شرح مفصل لعملية معدات تبخير وتبلور كبريتات الصوديوم

في التطبيقات الصناعية لمعالجة مياه الصرف الصحي بكبريتات الصوديوم واستعادة كبريتات الصوديوم اللامائية (Na₂SO₄)، فإن النهج الشائع هو "التبخير والتركيز ← إعادة التبلور والفصل". تشمل خيارات المعدات الأساسية الاختزال الميكانيكي للبخار (MVR)، والتبخير متعدد التأثيرات، أو طرق التبريد العميق. بناءً على طرق استخدام البخار والتبلور، يمكن تحديد خمس عمليات نموذجية. يوضح القسم التالي، استنادًا إلى أحدث الدراسات الهندسية والبيانات التشغيلية، بشكل منهجي التدفق، واستهلاك الطاقة، والسيناريوهات القابلة للتطبيق، واعتبارات التصميم لكل عملية.

I. التبخير بالدوران القسري MVR + التبلور بالتبريد (أو التبخير الفوري)

1. مخطط انسيابي

① المعالجة المسبقة: التخثر/الكربون المنشط + التليين، العكارة ≤ 5 NTU، Ca²⁺/Mg²⁺ ≤ 50 مجم/لتر، لمنع تكوين ترسبات كبريتات الكالسيوم.

② تركيز الفيلم المتساقط: باستخدام مبخر الفيلم المتساقط 316L أو TA2، يتم تركيز 3-8% Na₂SO₄ إلى 25-30%، مع معامل انتقال الحرارة 2000-3500 W·m⁻²·K⁻¹.

③ تبلور الدوران القسري MVR: يدخل السائل المُركّز إلى مُبخّر الدوران القسري. يُسخّن البخار الثانوي عند درجة حرارة تتراوح بين 8 و12 درجة مئوية باستخدام ضاغط طرد مركزي من شركة روتس، ثم يُعاد استخدامه. تتراوح درجة حرارة التبخير بين 75 و85 درجة مئوية، وترتفع درجة الغليان بمقدار 7-9 درجات مئوية. يتراوح محتوى المواد الصلبة في الملاط البلوري بين 8 و15%. بعد مروره عبر فاصل إعصاري ومُكثّف، يرتفع محتوى المواد الصلبة إلى 35-50%. يُنتج الطرد المركزي والتجفيف Na₂SO₄ لا مائي بحجم جسيمات يتراوح بين 10 و50 ميكرومتر. يُعاد إرجاع السائل الأم بالكامل.

٢. استهلاك الطاقة: يُستهلك ٢٨-٣٥ كيلوواط/ساعة من الكهرباء لكل طن من الماء المُبخّر، ويبلغ استهلاك البخار أقل من أو يساوي ١٫٥ كجم (للتشغيل فقط). تبلغ تكلفة التشغيل حوالي ربع تكلفة التبخير ثلاثي التأثير.

3. قابلية التطبيق: المشاريع التي تبلغ سعتها >5 متر مكعب/ساعة، وسعر البخار >200 يوان صيني/طن، أو حيث لا يتوفر المرجل في الموقع؛ نقاء المنتج ≥99%، ومحتوى الرطوبة <0.2%.

II. التبخير متعدد التأثيرات (التأثير المزدوج/الثلاثي) + التبلور السريع

1. العملية:

① التأثير الأول: بخار حي 0.2–0.35 ميجا باسكال، درجة الحرارة 130–140 درجة مئوية؛

② التأثير الثاني: الفراغ 0.065–0.09 ميجا باسكال، درجة الحرارة 70–80 درجة مئوية؛

③ تركيز الناتج النهائي للتأثير 28-32%، يدخل إلى بلورة الفلاش الفراغية (60-70 درجة مئوية) لمزيد من ترسيب Na₂SO₄ اللامائي. 

2. استهلاك الطاقة: 0.3-0.4 طن من البخار لكل طن من الماء، و10-15 كيلووات ساعة من الكهرباء؛ استثمار أقل من MVR، ولكن تكاليف التشغيل أعلى بنسبة 50-70%.

