(shù)分別為5，4，6，反應器個數(shù)分別為1，1，2，能耗分別

5、為711.4 kW，710.5 kW，715.8 kW。綜合考慮設備費用和操作費用，濃鹽水制多鹽結晶分離方案2最優(yōu)。
　　3、濃鹽水制鹽過程優(yōu)化設計，分別研究了單鹽、雙鹽及多鹽的蒸發(fā)結晶過程。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)利用結晶器蒸發(fā)室分離的二次蒸汽對濃鹽水進行預熱;(2)使用熱泵結晶工藝，即結晶器蒸發(fā)室分離出的二次蒸汽，經熱泵壓縮機壓縮，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。單鹽結晶優(yōu)化過程中，原料預熱工藝節(jié)能高達81.9％，熱泵結晶工藝節(jié)能高達94.6％。雙鹽結晶優(yōu)化過程中，原料預熱工藝節(jié)能高達84.7％，熱泵結晶工藝節(jié)能高達83.8％。多鹽結晶優(yōu)化過程中，三種分離方案采用原料預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％;采用熱泵結晶工藝的能耗分別為133.2 kW，90.1 kW，147.6 kW，節(jié)能