[发明专利]分离方法和反应器

说明书

本公开涉及分离方法和反应器。本公开提供了从CaSO₄的过饱和溶液中沉淀CaSO₄的方法和系统。该沉淀可形成平均直径为约25 μm的石膏颗粒。可以控制沉淀以减少或避免结垢。本公开还提供了其中可以去除CaSO₄结垢的方法和系统。

技术领域

本公开涉及用于从废水中去除硫酸钙的方法和反应器。

背景技术

以下段落并不承认其中讨论的任何内容是现有技术或本领域技术人员知识的一部分。

各种工业方法，例如脱盐、煤矿开采排水、烟道气脱硫和酸性废水的石灰中和，产生包括硫酸钙的含水流出物。硫酸钙可能不合需要地沉淀以在加工设备的表面上形成结垢，从而干扰操作效率。

发明内容

以下介绍旨在向读者介绍该说明书，但并不限定任何发明。一个或更多个发明可以存在于以下描述的装置元件或方法步骤的组合或子组合中或在本文的其他部分中。发明人不会仅通过不在权利要求书中描述此类一个或多个其他发明而放弃或否认其对本说明书中公开的任何一个或更多个发明的权利。

可以通过向含硫酸钙的流出物中加入石灰和碳酸钠来减轻硫酸钙结垢的形成，这可以导致硫酸钠的形成。然而，期望开发减少或避免石灰软化、硫酸钠的产生或这两者的方法和加工设备。与传统的石灰软化方法相比，这种方法和加工设备可导致成本的节省。已经证明，使用常规的凝结/絮凝方法和设备从其过饱和溶液中除去硫酸钙是困难的，因为高浓度的硫酸盐经常导致在设备表面上结垢。

本公开公开了可以单独操作或组合成更大的系统或装置的各种方法和装置。如上所述，根据本公开的较大的系统或装置可以是所公开的方法和装置的子组合。

在一些实施方式中，本公开提供了一种分离方法，其包括：将CaSO₄的过饱和水溶液接受到多级连续搅拌釜反应器(CSTR)中；将凝结剂添加到(a)多级CSTR的进料流中，或(b)多级CSTR中；使溶液流过多级CSTR，并在剪切条件下操作晶种辅助沉淀和多级CSTR，以产生平均直径为约20μm至约40μm的石膏晶种细粒；并且将石膏晶种细粒作为在水溶液中的石膏晶种细粒混合物转移到分离器中。

本公开的作者已经确定，可以通过使用多级连续搅拌釜反应器来增强石膏沉淀的功效(与单个大级反应器对比)；并且通过在剪切条件下操作多级CSTR来生产平均直径为约20μm至约40μm的石膏晶种细粒。

在特定的实例中，本公开提供了一种分离方法，其包括：将CaSO₄的过饱和水溶液接受到第一连续搅拌釜反应器(CSTR)中；将凝结剂添加到(a)第一CSTR的进料流中，或(b)第一CSTR中；使溶液流过第一CSTR和至少一个另外的CSTR，以产生水溶液中的石膏晶种细粒混合物；并且将石膏晶种细粒作为在水溶液中的石膏晶种细粒混合物转移到分离器中。每个CSTR独立地具有高度(H)和直径(D)，其中H∶D比为约1∶1至约2∶1。每个CSTR中的搅拌均由斜叶桨以约50rpm至约200rpm的速度独立进行，其中每个桨独立地具有宽度(d)，其中d：D的比率为约1∶3至约1∶2。在每个CSTR中的停留时间独立地为约2至约10分钟。在这些条件下操作这种多级CSTR导致所需尺寸和浓度的石膏晶种。在本公开的上下文中，技术人员将理解的是，提及桨的宽度(d)是指桨被搅拌时形成的圆的半径。

本公开还提供了一种沉淀反应器，其包括多级连续搅拌釜反应器(CSTR)。该沉淀反应器与CaSO₄的过饱和水溶液的源流体连通。至少一个斜叶桨布置在多级CSTR的至少一个级中，其中选择桨的尺寸及其被布置在其中的容器的尺寸以产生具有约20μm至约40μm的平均直径的石膏晶种细粒。存在与沉淀反应器流体连通的凝结剂源，并且沉淀反应器与分离器流体连通，以将水溶液中的石膏晶种细粒混合物提供给分离器。分离器可以是例如本文中所述的固/液分离器。