KristalleÅŸme (ZLD)
- Kristalleşme Nedir?
Kristalleşme, homojen bir sıvının belirli bir sıcaklıkta aşırı doygunluk seviyelerine (konsantrasyon > çözünürlük) kadar yoğunlaştırılmasıyla oluşan katı (kristal veya çökelti) bir maddenin üretimidir.
Mevcut kristalleşme süreçleri şunlardır:
- Çözeltinin önemsiz buharlaşma ile soğutulmasıyla aşırı doygunluk
- Çözücünün az soğutma ile buharlaştırılmasıyla aşırı doygunluk
- Adiabatik buharlaştırıcılarda (vakum kristalleştiriciler) soğutma ve buharlaşmanın birleşimiyle buharlaştırma
Kristalleştiriciler, sodyum klorür ve sodyum sülfat gibi az ve yüksek oranda çözünür tüm sodyum tuzlarının sürekli kristalleşmesine, aşırı kireçlenme ve temizleme sıklığı olmadan dayanabilir. Bu, daha yüksek özgül enerji tüketimi (OPEX) ve daha yüksek özgül sermaye maliyeti (CAPEX) anlamına gelir.
Normalde canlı buhar kullanırlar, ancak enerji tüketimini ve dolayısıyla OPEX'i azaltmak için buharı geri dönüştürmek amacıyla MVR (zorlamalı sirkülasyon) teknolojisini de kullanabilirler. Zorlamalı sirkülasyonlu kristalizatörler, yukarı akış konsantrasyon ekipmanından gelen tuzlu su tahliyesini yoğunlaştırır, ancak küçük atık su akışları bazen doğrudan zorlamalı sirkülasyonlu bir kristalizatör ile işlenir. Katı yan ürünler, ZLD işleminin sonunda değerli tuzların geri kazanılması seçeneğini sunar.
- İşlem Açıklaması
Kristalleşme, zorlamalı sirkülasyonlu buharlaştırıcı-kristalleştiricide gerçekleşir; burada, çözeltinin kütlesi içinde kristallerin oluşumu ve artışı sağlanır (Şekil 1). Buharlaştırıcı/kristalleştirici düzeneğini, tuz kristallerini ürün bulamacından ayıran bir susuzlaştırma cihazı (santrifüj veya basınçlı filtre) izler. Ana çözelti, daha fazla konsantrasyon için kristalleştiriciye geri gönderilir.
Şekil 7, Kristalleştirici işlemi.
Zorlamalı sirkülasyonlu buharlaştırıcı normalde, yüksek konsantrasyonda çözeltinin yüksek kaynama noktası yükselmesi (BPR) nedeniyle kullanılan harici bir buhar ısıtma kaynağından beslenir. Kristalleştirici yaklaşık olarak şunlara ihtiyaç duyar: 1 ton suyu buharlaştırmak için 1 tondan biraz fazla buhar gerekir.
- Yüksek Çözünürlüklü Tuzlar ve Buharlaştırıcı BPR
Tuzlu su hacmini en aza indirmek için düşen film buharlaştırıcı kullanarak suyun %75 ila %95'ini uzaklaştırabiliyoruz. Besleme akışında yüksek oranda çözünen tuzların varlığında, suyun son %5 ila %25'inin buharlaştırılması zordur.
Tuzların iyon konsantrasyonu arttığında, çözeltinin kaynama sıcaklığı da artar. Belirli bir basınçta bir çözeltinin kaynama sıcaklığının suyun kaynama sıcaklığının üzerine çıkmasına BPR (Kaynama Noktası Oranı) denir.
Örneğin, ıslak kireçtaşı baca gazı kükürt giderme (FGD) tahliyesinde ana çözünmüş tuz olan kalsiyum klorürü (CaCl₂) ele alalım. Şekil 2, çözeltideki kalsiyum klorür konsantrasyonu arttıkça kaynama noktası sıcaklığının artışını göstermektedir. İki eğri, kaynayan bir çözeltide kalsiyum klorürün çözünürlük sınırında kesişmektedir. Kalsiyum klorür suda çok çözünür; Bir çözelti 1 atmosfer (atm) basınç altında buharlaştırılarak konsantre edildiğinde, kaynama noktası yükselmeye devam eder ve ağırlıkça yaklaşık %75'lik çözünürlük sınırına ulaşıldığında kalsiyum klorür dihidrat (CaCl₂·2H₂O) çözeltiden kristalleşir. Şekil 2 ayrıca, 1 atm basınçta doymuş kalsiyum klorür çözeltisinin kaynama sıcaklığının yaklaşık 176,6 °C (350 °F) ve kaynama noktasının 58,8 °C (138 °F) olduğunu göstermektedir.
Şekil 2, Saf kalsiyum klorür çözeltisinin kaynama sıcaklığı ile atmosfer basıncındaki çözünürlük eğrisi arasındaki ilişkinin grafiksel gösterimi. Çözeltideki kalsiyum klorürün ağırlık yüzdesi arttıkça, çözeltinin kaynama noktası da artar.
Bu yüksek sıcaklıkta, kalsiyum klorür, magnezyum klorür (MgCl₂) ve amonyum klorür (NH₄Cl) gibi, suda hidrolize uğrar; bu da çeliğe agresif bir şekilde saldıran hidroklorik asit saldığı anlamına gelir. Sıcaklık ne kadar yüksekse, hidroliz oranı da o kadar yüksek olur; bu nedenle, buharlaştırıcı kaplar ve ısı transfer yüzeyleri, bu tuzların yüksek konsantrasyonlarda ve sıcaklıklarda son derece aşındırıcı doğasına dayanabilecek yapı malzemelerine ihtiyaç duyar. Bunlar, sermaye harcamalarını (CAPEX) hızla artıran ve çoğu ZLD uygulamasında kristalleştirici kullanımını ekonomik olarak zorlu hale getiren paladyum alaşımlı titanyum ve yüksek nikel-krom-molibden alaşımları gibi çok pahalı asil alaşımlardır.
Tuzlu Su Arıtma Teknolojisi Haritası