Aplicação da Cristalização por Resfriamento no Tratamento de Águas Residuais

1. Introdução

A cristalização é um dos processos básicos e comuns na produção química. Os processos de cristalização são divididos em três grandes categorias: cristalização por resfriamento, cristalização por evaporação e cristalização a vácuo. A cristalização por resfriamento essencialmente separa o soluto da solução saturada na forma de cristal, reduzindo a temperatura.

Este método não remove o solvente, mas a solução será resfriada em solução supersaturada. Também é aplicável a substâncias cuja solubilidade aumenta acentuadamente com o aumento da temperatura. A cristalização por resfriamento torna-se um método de cristalização industrial amplamente utilizado.

2. Aplicação industrial e vantagem da tecnologia de cristalização por resfriamento

A tecnologia de cristalização por resfriamento aplicada na indústria alcança a cristalização resfriando ou congelando a solução saturada térmica. Comparada à cristalização por evaporação, a cristalização por resfriamento é mais amplamente aplicável a substâncias cuja solubilidade aumenta acentuadamente à medida que sua temperatura sobe. Essas substâncias incluem nitrato de amônio, nitrato de potássio, cloreto de amônio, fosfato de sódio e sal de Glauber. A mudança do coeficiente de temperatura e solubilidade é grande.

Quando a temperatura cai, a solubilidade dessas substâncias também diminui e a solução supersaturada é formada. Devido à sua instabilidade termodinâmica, o soluto irá cristalizar fora da solução. O método de cristalização por resfriamento utiliza a diferença da solubilidade de cada componente na solução à medida que a temperatura muda (veja a Figura 1) para alcançar o objetivo de separação de materiais.

Em aplicações industriais, a cristalização por resfriamento é frequentemente combinada com a tecnologia de concentração, de modo que a solução é primeiro evaporada e concentrada para formar solução saturada. Em seguida, a solução saturada é resfriada e cristalizada para obter o soluto por separação centrífuga.

3. Aplicação da tecnologia de cristalização por resfriamento no campo de tratamento de águas residuais

As águas residuais industriais frequentemente contêm uma grande quantidade de sal, e a composição das águas residuais é complicada. A concentração saturada de cada componente também é diferente. Assim, os métodos tradicionais de cristalização por evaporação não podem separar o sal componente nos produtos cristalizados. Em outras palavras, o produto cristalizado resultante não está disponível como produto final. Ainda custa dinheiro e mão de obra para lidar.

Abaixo está uma aplicação típica da tecnologia de cristalização por resfriamento em uma fábrica química na China. O componente principal das águas residuais geradas nesta fábrica química é Na2SO4. De acordo com o requisito de tratamento de águas residuais, é necessário extrair o sulfato de sódio da solução.

Para este objetivo, a tecnologia de concentração por evaporação e a tecnologia de cristalização por resfriamento foram adotadas para tratar as águas residuais e obter cristal de sulfato de sódio ao mesmo tempo como subproduto de valor agregado. O fluxograma específico é mostrado na Figura 2.

Após o efluente salino de Na2SO4 ser pré-aquecido pela água de condensação do processo de evaporação, ele entra no aquecedor de 1º e 2º efeito para evaporar e condensar. Após atingir a concentração de saturação, o sulfato de sódio decahidratado é separado e congelado através do dispositivo de cristalização por congelamento. O licor mãe após a separação centrífuga contém uma pequena quantidade de sulfato de sódio, que pode ser tratado por outros métodos de tratamento de efluentes.

A lama cristalina separada é composta principalmente por cristais de sulfato de sódio decahidratado, e também contém pequenas quantidades de compostos orgânicos e outras impurezas. Isso precisa ser refinado em sulfato de sódio anidro. Primeiramente, o sulfato de sódio decahidratado entra em um tanque de dissolução para obter a lama de sulfato de sódio. Em seguida, entra no evaporador MVR para evaporação e cristalização.

O cristal de sulfato de sódio é produzido devido à alta temperatura. Após a separação sólido-líquido por ação centrífuga, o líquido é seco em um leito fluidizado e o cristal de sulfato de sódio também é produzido. Finalmente, o sulfato de sódio de acordo com os padrões é obtido.

A tecnologia de cristalização por resfriamento é aplicada razoavelmente no processo acima, utilizando a propriedade física de que a solubilidade do sulfato de sódio diminui com a diminuição da temperatura. Pela regulação razoável da temperatura, a separação do sulfato de sódio e outras impurezas nas águas residuais é realizada. O produto obtido, sulfato de sódio, pode ser vendido como produto, o que não apenas elimina o custo de lidar com sal misto, mas também produz valor adicional.

Além disso, como uma tecnologia de separação comum, a cristalização por resfriamento tem muitas vantagens, como princípio de processo simples, operação fácil e assim por diante. Também tem aplicação extensiva na indústria. O refrigerante usado para cristalização por resfriamento é a solução de -10℃, que irá para o trocador de calor tubular para reciclagem.

A cristalização por evaporação adota o processo MVR, que tem as vantagens de baixo consumo de energia e alta eficiência de operação. Se esses dois métodos de processo forem combinados, maiores benefícios econômicos serão produzidos.

4. Conclusão

Devido à política nacional e à própria demanda da empresa, a importância do tratamento de águas residuais industriais está aumentando dia após dia. Uma grande quantidade de sal contida nas águas residuais ainda tem altos benefícios econômicos. Mas os métodos tradicionais geralmente não conseguem obter o sal industrial puro que pode ser usado como produto. Portanto, o método de cristalização por resfriamento tem grandes vantagens e viabilidade para lidar com águas residuais industriais e realizar a descarga zero de águas residuais, e será usado mais amplamente no campo do tratamento de águas residuais.