การประยุกต์ใช้การตกผลึกด้วยความเย็นในการบำบัดน้ำเสีย

1.บทนำ

การตกผลึกเป็นหนึ่งในกระบวนการพื้นฐานและทั่วไปในการผลิตทางเคมี กระบวนการตกผลึกแบ่งออกเป็นสามประเภทหลัก ได้แก่ การตกผลึกโดยการระบายความร้อน การตกผลึกโดยการระเหย และการตกผลึกในสุญญากาศ การตกผลึกโดยการระบายความร้อนโดยพื้นฐานแล้วเป็นการแยกตัวถูกละลายออกจากสารละลายอิ่มตัวในรูปของผลึกโดยการลดอุณหภูมิ

วิธีนี้ไม่กำจัดตัวทำละลาย แต่สารละลายจะถูกทำให้เย็นลงจนกลายเป็นสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวด นอกจากนี้ยังใช้ได้กับสารที่ความสามารถในการละลายเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การตกผลึกโดยการระบายความร้อนจึงกลายเป็นวิธีการตกผลึกทางอุตสาหกรรมที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย

2.การประยุกต์ใช้ทางอุตสาหกรรมและข้อได้เปรียบของเทคโนโลยีการตกผลึกโดยการระบายความร้อน

เทคโนโลยีการตกผลึกโดยการระบายความร้อนที่ใช้ในอุตสาหกรรมบรรลุการตกผลึกโดยการระบายความร้อนหรือแช่แข็งสารละลายอิ่มตัวร้อน เมื่อเทียบกับการตกผลึกโดยการระเหย การตกผลึกโดยการระบายความร้อนสามารถใช้ได้อย่างกว้างขวางกว่ากับสารที่ความสามารถในการละลายเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สารเหล่านี้รวมถึงแอมโมเนียมไนเตรต โพแทสเซียมไนเตรต แอมโมเนียมคลอไรด์ โซเดียมฟอสเฟต และเกลือกลอเบอร์ การเปลี่ยนแปลงสัมประสิทธิ์ของอุณหภูมิและความสามารถในการละลายมีมาก

เมื่ออุณหภูมิลดลง ความสามารถในการละลายของสารเหล่านี้ก็ลดลงและเกิดสารละลายอิ่มตัวยิ่งยวด เนื่องจากความไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ ตัวถูกละลายจะตกผลึกออกจากสารละลาย วิธีการตกผลึกโดยการระบายความร้อนใช้ความแตกต่างของความสามารถในการละลายของแต่ละองค์ประกอบในสารละลายเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง (ดูรูปที่ 1) เพื่อบรรลุวัตถุประสงค์ในการแยกวัสดุ

ในการประยุกต์ใช้ทางอุตสาหกรรม การตกผลึกโดยการระบายความร้อนมักจะรวมกับเทคโนโลยีการเข้มข้นเพื่อให้สารละลายถูกระเหยและเข้มข้นก่อนเพื่อสร้างสารละลายอิ่มตัว จากนั้นสารละลายอิ่มตัวจะถูกทำให้เย็นและตกผลึกเพื่อให้ได้ตัวถูกละลายโดยการแยกด้วยแรงเหวี่ยง

3.การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการตกผลึกโดยการระบายความร้อนในด้านการบำบัดน้ำเสีย

น้ำเสียอุตสาหกรรมมักมีเกลือจำนวนมาก และองค์ประกอบของน้ำเสียมีความซับซ้อน ความเข้มข้นอิ่มตัวของแต่ละองค์ประกอบก็แตกต่างกัน ดังนั้นวิธีการตกผลึกโดยการระเหยแบบดั้งเดิมไม่สามารถแยกเกลือองค์ประกอบในผลิตภัณฑ์ผลึกได้ กล่าวคือ ผลิตภัณฑ์ผลึกที่ได้ไม่สามารถใช้เป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายได้ ยังต้องเสียค่าใช้จ่ายและแรงงานในการจัดการ

ด้านล่างนี้คือการประยุกต์ใช้ทั่วไปของเทคโนโลยีการตกผลึกโดยการระบายความร้อนในโรงงานเคมีแห่งหนึ่งในจีน องค์ประกอบหลักของน้ำเสียที่เกิดขึ้นในโรงงานเคมีนี้คือ Na2SO4 ตามข้อกำหนดการบำบัดน้ำเสีย จำเป็นต้องสกัดโซเดียมซัลเฟตออกจากสารละลาย

เพื่อวัตถุประสงค์นี้ ได้นำเทคโนโลยีการเข้มข้นโดยการระเหยและเทคโนโลยีการตกผลึกโดยการระบายความร้อนมาใช้ในการบำบัดน้ำเสียและได้ผลึกโซเดียมซัลเฟตในเวลาเดียวกันเป็นผลิตภัณฑ์เสริมมูลค่า แผนภาพการไหลเฉพาะแสดงในรูปที่ 2

