公布日：2022.04.26
申請(qǐng)日：2022.01.27
分類號(hào)：C02F9/10(2006.01)I;C01D5/18(2006.01)I;C01D5/16(2006.01)I
摘要
本發(fā)明公開了一種從白炭黑生產(chǎn)廢水中提取高純度芒硝的集成裝置和方法，是利用精密過濾器、電滲析裝置、雙層夾套冷卻結(jié)晶裝置，對(duì)生產(chǎn)廢水依次進(jìn)行過濾、濃縮和結(jié)晶，從而獲得高純度芒硝。本發(fā)明利用由精密過濾器+電滲析裝置+冷卻結(jié)晶裝置構(gòu)成的集成裝置，從白炭黑生產(chǎn)廢水中提取得到了高純度芒硝，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)廢水的循環(huán)利用，達(dá)到了資源化綜合利用的目的，工藝簡(jiǎn)單、能耗低，適于工業(yè)化應(yīng)用。
權(quán)利要求書
1.一種從白炭黑生產(chǎn)廢水中提取高純度芒硝的集成裝置，其特征在于：所述集成裝置包括原水泵(1)、精密過濾器(2)、電滲析裝置和雙層夾套冷卻結(jié)晶裝置；所述原水泵(1)的進(jìn)口與白炭黑生產(chǎn)廢水的管道連接，出口與精密過濾器(2)的進(jìn)口通過管道連接；所述電滲析裝置包括電滲析膜組件(9)、料液儲(chǔ)罐和直流電源(10)；所述電滲析膜組件(9)由陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜依次交替疊加后加上流道隔網(wǎng)和密封墊片構(gòu)成；在電滲析膜組件(9)的兩側(cè)固定有陽(yáng)極板和陰極板，陽(yáng)極板連接電源的正極、陰極板連接電源的負(fù)極；陽(yáng)極板與相鄰陽(yáng)離子交換膜之間構(gòu)成陽(yáng)極室，陰極板與相鄰陽(yáng)離子交換膜之間構(gòu)成陰極室，交替疊加的陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜之間依次形成若干濃縮室和淡化室的重復(fù)單元；所述料液儲(chǔ)罐包括電極液儲(chǔ)罐(3)、淡化液儲(chǔ)罐(4)和濃縮液儲(chǔ)罐(5)；所述陽(yáng)極室和所述陰極室通過管道串聯(lián)并連通于電極液儲(chǔ)罐(3)，所述淡化室的進(jìn)口和出口分別通過管道連通于淡化液儲(chǔ)罐(4)，所述濃縮室的進(jìn)口和出口分別通過管道連通于濃縮液儲(chǔ)罐(5)；所述精密過濾器(2)的出口通過管道分別與電極液儲(chǔ)罐(3)、淡化液儲(chǔ)罐(4)和濃縮液儲(chǔ)罐(5)的進(jìn)水口連接；所述雙層夾套冷卻結(jié)晶裝置包括雙層夾套冷卻結(jié)晶罐(11)、冷凍機(jī)(12)和離心機(jī)(13)；所述雙層夾套冷卻結(jié)晶罐(11)的夾層的進(jìn)出口與所述冷凍機(jī)(12)連接；所述雙層夾套冷卻結(jié)晶罐(11)頂部的進(jìn)口與所述濃縮室的出水口通過管道連接，底部的出口與所述離心機(jī)(13)的進(jìn)口通過管道連接；所述離心機(jī)(13)底部的排水口與所述濃縮液儲(chǔ)罐(5)通過管道連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從白炭黑生產(chǎn)廢水中提取高純度芒硝的集成裝置，其特征在于：連接各部件的所述管道為UPVC管道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從白炭黑生產(chǎn)廢水中提取高純度芒硝的集成裝置，其特征在于：所述原水泵為臥式泵或者潛水泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從白炭黑生產(chǎn)廢水中提取高純度芒硝的集成裝置，其特征在于：所述精密過濾器的過濾精度為1μm～5μm，內(nèi)部濾芯為PP熔噴濾芯、PP袋式濾芯或者PP折疊濾芯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從白炭黑生產(chǎn)廢水中提取高純度芒硝的集成裝置，其特征在于：所述陽(yáng)離子交換膜是經(jīng)過表面修飾，在普通陽(yáng)離子膜表面噴涂有堿性基團(tuán)的特種陽(yáng)離子交換膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從白炭黑生產(chǎn)廢水中提取高純度芒硝的集成裝置，其特征在于：所述電滲析裝置還設(shè)置有極室循環(huán)泵(6)、淡化室循環(huán)泵(7)和濃縮室循環(huán)泵(8)，分別連接在極室、淡化室和濃縮室的進(jìn)口和相應(yīng)料液儲(chǔ)罐之間。
