多比重浓度硫酸钠与硫酸镁混合盐溶液的分离装置及分离方法
技术领域
本发明属于化工和环保领域，涉及混合盐水体系的盐分离，特别涉及一种多比重浓度硫酸钠与硫酸镁混合盐溶液的分离装置及分离方法。
背景技术
现有工业废水处理技术中，一般工业废水经过前端预处理，除去工业废水中的悬浮物、降低COD、沉淀重金属离子等操作后，留下的后端废水为高浓度的混合无机盐废水，对于此类高盐无机废水，多用蒸发分质结晶法实现废水的最终“零排放”和资源回收。
硫酸钠与硫酸镁混合废水在高盐无机废水中占有不小的比例，但目前硫酸钠与硫酸镁混合废水的蒸发分质结晶技术多是针对于某一个较小比重浓度的范围。而不同地域、不同行业、甚至不同的工业废水预处理工艺，所产生的硫酸钠与硫酸镁混合废水的浓度比例均不相同。
为提高单质盐的回收率，实现混合盐溶液的资源回收再利用，需要一种分离不同比重浓度的硫酸钠和硫酸镁混合盐溶液的方法。同时，第三废水处理企业有多种比重浓度的钠镁废水，不同浓度比重的钠镁废水混合后处理工艺虽简单，但是其浓度比例的变化可能导致最终单质盐的回收率降低，浪费能源，为提高不同浓度比重硫酸钠和硫酸镁废水的处理效率和单质盐回收率，提高第三方废水治理单位的经济效益。
基于上述问题，本发明提供一种可同时分离多比重浓度硫酸钠与硫酸镁混合盐溶液的装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种多比重浓度硫酸钠与硫酸镁混合盐溶液的分离装置及分离方法，能够实现单质盐的高效回收，提高无机废水中混合盐的回收利用，减轻废水治理的压力，降低高盐无机废水处理成本，实现工业废水资源综合利用。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种多比重浓度硫酸钠与硫酸镁混合盐溶液的分离装置，其特征在于：包括第一冷却蒸发单元、第二冷却蒸发单元、反应单元及第三冷却蒸发单元，所述第一冷却蒸发单元、第二冷却蒸发单元、反应单元及第三冷却蒸发单元依次通过管路连接；
所述第一冷却蒸发单元包括依次通过管路连接的第一进料器、第一强制循环蒸发器、第一分离器、第一釜式冷却结晶器及第二离心机；所述第二冷却蒸发单元包括依次通过管路连接的第二进料器、第二强制循环蒸发器、第二釜式冷却结晶器及第三离心机；所述反应单元包括第三进料器、碳酸钠进料器、反应釜及第四离心机，所述第三进料器及碳酸钠进料器均连接至反应釜顶端，所述第四离心机连接至所述反应釜底端；所述第三冷却蒸发单元包括依次通过管路连接的第四进料器、第三强制循环蒸发器、第三釜式冷却结晶器及第五离心机。
而且，所述第四离心机通过管路连接至所述第一强制循环蒸发器，所述第五离心机通过管路连接至所述第二强制循环蒸发器。
而且，所述第一强制循环蒸发器、第二强制循环蒸发器及第三强制循环蒸发器内均设置有比重浓度监测器。
一种多比重浓度硫酸钠与硫酸镁混合盐溶液的分离方法，其特征在于：所述分离方法的步骤为：
1)将比重浓度大于2.75的混合盐溶液装入第一进料器中，由第一进料器进料入设置有比重监测器的第一强制循环蒸发器中进行蒸发处理，待混合盐溶液中硫酸钠浓度达到380g/L时，停止蒸发并经第一离心机分离得到母液A1及硫酸钠晶体，母液中比重浓度小于2.75，将该母液进入第一釜式冷却结晶器降温至0℃冷却结晶，再经过第二离心机离心分离，得到母液A2及十水硫酸钠晶体，母液A2的比重浓度为0.216；