3. قابلية التطبيق: المشاريع الكيميائية والفحمية ذات البخار المنخفض الضغط وغير المكلف (<160 يوان صيني/طن) وسعة المعالجة >10 متر مكعب/ساعة؛ عندما لا تكون متطلبات حجم الجسيمات حرجة، يمكن التخلص من جهاز التبلور المنفصل، ويمكن زراعة البلورات مباشرة في خزان الملح النهائي، مما يبسط العملية.

ثالثًا: تقنية فصل الأملاح بالتبلور والتجميد (MVR) مع تقنية فصل الأملاح بالتبلور والتجميد (إصدار بدون تصريف لمياه الصرف عالية الملوحة)

1. العملية

① يركز جهاز التجميد المائي (MVR) مياه الصرف الصحي المالحة المختلطة (Na₂SO₄ + NaCl) إلى TDS ≈250 جم / لتر؛ ② يدخل التركيز إلى جهاز التبلور الحلزوني بالتجميد HSCC، حيث تنخفض ذوبان Na₂SO₄ بشكل حاد إلى 1.3 جم / 100 جم ماء عند -5 درجة مئوية، بينما يظل NaCl عند 35.7 جم / 100 جم ماء، وبالتالي تحقيق "نترات التجميد المترسبة - الطرد المركزي للحصول على ملح جلاوبر - الذوبان للحصول على Na₂SO₄ اللامائي"؛ ③ يتم إرجاع السائل الأم المجمد إلى جهاز التجميد المائي للتبخر لإزالة NaCl.

2. استهلاك الطاقة

قسم التبخير ٣٥ كيلوواط/ساعة + قسم التجميد ٢٠ كيلوواط/ساعة ≈ ٥٥ كيلوواط/ساعة/طن ماء، بخار ٠.١٨ طن/طن ماء؛ مع ذلك، تتراوح نقاء المنتج بين ٩٧٪ و٩٩٪، ونسبة أملاح الشوائب أقل من ٣٪. ٣. التطبيقات: مناسب لمركزات التناضح العكسي، ومياه المناجم، ومياه الصرف الصحي الناتجة عن الصباغة التي تتطلب استردادًا مزدوجًا عالي النقاء لـ Na₂SO₄/NaCl؛ فترة استرداد الاستثمار حوالي ٤ سنوات.

رابعًا: التبلور بالتبخير في درجات حرارة منخفضة (<60 درجة مئوية) - خصيصًا لمياه الصرف الصحي الحساسة للحرارة/التآكلية

1. العملية: درجة الفراغ 85-95 كيلو باسكال، درجة حرارة التبخر 45-55 درجة مئوية، باستخدام البخار أو الماء الساخن كمصدر حرارة منخفض الدرجة؛ يتم تسخين البخار الثانوي بواسطة مضخة حرارية أو ضغط ميكانيكي وإعادة استخدامه؛ يتم استعادة الحرارة الكامنة للتكثيف من خلال مبادل حراري للوحة سبيكة التيتانيوم؛ يقترب التركيز من التشبع عند درجة حرارة منخفضة ويدخل إلى بلورة تبريد مخفوقة، حيث يترسب Na₂SO₄·10H₂O عند 20-25 درجة مئوية، يليه التجفيف بالذوبان للحصول على منتج لا مائي. 

2. استهلاك الطاقة: 40-50 كيلووات ساعة لكل طن من المياه، 0.1-0.15 طن من البخار؛ يمكن تشغيل المعدات المثبتة على الزلاجة، والتي تشغل مساحة 20-30 مترًا مربعًا، دون مراقبة.

3. ينطبق على: السائل الأم الذي يحتوي على نسبة عالية من الكلور أو الفلور أو المواد العضوية ذات نقطة الغليان المنخفضة، مثل مياه الصرف الصحي المترسبة من كربونات الليثيوم، ومياه الصرف الصحي الصيدلانية؛ البيئات شديدة التآكل ولكن محدودة درجة الحرارة.

