特種電驅動膜分離器在甜菜堿料液脫鹽中的應用
來源：浙江千秋環保水處理有限公司 閱讀：3619 更新時間：2009-08-06 11:10甜菜堿，有效成份三甲基甘氨酸，易吸潮的鱗狀或棱狀結晶，熱至310℃左右分解，味甜。極易溶于水，易溶于甲醇，溶于乙醇，難溶于乙醚。經濃氫氧化鉀溶液的分解反應，能生成三甲胺，具有吸濕性，極易潮解，并釋放出三甲胺。具有抗腫瘤，降血壓，抗消化性潰瘍及胃腸功能障礙，治療肝臟疾病的作用。作為飼料添加劑具有提供甲基供體功能，可節省部分蛋氨酸。具有調節體內滲透壓，緩和應激，促進脂肪代謝和蛋白質合成，提高瘦肉率的功能，并能增強抗球蟲藥的療效。在水產動物飼料中用作誘食劑。可從天然植物的根、莖、葉及果實中提取或采用三甲胺和氯乙酸為原料化學合成。在其生產過程中的料液里含有極高的鹽分，一般為氯化鈉，料液中鹽含量過高對產品質量影響很大。利用電滲析法對料液進行脫鹽是目前業界公認較好的方法，但傳統的普通電滲析器在做甜菜堿料液脫鹽過程中，暴露出脫鹽效率低、料損失率大等弊端。針對這一問題，我公司專門研發了適用于甜菜堿等化工料液脫鹽的特種電驅動膜分離器，并且做了大量的實驗。目前已有多個此類項目投入生產，運行狀況良好。下面根據成功案例所積累的經驗，介紹一下特種電驅動膜分離器在甜菜堿料液脫鹽中的應用情況。
一、脫鹽效率實驗
1.實驗設備
規格為200×600/1×2/50的一體化特種電驅動膜分離實驗設備。（如未經說明，以下所有實驗用的均為這一規格的設備，并簡稱設備，不再重復指出。）
2.實驗用的料液情況
料液經過預處理后，去除雜質及懸浮顆粒。料液成分為甜菜堿、鹽份水的三組分體系，其中甜菜堿料的含量為14%，鹽分（所含鹽為氯化鈉）含量為7%，料液由客戶提供。（以下所有實驗用的料液的成分均如此，并簡稱料液，不再重復指出。）
做對比實驗時所用的高鹽水為用自來水和氯化鈉配制的含鹽量為7%的氯化鈉水溶液。
3.實驗目的
對比設備做料液脫鹽與做氯化鈉溶液脫鹽的脫鹽效率差別。
4.實驗過程
在淡水箱中加入30L料液，濃水箱加入自來水，極水箱加入事先配置好的含鹽量為1～2%的氯化鈉水溶液（以下所有實驗的極水均如此，不再重復）。然后開機運行，濃、淡水運行流量控制在0.6T/h，料液進口壓力為0.022MPa，濃水進口壓力為0.019MPa，極水流量控制在0.4T/h，進口壓力為0.01MPa。工作電壓與電流的控制分為高鹽和低鹽兩個階段，高鹽段（電導率大于10ms）為非極化段，以控制電流為主，使工作電流不超過該設備的額定電流25A的0.8倍，即20A；低鹽段（電導率小于10ms）為易極化段，以控制電壓為主，按每對膜0.8V計，即工作電壓為40V，經計算此時工作電流均不超過極限電流；該實驗機采用的是濃、淡、極三路水均為全循環的運行方式，見圖1-1。當淡化側料液的含鹽量降至20 ms或對比實驗中氯化鈉溶液的含鹽量降至9ms左右時均需更換濃水，即補充新鮮自來水。因為實驗機為循環運行模式，實驗過程中每隔10分鐘測一次料液及濃水電導率、流量、壓力等參數，并檢測料液在起始時刻和電導率降至50ms、20 ms、10 ms、5 ms、2 ms幾個時刻中的甜菜堿的含量及體積、密度的變化，根據公式1-1計算出甜菜堿在這幾個時刻的回收率。主要實驗數據見表1-1，根據實驗數據制得料的回收率與電導率關系圖，見圖1-2。連續做三次這樣的處理料液的實驗，然后再做三次同樣條件下的處理氯化鈉溶液的實驗。主要實驗數據見表1-2。為方便比較料液與氯化鈉溶液的脫鹽效率，根據以上兩組對比實驗的數據制得料液和氯化鈉溶液的電導率隨時間變化趨勢圖，圖中氯化鈉溶液簡稱鹽水，見圖1-3。