2)将比重浓度大于0.43且小于2.75的混合盐溶液装入第三进料器，由第三进料器进料入设置有比重监测器的第三强制蒸发循环器中进行蒸发处理，待蒸发至硫酸钠质量浓度与1.78倍硫酸镁质量浓度之和达到624g/L时，停止蒸发并经第三釜式冷却结晶器降温至0℃冷却结晶，再经过第五离心机离心分离，得到母液B1及十水硫酸钠晶体，母液B1的比重浓度小于0.22；
3)将母液A2、母液B1及第二进料器中比重浓度小于0.22的混合盐溶液进行混合并送入设置有比重浓度监测器的第二强制循环蒸发器，蒸发至硫酸钠质量浓度与0.17倍硫酸镁质量浓度之和达到161g/L时，停止蒸发并经过第二釜式冷却结晶器降温至10℃冷却结晶，再经过第三离心机离心分离，得到母液A3及七水硫酸镁晶体，母液A3的比重浓度为0.388；
4)将母液A3与第三进料器中比重浓度大于0.22并小于0.43的混合盐溶液混合，并送入到反应釜中，同时由碳酸钠进料器向反应釜中加入固体碳酸钠进行沉镁调浓，经过第四离心机分离后得到母液A4及碱式碳酸镁，母液A4与第一进料器或第四进料器中的混合盐溶液共同进入第一强制循环蒸发器或第三强制循环蒸发器进行循环蒸发。
而且，所述步骤1)中第一强制循环蒸发器的蒸发条件为75℃等温蒸发。
而且，所述步骤2)中第三强制循环蒸发器蒸发保持硫酸钠质量浓度与1.78倍硫酸镁质量浓度之和小于624g/L。
而且，所述步骤3)中第二强制循环蒸发器蒸发保持硫酸钠质量浓度与0.17倍硫酸镁质量浓度之和小于161g/L。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明多比重浓度硫酸钠与硫酸镁混合盐溶液的分离装置，通过母液循环的方式分离混合盐溶液中的硫酸钠和硫酸镁，减少废液排放，环境友好，实现能源合理利用。
2、本发明多比重浓度硫酸钠与硫酸镁混合盐溶液的分离装置，通过对混合盐溶液的多次提取，可以实现对硫酸钠和硫酸钠单质盐的高纯度分离，提高无机废水中混合盐的回收利用。
3、本发明多比重浓度硫酸钠与硫酸镁混合盐溶液的分离方法，工艺操作简单，设备要求不高，降低高盐无机废水处理成本。
4、本发明多比重浓度硫酸钠与硫酸镁混合盐溶液的分离装置，适用范围广，各个比重浓度硫酸钠硫酸镁混合盐溶液均可到达较高程度的分离。
5、本发明设计科学合理，能够实现单质盐的高效回收，减轻废水治理的压力，降低高盐无机废水处理成本，实现工业废水资源综合利用。
附图说明
图1为本发明的流程图。
附图标记说明
1-第一进料器、2-第一强制循环蒸发器、3-第一离心机、4-第一釜式冷却结晶器、5-第二离心机、6-第二进料器、7-第二强制循环蒸发器、8-第二釜式冷却结晶器、9-
第三离心机、10-第三进料器、11-碳酸钠进料器、12-反应釜、13-第四离心机、14-第四进料器、15-第三强制循环蒸发器、16-第三釜式冷却结晶器、17-第五离心机。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
本发明中，以W1表示硫酸钠硫酸镁混合盐溶液中硫酸钠的质量浓度，以W2表示硫酸钠硫酸镁混合盐溶液中硫酸镁的质量浓度，根据混合盐溶液比重浓度W1/W2范围大小的不同，以不同的分离方法处理混合盐溶液。