V. فصل الأملاح بتقنية الترشيح النانوي + التبخير والتبلور المنفصل (الجزء الرئيسي من صناعة كيمياء الفحم عديمة الانبعاثات)

1. العملية:

① يتم فصل مياه الصرف الصحي عالية الملوحة أولاً إلى أملاح ثنائية التكافؤ (SO₄²⁻) وأحادية التكافؤ (Cl⁻) بواسطة غشاء الترشيح النانوي؛

② يتم تبخير تركيز الترشيح النانوي (Na₂SO₄) في مبخر ثلاثي التأثير أو جهاز MVR للحصول على Na₂SO₄ اللامائي؛

③ يتم تبخير نفاذية الترشيح النانوي (كلوريد الصوديوم) في مبخر ثلاثي التأثير أو جهاز التبخير متعدد التأثير للحصول على كلوريد الصوديوم؛

④ يتم إرجاع السائل الأم بشكل متقاطع لضمان نقاء الملح. 

2. الميزات

نقاء Na₂SO₄ 99%، ونقاء NaCl 98%، ومعدل استعادة المياه >95%، ولكن نظام الغشاء يتطلب منع التلوث والتنظيف المنتظم.

3. ينطبق على

صناعة الكيماويات الفحمية، ومياه المناجم، ومياه الصرف الصحي عالية الملوحة الناتجة عن التكرير، والتي تتطلب استغلال موارد "الملح المزدوج" وحجم مياه يزيد عن 500 متر مكعب يومياً.

سادسا. اعتبارات التصميم الشائعة

1. المواد: TA2/2205 الفولاذ المزدوج لدرجات الحرارة >90 درجة مئوية، 316L للأقسام ذات درجات الحرارة المنخفضة؛ المواد المبطنة بالزركونيوم أو الفلور للتطبيقات التي تحتوي على الفلور.

٢. منع الترسبات: معدل تدفق الدوران القسري ≥ ١.٥ متر/ثانية، إضافة ٠.١-٠.٣٪ من مُشتت حمض البولي أسبارتيك (PASP)، والغسل المنتظم بماء ساخن ٨٠ درجة مئوية أو محلول قلوي ٥٪. ٣. حجم الجسيمات: بالنسبة للجسيمات التي يزيد حجمها عن ١٥٠ ميكرومتر، يجب التحكم في معدل التبريد عند ١-٢ درجة مئوية/دقيقة في قسم التبلور المبرد، مع مدة إقامة ≥ ٣٠ دقيقة، وإضافة بلورات بذرة بحجم ٥٠-١٠٠ ميكرومتر.

4. الأتمتة: يتم قياس مستوى المبخر والكثافة والتشبع الفائق عبر الإنترنت؛ ويتشابك عزم الطرد المركزي مع ارتداد السائل الأم، مما يتيح التفريغ المستمر والبدء/الإيقاف بضغطة زر واحدة.

الاستنتاجات:

1. في حالة نقص البخار، وانخفاض أسعار الكهرباء، وحجم الإنتاج >5 متر مكعب/ساعة - يفضل استخدام مسار الدورة القسرية MVR؛

2. للحصول على بخار غير مكلف، وحجم إنتاج >10 متر مكعب/ساعة، وحجم جزيئات المنتج العام - اختر التبخر ذو التأثير المزدوج/التأثير الثلاثي؛

3. للحصول على Na₂SO₄/NaCl عالي النقاء - استخدم "MVR + التبلور بالتجميد" أو "فصل الملح بالترشيح النانوي + التبخر المزدوج"؛

٤. للتطبيقات الحساسة للحرارة، شديدة التآكل، ومحدودة المساحة، يُستخدم جهاز تزحلق لتبلور التبخر منخفض الحرارة. باتباع النهج المذكور، يمكن التحكم في تكلفة التشغيل الشاملة لكل طن من الماء عند ٢٥-٤٥ يوانًا، ونقاء المنتج ≥ ٩٩٪، مما يحقق هدف استغلال الموارد و"عدم تصريف" مياه الصرف الصحي المحتوية على كبريتات الصوديوم.