หลังจากน้ำเสียเกลือ Na2SO4 ถูกทำให้ร้อนล่วงหน้าด้วยน้ำควบแน่นจากกระบวนการระเหย มันจะเข้าสู่เครื่องทำความร้อนผลที่ 1 และ 2 เพื่อระเหยและควบแน่น หลังจากถึงความเข้มข้นอิ่มตัว โซเดียมซัลเฟตเดคาไฮเดรตจะถูกแยกและแช่แข็งผ่านอุปกรณ์ตกผลึกเยือกแข็ง ของเหลวแม่หลังจากแยกด้วยแรงเหวี่ยงประกอบด้วยโซเดียมซัลเฟตจำนวนเล็กน้อย ซึ่งสามารถบำบัดด้วยวิธีการบำบัดน้ำเสียอื่นๆ

สารแขวนลอยผลึกที่แยกได้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยผลึกโซเดียมซัลเฟตเดคาไฮเดรต และยังมีสารประกอบอินทรีย์และสิ่งเจือปนอื่นๆ จำนวนเล็กน้อย สิ่งนี้จำเป็นต้องทำให้บริสุทธิ์เป็นโซเดียมซัลเฟตแอนไฮดรัส ประการแรก โซเดียมซัลเฟตเดคาไฮเดรตเข้าสู่ถังละลายเพื่อให้ได้สารแขวนลอยโซเดียมซัลเฟต จากนั้นจึงเข้าสู่เครื่องระเหย MVR เพื่อการระเหยและตกผลึก

ผลึกโซเดียมซัลเฟตถูกผลิตขึ้นเนื่องจากอุณหภูมิสูง หลังจากแยกของแข็ง-ของเหลวโดยการกระทำของแรงเหวี่ยง ของเหลวจะถูกทำให้แห้งในเตียงฟลูอิไดซ์และผลึกโซเดียมซัลเฟตก็ถูกผลิตขึ้นเช่นกัน สุดท้ายได้โซเดียมซัลเฟตที่สอดคล้องกับมาตรฐาน

เทคโนโลยีการตกผลึกโดยการระบายความร้อนถูกนำมาใช้อย่างเหมาะสมในกระบวนการข้างต้น โดยใช้คุณสมบัติทางกายภาพที่ความสามารถในการละลายของโซเดียมซัลเฟตลดลงเมื่ออุณหภูมิลดลง โดยการควบคุมอุณหภูมิอย่างเหมาะสม ทำให้เกิดการแยกโซเดียมซัลเฟตและสิ่งเจือปนอื่นๆ ในน้ำเสีย ผลิตภัณฑ์ที่ได้คือโซเดียมซัลเฟตสามารถขายเป็นผลิตภัณฑ์ได้ ซึ่งไม่เพียงแต่กำจัดค่าใช้จ่ายในการจัดการเกลือผสม แต่ยังสร้างมูลค่าเพิ่มอีกด้วย

ยิ่งไปกว่านั้น ในฐานะเทคโนโลยีการแยกทั่วไป การตกผลึกโดยการระบายความร้อนมีข้อได้เปรียบหลายประการ เช่น หลักการกระบวนการที่เรียบง่าย การทำงานที่ง่าย และอื่นๆ นอกจากนี้ยังมีการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม สารทำความเย็นที่ใช้สำหรับการตกผลึกโดยการระบายความร้อนคือสารละลาย -10℃ ซึ่งจะเข้าสู่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่

การตกผลึกโดยการระเหยใช้กระบวนการ MVR ซึ่งมีข้อได้เปรียบในการใช้พลังงานต่ำและประสิทธิภาพการทำงานสูง หากรวมสองวิธีการกระบวนการนี้เข้าด้วยกันจะสร้างผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่สูงขึ้น

4.สรุป

เนื่องจากนโยบายของประเทศและความต้องการขององค์กรเอง ความสำคัญของการบำบัดน้ำเสียอุตสาหกรรมกำลังเพิ่มขึ้นทุกวัน ปริมาณเกลือจำนวนมากที่อยู่ในน้ำเสียยังคงมีประโยชน์ทางเศรษฐกิจสูง แต่วิธีการแบบดั้งเดิมมักไม่สามารถให้เกลืออุตสาหกรรมบริสุทธิ์ที่ใช้เป็นผลิตภัณฑ์ได้ ดังนั้น วิธีการตกผลึกด้วยการระบายความร้อนจึงมีข้อดีและความเป็นไปได้อย่างมากในการจัดการกับน้ำเสียอุตสาหกรรมและทำให้การปล่อยน้ำเสียเป็นศูนย์ และจะถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางมากขึ้นในสาขาการบำบัดน้ำเสีย