一种多比重浓度硫酸钠与硫酸镁混合盐溶液的分离装置，其创新之处在于：包括第一冷却蒸发单元、第二冷却蒸发单元、反应单元及第三冷却蒸发单元，所述第一冷却蒸发单元、第二冷却蒸发单元、反应单元及第三冷却蒸发单元依次通过管路连接；第一冷却蒸发单元包括依次通过管路连接的第一进料器1、第一强制循环蒸发器2、第一分离器3、第一釜式冷却结晶器4及第二离心机5；所述第二冷却蒸发单元包括依次通过管路连接的第二进料器6、第二强制循环蒸发器7、第二釜式冷却结晶器8及第三离心机9；所述反应单元包括第三进料器10、碳酸钠进料器11、反应釜12及第四离心机13，所述第三进料器及碳酸钠进料器均连接至反应釜顶端，所述第四离心机连接至所述反应釜底端；所述第三冷却蒸发单元包括依次通过管路连接的第四进料器14、第三强制循环蒸发器15、第三釜式冷却结晶器15及第五离心机17。
第四离心机通过管路连接至所述第一强制循环蒸发器，所述第五离心机通过管路连接至所述第二强制循环蒸发器。
第一强制循环蒸发器、第二强制循环蒸发器及第三强制循环蒸发器内均设置有比重浓度监测器。
一种多比重浓度硫酸钠与硫酸镁混合盐溶液的分离方法，其特征在于：所述分离方法的步骤为：
1)将比重浓度大于2.75的混合盐溶液装入第一进料器中，由第一进料器进料入设置有比重监测器的第一强制循环蒸发器中进行75℃等温蒸发蒸发处理，待混合盐溶液中硫酸钠浓度达到380g/L时，停止蒸发并经第一离心机分离得到母液A1及硫酸钠晶体，母液中比重浓度小于2.75，将该母液进入第一釜式冷却结晶器降温至0℃冷却结晶，再经过第二离心机离心分离，得到母液A2及十水硫酸钠晶体，母液A2的比重浓度为0.216；
2)将比重浓度大于0.43且小于2.75的混合盐溶液装入第三进料器，由第三进料器进料入设置有比重监测器的第三强制蒸发循环器中进行蒸发处理，待蒸发至硫酸钠质量浓度与1.78倍硫酸镁质量浓度之和达到624g/L时，停止蒸发并经第三釜式冷却结晶器降温至0℃冷却结晶，再经过第五离心机离心分离，得到母液B1及十水硫酸钠晶体，母液B1的比重浓度小于0.22；
3)将母液A2、母液B1及第二进料器中比重浓度小于0.22的混合盐溶液进行混合并送入设置有比重浓度监测器的第二强制循环蒸发器，蒸发至硫酸钠质量浓度与0.17倍硫酸镁质量浓度之和达到161g/L时，停止蒸发并经过第二釜式冷却结晶器降温至10℃冷却结晶，再经过第三离心机离心分离，得到母液A3及七水硫酸镁晶体，母液A3的比重浓度为0.388；
4)将母液A3与第三进料器中比重浓度大于0.22并小于0.43的混合盐溶液混合，并送入到反应釜中，同时由碳酸钠进料器向反应釜中加入固体碳酸钠进行沉镁调浓，经过第四离心机分离后得到母液A4及碱式碳酸镁，母液A4与第一进料器或第四进料器中的混合盐溶液共同进入第一强制循环蒸发器或第三强制循环蒸发器进行循环蒸发。
实施例1
本实施例分离W1/W2＝5混合盐溶液L1和W1/W2＝0.1的混合盐溶液L2，其中混合盐溶液L1为1000g，W1＝8％，W2＝1.6％；混合盐溶液L2为1000g，W1＝1％，W2＝10％。
混合盐溶液L1 W1/W2＝5>2.75，L1送入第一强制循环蒸发器在75℃度下真空蒸发浓缩，等温蒸发至硫酸钠的单质结晶区，硫酸钠晶体析出，直至液相中硫酸钠浓度为380g/L，停止蒸发，此时硫酸钠结晶量达到最大，经第一离心机离心分离，烘干后得到硫酸钠晶体36g，母液A1175.8g，母液A1 W1＝25％，W2＝9.1％，母液A1进入第一釜式冷却结晶器降温至0℃冷却结晶，平衡后，经第二离心机离心分离，烘干后得到十水硫酸钠晶体92g，母液A284g，母液A2 W1＝4.12％，W2＝19.05％；混合盐溶液L2 W1/W2＝0.1<0.22，混合盐溶液L2与母液A2相混合，混合液进入第二强制循环蒸发器蒸发浓缩，在蒸发过程中保持W1+0.17W2<161g/L，超过此值结晶可能产生复盐。