Database technieken waterzuivering en -behandeling

Eutectische vrieskristallisatie (EFC)

Principeschema

Principe- en installatiebeschrijving

In eutectische vrieskristallisatie wordt er gebruik gemaakt van fasescheiding. Bij een welbepaalde temperatuur (de eutectische temperatuur) en specifieke concentratie van de zoutoplossing nabij de saturatiegrens (de eutectische concentratie) bestaat er een evenwicht (het eutectische punt) in het zout-watermengsel tussen het ijs en zout. Op dit punt komen zowel ijskristallen als zoutkristallen voor in de gesatureerde zoutoplossing. Door het verschil in densiteit tussen de gevormde kristallen, gaat het ijs drijven en de zoutkristallen bezinken naar de bodem.

Voor elke zoutwaterige oplossing is dit eutectische punt verschillend

NaCl (−21.2 °C and 23.3 wt%)
KCl (−11.1 °C and 19.6 wt%)
MnSO₄ (−4.2 °C and 20.6 wt%)
CuSO₄ (−1.6 °C and 11.9 wt%)
MgCl₂ (−33.6 °C and 21.6 wt%)
CuCl₂ (−40 °C and 36 wt%)

Specifieke voor- en nadelen

Voordelen

Geen chemicaliën nodig
Owv lage werkingstemperaturen is corrosie van de materialen minimaal
Tot 70% lagere energieverbruik dan verdamping en kristallisatie

Nadelen

Zout kan onzuiverheden bevatten
Hoge CAPEX
Voorlopig is de technologie nog niet getest op mengsels met meerdere zouten
Ijsvorming in de kristallisator
Vervuiling van de koelplaten door zout
Het ijs en het zout dienen na de scheiding nog gewassen te worden indien een nog hogere zuiverheid wil bekomen worden.
De opbrengst bij koeling is beperkt owv de oplosbaarheid bij lage temperatuur.

Toepassing

Verder opconcentreren van concentraatstromen uit bv een RO-systeem.

Dit systeem komt nog niet voor op industriële schaal. Op labo schaal is het reeds een bewezen technologie.

Randvoorwaarden

TDS concentratie aan input kan tot 250.000 mg/L bedragen.

Om aan EFC te kunnen doen, dient het zoutgehalte idealiter nabij de saturatiegrens te zijn.

Werkingsgraad

Zout met zuiverheid > 90%

Water recovery tot 98%

Hulpstoffen

Om de kwaliteit van het gekristalliseerd zout verder te verhogen, kan het gewassen worden met een verzadigde NaCl oplossing.

Ook het water kan worden gewassen met een zuiveren deminwater waardoor de zuiverheid met nog enkele procenten kan toenemen.

Mogelijkheid voor direct en indirecte koeling. Waarbij bij directe koeling een inert koelingsgas in de oplossing wordt geïnjecteerd. Nadeel van deze methode is dat dit koelgas als onzuiverheid voorkomt in de zout- en ijskristallen.

Milieu-aspecten

Weinig, de moederoplossing wordt steeds gerecirculeerd.

Opmerkingen

Ook zoutoplossingen niet nabij het saturatiepunt kunnen verwerkt worden met EFC. Hiervoor dient eerst een concentratiestap uitgevoerd te worden om tot de gewenste concentratie te komen.

Complexiteit

Ook mengsels met twee verschillende zouten kunnen via EFC worden teruggewonnen omdat elke zout op zijn eigen unieke eutectische temperatuur gaat kristalliseren.

Automatiseringsgraad

Nood aan koelmachines

Volledige automatisatie noodzakelijk.

Voorlopig moet de volgende stap naar een geautomatiseerd continu proces nog worden gemaakt.

Bronnen

Versie

Augustus 2021