7.一種從白炭黑生產(chǎn)廢水中提取高純度芒硝的方法，其特征在于，利用權(quán)利要求1～6中任意一項(xiàng)所述的集成裝置，按如下步驟進(jìn)行：步驟1、白炭黑生產(chǎn)廢水通過原水泵進(jìn)入精密過濾器，去除壓濾水中的懸浮物雜質(zhì)；步驟2、經(jīng)過精密過濾器過濾后的壓濾水直接輸送到電滲析裝置的電極液儲(chǔ)罐、濃縮液儲(chǔ)罐和淡化液儲(chǔ)罐，開啟電源，進(jìn)行壓濾水中的鹽濃縮；濃縮至濃縮室內(nèi)料液中硫酸鈉質(zhì)量濃度不低于15％時(shí)停止；淡化液儲(chǔ)罐內(nèi)的料液通過管路輸出返回至白炭黑板框壓濾工藝段進(jìn)行循環(huán)利用，濃縮室內(nèi)料液進(jìn)入到雙層夾套冷卻結(jié)晶罐；步驟3、對(duì)雙層夾套冷卻結(jié)晶罐進(jìn)行冷卻降溫，控制溫度穩(wěn)定在2℃以下，同時(shí)均勻攪拌溶液；利用芒硝在低溫下的溶解度低的特性，得到高純度芒硝結(jié)晶；步驟4、將充分結(jié)晶后的芒硝溶液導(dǎo)入至離心機(jī)，離心分離，得到高純度芒硝固體，離心母液返回到濃縮液儲(chǔ)罐。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于：所述白炭黑生產(chǎn)廢水中硫酸鈉的質(zhì)量濃度大于3％。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于：濃縮后，淡化液儲(chǔ)罐內(nèi)的料液中總鹽的質(zhì)量濃度低于0.1％。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于：濃縮室循環(huán)泵、淡化室循環(huán)泵和極室循環(huán)泵的流量大小匹配電滲析膜組件，達(dá)到膜面流速不低于3cm/s。
發(fā)明內(nèi)容
基于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明旨在提供一種從白炭黑生產(chǎn)廢水中提取高純度芒硝的裝置和方法，以解決目前白炭黑生產(chǎn)廢水的循環(huán)利用問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種從白炭黑生產(chǎn)廢水中提取高純度芒硝的集成裝置，其特點(diǎn)在于：
所述集成裝置包括原水泵、精密過濾器、電滲析裝置和雙層夾套冷卻結(jié)晶裝置；所述原水泵的進(jìn)口與白炭黑生產(chǎn)廢水的管道連接，出口與精密過濾器的進(jìn)口通過管道連接；
所述電滲析裝置包括電滲析膜組件、料液儲(chǔ)罐和電源；所述電滲析膜組件由陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜依次交替疊加后加上流道隔網(wǎng)和密封墊片構(gòu)成；在電滲析膜組件的兩側(cè)固定有陽(yáng)極板和陰極板，陽(yáng)極板連接電源的正極、陰極板連接電源的負(fù)極；陽(yáng)極板與相鄰陽(yáng)離子交換膜之間構(gòu)成陽(yáng)極室，陰極板與相鄰陽(yáng)離子交換膜之間構(gòu)成陰極室，交替疊加的陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜之間依次形成若干濃縮室和淡化室的重復(fù)單元；所述料液儲(chǔ)罐包括電極液儲(chǔ)罐、淡化液儲(chǔ)罐和濃縮液儲(chǔ)罐；所述陽(yáng)極室和所述陰極室通過管道串聯(lián)并連通于電極液儲(chǔ)罐，所述淡化室的進(jìn)口和出口分別通過管道連通于淡化液儲(chǔ)罐，所述濃縮室的進(jìn)口和出口分別通過管道連通于濃縮液儲(chǔ)罐；