蒸发至硫酸钠质量浓度与0.17倍的硫酸镁质量浓度之和非常接近但不高于161g/L时，停止蒸发，溶液进入第二釜式冷却结晶器降温至10℃冷却结晶，经第三离心机离心分离，烘干后得到七水硫酸镁晶体152.6g，母液3168.3g，母液3W1＝8％，W2＝20.6％；在母液3中加入固体碳酸钠21g沉镁调浓，经第四离心机离心分离，烘干后得到碱式碳酸镁33g，母液4155.7g，母液4W1＝23.5％，W2＝4.7％。母液4与W1/W2＝5原液相混合进入下一次循环。
共回收硫酸钠晶体36g，十水硫酸钠晶体92g，七水硫酸镁152.6g，碱式碳酸镁33g。
实施例2
本实施例分离W1/W2＝5混合盐溶液L1、W1/W2＝1.5的混合盐溶液L2和W1/W2＝0.3的混合盐溶液L3，其中混合盐溶液L1为1000g，W1＝10％，W2＝2％；混合盐溶液L2为1000g，W1＝6％，W2＝4％；混合盐溶液L3为1000g，W1＝2.4％，W2＝8％。
混合盐溶液L1 W1/W2＝5>2.75，L1送入第一强制循环蒸发器在75℃度下真空蒸发浓缩，等温蒸发至硫酸钠的单质结晶区，硫酸钠晶体析出，直至液相中硫酸钠浓度为380g/L，停止蒸发，此时硫酸钠结晶量达到最大，经第一离心机离心分离，烘干后得到硫酸钠晶体45g，母液A1219.8g，母液A1 W1＝25％，W2＝9.1％，母液A1进入第一釜式冷却结晶器降温至0℃冷却结晶，平衡后，经第二离心机离心分离，烘干后得到十水硫酸钠晶体115.2g，母液A2105g，母液A2 W1＝4.12％，W2＝19.05％；混合盐溶液L20.43<W1/W2＝1.5<2.75，L2送入第三强制循环蒸发器蒸发浓缩，在蒸发过程中保持W1+1.78W2<624g/L，超过此值结晶可能产生复盐。蒸发至硫酸钠质量浓度与0.17倍的硫酸镁质量浓度之和非常接近但不高于624g/L时，停止蒸发，溶液进入第三釜式冷却结晶器降温至0℃冷却结晶，经第五离心机离心分离，烘干后得到十水硫酸钠晶体117g，母液B1205.8g，母液B1 W1＝4.11％，W2＝19.44％；母液B1与母液A2相混合，混合液进入第二强制循环蒸发器继续蒸发浓缩，在蒸发过程中保持W1+0.17W2<161g/L，超过此值结晶可能产生复盐。蒸发至硫酸钠质量浓度与0.17倍的硫酸镁质量浓度之和非常接近但不高于161g/L时，停止蒸发，溶液进入第二釜式冷却结晶器降温至10℃冷却结晶，经第三离心机离心分离，烘干后得到七水硫酸镁晶体56.5g，母液3159.9g，母液3W1＝8％，W2＝20.6％；混合盐溶液L20.22<W1/W2＝0.3<0.43，混合盐溶液L3与母液3在反应釜相混合，并加入固体碳酸钠67.3g沉镁调浓，经第四离心机离心分离，烘干后得到碱式碳酸镁108.7g，母液41118.5g，母液4W1＝9.8％，W2＝1.9％。母液4与W1/W2＝5原液相混合进入下一次循环。
共回收硫酸钠晶体45g，十水硫酸钠晶体115.2g，七水硫酸镁56.5g，碱式碳酸镁108.7g。
处理一种比重浓度的混合盐溶液的分离方法为：
A、W1/W2>2.75：
10将混合盐溶液送入设置有比重浓度监测系统的第一强制循环蒸发器，75℃等温蒸发混合盐溶液。蒸发至液相中硫酸钠质量浓度非常接近但不高于380g/L时，停止蒸发，经第一离心机分离，烘干后得到母液A1与硫酸钠晶体，母液A1比重浓度W1/W2<2.75；