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式中：η：料回收率；
V、V’：料液的原始體積和運行過程中的體積；
C、C’：料液中甜菜堿的原始濃度和運行過程中的濃度；
ρ、ρ’：料液的原始密度和運行過程中的密度。
表1-1料液的回收率與電導率關系表
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表1-1料液的回收率與電導率關系表
表1-2 料液和鹽水電導與時間關系表
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圖1-1 實驗設備運行流程示意圖
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5.實驗分析
由圖1-3 可以看出設備在對料液和氯化鈉溶液進行脫鹽時，效率區別很小，這說明甜菜堿的存在對設備脫除氯化鈉的速度基本沒有影響。但是，從圖1-2也可以看出在脫鹽過程中，損失了約14%的甜菜堿，由此我們不難得出這樣的結論，處理甜菜堿料液的難點不在于脫鹽，而是如何提高甜菜堿的回收率。
根據設備自身特點及其工作原理分析，影響甜菜堿回收率的因素應該有如下幾點：
1）料液與濃水兩側內部壓力不平衡導致的壓差擴散；
2）料液與濃水兩側甜菜堿濃度差很大導致的濃差擴散；
3）由于工作電流受整流器額定電流限制，不能充分調高，導致脫鹽時間過長，即料液在設備中的停留時間長，從而使壓差、濃差擴散的影響被放大；
4）由圖1-2可見高鹽階段的料損失率高于低鹽階段，初步判斷是由于高鹽階段膜面電流密度大，無機離子過于活躍，導致無機離子遷移過程中夾帶走了甜菜堿分子。
針對以上四點原因，我們設想了如下幾種解決方法：
1）操作中使濃水側的工作壓力略大于料液側壓力。這樣既可以避免壓差擴散造成“跑料”，又可以一定程度上抑制甜菜堿的濃差擴散，不過這樣會減低脫鹽效率，拖長脫鹽時間，所以具體效果還要通過下面的實驗檢驗；
2）要減少脫鹽時長有兩種方法，一是始終保持料液側的電導率比濃水側的高，這就需要頻繁更換濃水；二是提高工作電流，但這顯然與上述第4條相違背，具體選擇怎樣的工作電流合適還需要通過下面對實驗來確定。
二、工作壓力對料回收率的影響實驗
實驗設備和所用料液情況同上。
1、 實驗目的
確定進行甜菜堿料液脫鹽時最合適的濃、淡水工作壓力。
2、 實驗過程
除了濃水和料液的運行壓力不同外，其他運行參數都與上面的實驗相同。分別在料液側運行壓力與濃水側運行壓力相等，以及后者比前者高出0.002MPa、0.004MPa、0.006MPa、0.008MPa、0.01MPa六種情況下進行實驗，分別命名為2-1號實驗、2-2號實驗、2-3號實驗、2-4號實驗、2-5號實驗、2-6號實驗，主要實驗數據見表2-1，根據實驗數據制得圖2-1。
表2-1 壓差與脫鹽時間和回收率關系表
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圖2-1 壓差與脫鹽時間和回收率關系圖
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3、 實驗分析
