CN102992409B - 一种硫酸亚铁溶液冷冻结晶装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硫酸亚铁溶液冷冻结晶装置，包括冷冻机、冷冻结晶器和设置在冷冻结晶器内的换热管，还包括冷量调节罐，所述冷量调节罐内设置有隔板，所述隔板将冷量调节罐分隔为联通的A区域和B区域，所述A区域的进水口与冷冻机的冷冻水出水口通过第一阀门联通，所述A区域的出水口与冷冻机的冷冻水进水口联通,所述B区域的进水口与换热管的出水口通过第二阀门联通，所述B区域的进水口还与冷冻机的冷冻水出水口通过第三阀门联通，所述B区域的出水口与换热管的进水口联通；本发明通过调节B区域的水温，来保证冷冻过程中结晶器内换热管道进出水温差保持恒定，即供给冷冻结晶器的冷量为一个恒定值，因此所需冷冻机的制冷量恒定，保证了冷冻机的稳定运行，同时可避免溶液中的硫酸亚铁局部过冷结晶附着在换热管壁的情况。
Description
技术领域
本发明涉及冷冻结晶领域，特别涉及一种硫酸亚铁溶液冷冻结晶装置和方法。
背景技术
钢铁行业中在采用硫酸对钢件进行表面清洗时会产生一种富含硫酸亚铁的强酸性溶液，该溶液由于富含硫酸亚铁失去了酸洗能力，但其又具有一定的酸度，有极强的腐蚀性，不经处理严禁外排。该溶液可采用冷冻结晶法使溶液中的硫酸亚铁结晶析出，再通过离心机实现固-液分离，分离出的液体其硫酸亚铁浓度大为降低，加酸后可作为酸洗液重新利用，分理出的固体为七水硫酸亚铁晶体，作为商品外售，该方法没有强酸性溶液外排，实现了酸性硫酸亚铁溶液的资源化利用。目前的硫酸亚铁溶液冷冻结晶装置主要由冷冻机和结晶器两部分组成，在结晶器中设置换热管，由冷冻机产生冷冻水流经结晶器中的换热管使得结晶器中的液体温度降低，经过换热后的冷冻水温度升高，进入冷冻机再次冷却后重复利用。由于结晶器内液体温度在冷冻过程中是一个变化值（例如从50℃降低至0℃），当冷冻机冷冻水的出水温度为恒定值（如-10℃）时，冷冻水的回水温度必然不能保持稳定，因此冷冻过程中冷冻机的制冷量是一个由大到小的过程，工况的不稳定严重影响了冷冻机的使用寿命。同时冷冻初期冷冻水温度与结晶器内液体温度温差过大时，会造成溶液中的硫酸亚铁局部结晶附着在换热管壁，降低整套冷冻结晶装置的效率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种硫酸亚铁溶液冷冻结晶装置，该装置可以保证冷冻机的稳定运行，同时可以防止冷冻初期溶液中硫酸亚铁在换热管壁的局部结晶。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种硫酸亚铁溶液冷冻结晶装置，包括冷冻机、冷冻结晶器和设置在冷冻结晶器内的换热管，还包括冷量调节罐，所述冷量调节罐内设置有隔板，所述隔板将冷量调节罐分隔为联通的A区域和B区域，所述A区域的进水口与冷冻机的冷冻水出水口通过第一阀门联通，所述A区域的出水口与冷冻机的冷冻水进水口联通,所述B区域的进水口与换热管的出水口通过第二阀门联通，所述B区域的进水口还与冷冻机的冷冻水出水口通过第三阀门联通，所述B区域的出水口与换热管的进水口联通；
进一步，所述冷量调节罐外设有保温层；
进一步，所述A区域的进水口还与换热管的出水口通过第四阀门联通；
进一步，所述冷量调节罐A区域的出水口设置有第一水泵，所述冷量调节罐B区域的出水口设置有第二水泵。
本发明还提供了一种利用上述硫酸亚铁溶液冷冻结晶装置进行冷冻结晶的方法，包括以下步骤：
1）开启第一阀门、冷冻机和第一水泵；
2）将硫酸亚铁溶液加入冷冻结晶器中，开启第二阀门和第二水泵；
3）当测定换热管的进出水温差小于设定值时，减小第一阀门开度，增大第三阀门开度，测得换热管进出水温差超过设定值时，第一阀门和第三阀门停止运动，保持阀门当时开度，冷冻过程中重复上述过程；
4）当B区域的温度接近A区域温度时，关闭第一阀门，关闭第二阀门，打开第四阀门；
5）当冷冻结晶器内温度达到设定值时，关闭冷冻机、第一水泵、第二水泵、第三阀门和第四阀门，冷冻结晶过程结束。
本发明的有益效果是：本发明中冷冻机的冷冻水进出水流量保持恒定，可通过调节阀门来分配冷冻机冷冻水出水进入A、B区域的水量；进入B区域的冷冻水量随结晶器换热管进出水温差调节，温差大于设定值时减小进入B区域的冷冻水量，温差小于设定值时增加进入B区域的冷冻水量，保证了换热管道进出水温差基本恒定，即供给冷冻结晶器的冷量为一个恒定值，因此所需冷冻机的制冷量恒定，冷冻机可以长期保持在稳定工况运行。按照该种方式运行，冷冻初期换热管道进水温度较高，与结晶器内溶液温度温差可以调节，避免了溶液中的硫酸亚铁局部过冷结晶附着在换热管壁的情况。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