2)母液A1进入第一釜式冷却结晶器，降温至0℃冷却结晶，经第二离心机离心分离，烘干后得到母液A2和十水硫酸钠晶体，母液A2比重浓度W1/W2＝0.216；
3)母液A2进入第二强制循环蒸发器继续蒸发浓缩，在蒸发过程中保持W1+0.17W2<161g/L，超过此值结晶可能产生复盐。蒸发至硫酸钠质量浓度与0.17倍的硫酸镁质量浓度之和非常接近但不高于161g/L时，停止蒸发，溶液进入第二釜式冷却结晶器降温至10℃冷却结晶，经第三离心机离心分离，烘干后得到母液A3和七水硫酸镁晶体，母液A3比重浓度W1/W2＝0.388；
4)母液A3进入反应釜，在反应釜中加入固体碳酸钠，沉镁，调浓溶液至W1/W2>2.75，经第四离心机离心分离，烘干后得到母液A4和碱式碳酸镁，母液A4W1/W2>2.75；
5)母液A4与原液在第一强制循环蒸发器混合进入下一次循环。
B、0.43<W1/W2<2.75：
1)将混合盐溶液送入设置有比重浓度监测系统的第三强制循环蒸发器，在蒸发过程中保持W1+1.78W2<624g/L，超过此值结晶可能产生复盐。蒸发至硫酸钠质量浓度与1.78倍的硫酸镁质量浓度之和非常接近但不高于624g/L时，停止蒸发，溶液进入第三釜式冷却结晶器，降温至0℃冷却结晶，经第五离心机离心分离，烘干后得到母液B1和十水硫酸钠晶体，母液B1 W1/W2<0.22；
20母液B1进入第二强制循环蒸发器继续蒸发浓缩，在蒸发过程中保持W1+0.17W2<161g/L，超过此值结晶可能产生复盐。蒸发至硫酸钠质量浓度与0.17倍的硫酸镁质量浓度之和非常接近但不高于161g/L时，停止蒸发，溶液进入第二釜式冷却结晶器降温至10℃冷却结晶，经第三离心机离心分离，烘干后得到母液B2和七水硫酸镁晶体，母液B2 W1/W2＝0.388；
3)在母液B2进入反应釜，在反应釜中加入固体碳酸钠，沉镁，调浓溶液至0.43<W1/W2<2.75，经第四离心机离心分离、烘干后得到母液B3和碱式碳酸镁，母液B30.43<W1/W2<2.75；
4)母液B3与原液在第三强制循环蒸发器混合进入下一次循环。
C、0.22<W1/W2<0.43：
1)混合盐溶液进入反应釜中并加入固体碳酸钠，沉镁，调浓溶液至W1/W2>2.75，经第四离心机离心分离，烘干后得到母液C1和碱式碳酸镁，母液C1 W1/W2>2.75；
2)母液C1进入第一强制循环蒸发器，进行W1/W2>2.75混合盐溶液处理流程。
D、W1/W2<0.22：
1)将混合盐溶液送入设置有比重浓度监测系统的第二强制循环蒸发器，在蒸发过程中保持W1+0.17W2<161g/L，超过此值结晶可能产生复盐。蒸发至硫酸钠质量浓度与0.17倍的硫酸镁质量浓度之和非常接近但不高于161g/L时，停止蒸发，溶液进入第二釜式冷却结晶器降温至10℃冷却结晶，经第三离心机离心分离，烘干后得到母液D1和七水硫酸镁晶体，母液D1 W1/W2＝0.388；
2)母液D1进入反应釜中并加入固体碳酸钠，沉镁，调浓溶液至0.43<W1/W2<2.75，经第四离心机离心分离，烘干后得到母液D2和碱式碳酸镁，母液D2W1/W2>2.75；
3)母液D2进入第一强制循环蒸发器，进行W1/W2>2.75混合盐溶液处理流程。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