由圖2-1可見，濃水側工作壓力比料液側工作壓力高出0.004MPa時回收率最高，且脫鹽時長也沒有明顯增加，這說明適當調整濃水側工作壓力比料液側工作壓力略高既不會過分降低設備的脫鹽效率又可以提高料液的回收率。但高出過多則不但降低了設備的脫鹽效率，還由于脫鹽時間過長導致回收率比較壓差為0.004MPa時沒有多少提高。從而確定合適的濃水側工作壓力比料液側工作壓力多差值為0.004MPa左右。
三、濃水更換頻率對料的回收率的影響實驗
實驗設備和所用料液情況同上。
1. 實驗目的
確定料液脫鹽過程中濃水更換的合適次數。
2. 實驗過程
本部分實驗的運行參數與上一個實驗相同，控制濃水運行壓力比料液運行壓力高出0.004MPa左右。進行了兩次實驗進行對比，第一次實驗選擇兩個濃水更換點，這兩個點的選擇是根據濃水和料液的鹽分差對設備脫鹽效率的影響選擇的，第一個點選擇在料液電導率降至20ms左右時，第二個點選擇在料液電導率降至8ms左右時；第二次實驗更換濃水的原則是每當濃水電導率與料液接近時便更換濃水。主要實驗數據見表3-1。根據實驗結果制得圖5。
表3-1 濃水更換次數與脫鹽時間和回收率關系表
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3.實驗分析
由圖3-1可見頻繁更換濃水雖然可以提高脫鹽速度，但料的回收率卻并未提高，且大大增加了自來水的用量。而只換兩次濃水雖然脫鹽時間相對略長，但自來水的用量則節省了二分之一左右。這樣結果的原因可能在于，頻繁排放濃水雖然縮短了脫鹽時間，但濃水側料的含量始終處于很低的狀態，導致料的濃差擴散趨勢變大，兩個因素互相抵消而造成的。不難看出，根據濃水和料液的鹽分差對設備脫鹽效率的影響選擇兩個更換濃水點才是合適的。
四、結論
通過以上一系列實驗可以得出如下結論：利用特種電驅動膜分離器對甜菜堿料液進行脫鹽效果較好。在脫鹽過程中必須合理、有效的調節并控制料液側與濃水側的工作壓力、濃水的更換頻率、高鹽段和低鹽段的工作電壓與電流幾方面參數，才能在順利脫鹽的同時保持較高的料回收率。
五、工程應用及市場前景
由我公司自主研發設計的特種電驅動膜分離器在甜菜堿料液脫鹽的應用先后在山東、江蘇等地的多家化工企業有了成功應用案例，運行時間迄今為止最長的已達三年，脫鹽情況良好。料的回收率在運行初期可以達到95%以上，長期運行的平均回收率約在85%～90%之間。
由于甜菜堿的營養價值以及藥理作用，目前市場需求越來越大。利用特種電驅動膜分離器對其進行脫鹽不僅能提高脫鹽率和回收率，而且節約能源、減少污染，降低勞動強度。但目前的技術水平還有一定的提升空間，相信如果不遺余力的對其性能及構造進行研究與改進，特種電驅動膜分離器在甜菜堿料液脫鹽領域的應用前景將是不可估量的。
浙江千秋環保水處理有限公司通過15年學習、吸收引進國際上先進的電驅動膜分離工程技術，自主創新并研制了近20個電驅動膜分離工程技術產品。在化工、鋼鐵、冶金、造紙、印染、制藥、電力電子、海水淡化、飲用水處理等領域到廣泛的應用，并且其技術基本達到國際先進水平，而價格大大低于國際市場，得到國際有關部門、市場與客戶的一致認可和好評。特別是在氨氮、氯化鈉、氨基酸、高濃度與高硬度的苦咸水脫鹽，有機相與無機相的分離方面效果尤佳。
為了推動電驅動膜技術的發展和開拓新的應用領域這一系統工程，浙江千秋環保水處理有限公司正在從新型電驅動膜的研制、新型電驅動膜分離（反應）器的開發和針對不同分離體系進行工藝流程的試驗、研究與設計這三方面進行不懈的工作，為節能減排、環保清潔生產和廢水資源化貢獻力量。