所述精密過濾器的出口通過管道分別與電極液儲(chǔ)罐、淡化液儲(chǔ)罐和濃縮液儲(chǔ)罐的進(jìn)水口連接；
所述雙層夾套冷卻結(jié)晶裝置包括雙層夾套冷卻結(jié)晶罐、冷凍機(jī)和離心機(jī)；所述雙層夾套冷卻結(jié)晶罐的夾層的進(jìn)出口與所述冷凍機(jī)連接；所述雙層夾套冷卻結(jié)晶罐頂部的進(jìn)口與所述濃縮室的出水口通過管道連接，底部的出口與所述離心機(jī)的進(jìn)口通過管道連接；所述離心機(jī)底部的排水口與所述濃縮液儲(chǔ)罐通過管道連接。
進(jìn)一步地，連接各部件的所述管道為UPVC管道。
進(jìn)一步地，所述原水泵為臥式泵或者潛水泵。
進(jìn)一步地，所述精密過濾器的過濾精度為1μm～5μm，內(nèi)部濾芯為PP熔噴濾芯、PP袋式濾芯或者PP折疊濾芯。
進(jìn)一步地，所述陽(yáng)離子交換膜是經(jīng)過表面修飾，在普通陽(yáng)離子膜表面噴涂有堿性基團(tuán)的特種陽(yáng)離子交換膜，可以直接防止鈣離子和鎂離子的污染及傳輸。
進(jìn)一步地，所述電滲析裝置還設(shè)置有極室循環(huán)泵、淡化室循環(huán)泵和濃縮室循環(huán)泵，分別連接在極室、淡化室和濃縮室的進(jìn)口和相應(yīng)料液儲(chǔ)罐之間。
本發(fā)明利用上述集成裝置，從白炭黑生產(chǎn)廢水中提取高純度芒硝的方法，是按如下步驟進(jìn)行：
步驟1、白炭黑生產(chǎn)廢水通過原水泵進(jìn)入精密過濾器，去除壓濾水中的懸浮物雜質(zhì)；
步驟2、經(jīng)過精密過濾器過濾后的壓濾水直接輸送到電滲析裝置的電極液儲(chǔ)罐、濃縮液儲(chǔ)罐和淡化液儲(chǔ)罐，開啟濃縮室循環(huán)泵、淡化室循環(huán)泵、極室循環(huán)泵，開啟電源，進(jìn)行壓濾水中的鹽濃縮；濃縮至濃縮室內(nèi)料液中硫酸鈉質(zhì)量濃度不低于15％時(shí)停止；淡化液儲(chǔ)罐內(nèi)的料液通過管路輸出返回至白炭黑板框壓濾工藝段進(jìn)行循環(huán)利用，濃縮室內(nèi)料液進(jìn)入到雙層夾套冷卻結(jié)晶罐；
步驟3、對(duì)雙層夾套冷卻結(jié)晶罐進(jìn)行冷卻降溫，控制溫度穩(wěn)定在2℃以下，同時(shí)均勻攪拌溶液；利用芒硝在低溫下的溶解度低的特性，得到高純度芒硝結(jié)晶；
步驟4、將充分結(jié)晶后的芒硝溶液導(dǎo)入至離心機(jī)，離心分離，得到高純度芒硝固體，離心母液返回到濃縮液儲(chǔ)罐。
進(jìn)一步地，所述白炭黑生產(chǎn)廢水為高濃度的硫酸鈉溶液，硫酸鈉的質(zhì)量濃度大于3％。
進(jìn)一步地，濃縮后，淡化液儲(chǔ)罐內(nèi)的料液中總鹽的質(zhì)量濃度低于0.1％。
進(jìn)一步地，濃縮室循環(huán)泵、淡化室循環(huán)泵和極室循環(huán)泵的流量大小匹配電滲析膜組件，達(dá)到膜面流速不低于3cm/s。
進(jìn)一步地，通過調(diào)節(jié)直流電源的電壓大小和循環(huán)時(shí)間來(lái)控制濃縮壓濾水中的鹽(硫酸鈉)含量，使其鹽(硫酸鈉)的質(zhì)量濃度達(dá)到15％以上。
本發(fā)明所利用的所述白炭黑生產(chǎn)廢水包括生產(chǎn)過程中的壓濾水和洗滌水。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
1、本發(fā)明利用由精密過濾器+電滲析裝置+冷卻結(jié)晶裝置構(gòu)成的集成裝置，從白炭黑生產(chǎn)廢水中提取得到了高純度芒硝，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)廢水的循環(huán)利用，達(dá)到了資源化綜合利用的目的，所得副產(chǎn)品為企業(yè)增加收益，并減少水資源的浪費(fèi)和環(huán)境污染。
2、本發(fā)明的方法工藝簡(jiǎn)單、能耗低、芒硝回收率高，適于工業(yè)化應(yīng)用。
（發(fā)明人：王曉林;李為;方勤翔;汪耀明;徐銅文）