附图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
如图所示，一种硫酸亚铁溶液冷冻结晶装置，包括冷冻机1、冷冻结晶器2和设置在冷冻结晶器内的换热管10，还包括冷量调节罐3，所述冷量调节罐内设置有隔板，所述隔板将冷量调节罐分隔为局部联通的A区域和B区域，所述A区域的进水口与冷冻机的冷冻水出水口通过第一阀门7联通，所述A区域的出水口与冷冻机的冷冻水进水口联通,所述B区域的进水口与换热管的出水口通过第二阀门8联通，所述B区域的进水口还与冷冻机的冷冻水出水口通过第三阀门9联通，所述B区域的出水口与换热管的进水口联通。
本实施例中，冷冻机的冷冻水进出水量保持恒定，可通过调节第一阀门7和第三阀门9来分配冷冻机出水进入冷量调节罐3中A、B区域的水量；进入B区域的冷冻水量根据换热管进出水温差调节，温差大于7℃时控制第三阀门9的打开量，控制进入B区域的冷冻水量，温差小于7℃时增加进入B区域的冷冻水量，保证换热管10进出水温差基本恒定，即供给冷冻结晶器2的冷量为一个恒定值，从而保证了冷冻机1的制冷量恒定，冷冻机1可以长期保持在稳定工况运行。按照该种方式运行，冷冻初期换热管道10进水温度较高，与结晶器内溶液温差可以调节，避免了溶液中的硫酸亚铁局部过冷结晶附着在换热管壁的情况。
作为本实施例的进一步改进，所述冷量调节罐3外设有保温层，设置保温层可以防止冷量泄露。
作为本实施例的进一步改进，所述A区域的进水口还与换热管的出水口通过第四阀门6联通；当A区域与B区域温差很小时，可以通过关闭第三阀门9、打开第四阀门6加快制冷介质的流动。
作为本实施例的进一步改进，所述冷量调节罐A区域的出水口设置有第一水泵4，所述冷量调节罐B区域的出水口设置有第二水泵5；设置水泵可促进制冷介质的流动。
本实施例还公开了一种利用上述硫酸亚铁溶液冷冻结晶装置进行冷冻结晶的方法，包括以下过程：
1）开启第一阀门7、冷冻机1和第一水泵4，使得冷量调节罐3中的温度降至-10℃左右；
2）将50℃的硫酸亚铁溶液加入冷冻结晶器2中，开启第二阀门8和第二水泵5，冷量调节罐2内B区域的水温逐渐升高；
3）当测定换热管10的进出水温差小于设定值如7℃时，调小第一阀门7的开度，缓慢打开第三阀门9，测得换热管进出水温差超过7℃时，第一阀门7和第三阀门9停止运动，保持阀门当时开度，冷冻过程中重复上述过程；
4）当B区域的温度接近A区域温度时（例如A、B区域之间温差小于5℃），关闭第一阀门7，关闭第二阀门8，打开第四阀门6；
5）当冷冻结晶器2内温度达到设定值如0℃时，关闭冷冻机1、第一水泵4、第二水泵5、第三阀门9和第四阀门6，冷冻结晶过程结束。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种硫酸亚铁溶液冷冻结晶装置，包括冷冻机（1）、冷冻结晶器（2）和设置在冷冻结晶器内的换热管（10），其特征在于：还包括冷量调节罐（3），所述冷量调节罐内设置有隔板，所述隔板将冷量调节罐分隔为联通的A区域和B区域，所述A区域的进水口与冷冻机的冷冻水出水口通过第一阀门（7）联通，所述A区域的出水口与冷冻机的冷冻水进水口联通,所述B区域的进水口与换热管的出水口通过第二阀门（8）联通，所述B区域的进水口还与冷冻机的冷冻水出水口通过第三阀门（9）联通，所述B区域的出水口与换热管的进水口联通；所述A区域的进水口还与换热管的出水口通过第四阀门（6）联通；所述冷量调节罐A区域的出水口设置有第一水泵（4），所述冷量调节罐B区域的出水口设置有第二水泵（5）。
2.根据权利要求1所述的一种硫酸亚铁溶液冷冻结晶装置，其特征在于：所述冷量调节罐外设有保温层。
3.利用权利要求1或2所述的硫酸亚铁溶液冷冻结晶装置进行冷冻结晶的方法，其特征在于：包括以下过程：
1）开启第一阀门（7）、冷冻机（1）和第一水泵（4）；
2）将硫酸亚铁溶液加入冷冻结晶器（2）中，开启第二阀门（8）和第二水泵（5），冷冻结晶开始；
3）当测定换热管的进、出水温差小于设定值时，调小第一阀门（7）的开度，增大第三阀门（9）开度，测得换热管进出水温差超过设定值时，第一阀门（7）和第三阀门（9）停止运动，保持阀门当时开度，重复上述过程；
4）冷冻末期，当B区域的温度接近A区域温度时，关闭第一阀门（7），关闭第二阀门（8），打开第四阀门（6）；
5）当冷冻结晶器（2）内液体温度达到设定值时，关闭冷冻机(1)、第一水泵（4）、第二水泵（5）、第三阀门（9）和第四阀门（6），冷冻结晶过程结束。
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