423 氯化钙溶液-再生

423 氯化钙溶液-再生

 背景

以热源塔热泵为例，如采用氯化钙溶液与环境空气进行热质交换时，设溶液质量浓度变化范围为18%～20%，对应的冰点温度为-14.0～-17.5℃；当溶液与空气接触吸收水蒸气导致溶液浓度降至18%时，就需要对溶液进行除水再生，使浓度回升至20%（也可以边吸收空气中水蒸气边再生）。

溶液再生除水的方法通常有非相变膜法（如反渗透法）、冷法（如冷冻浓缩法）、热法（如沸腾蒸发法、表面蒸发法等）等。

非相变膜法

参考“冷热平台”第416篇，1.0%氯化钙溶液的渗透压约为：

0.77*(0.79/0.9)=0.676MPa

则10%的氯化钙溶液渗透压即约6.0MPa以上，18%的氯化钙溶液更高，不宜采用反渗透法再生。

冷冻浓缩法

18%～20%的浓度在氯化钙溶液共晶点左侧（参见“冷热平台”第421篇），可以采用冷冻浓缩法把溶液中的水变为冰除去而实现溶液再生。

冷冻浓缩法再生时，所结冰中通常有微量溶质夹带，夹带率可控制在10%以内；为避免溶质损失，冷冻浓缩法可与反渗透法联用，即18%的溶液先用冷冻浓缩法结冰除水使浓度回升为20%，融冰水（浓度低于2%的溶液）再用反渗透法处理。

冷冻浓缩法与反渗透法联合再生氯化钙溶液时，能耗主要在冷冻浓缩环节。

设冷冻浓缩法制冷装置制冷系数4.0，从溶液中冻结去除1kg冰耗冷量取400kJ，则耗电量约400/4=100kJ；从溶液中除去1吨水能耗则100MJ，约30kWh，设反渗透处理融冰水能耗约10kWh/吨水，则冷冻浓缩与反渗透联合法总能耗约40kWh/吨水。

热法

20%氯化钙溶液的常压沸点约105℃左右（“冷热平台”421篇），可以考虑采用近常压MVR（蒸气再压缩）蒸发浓缩装置，能耗也可控制在30～50kWh/吨水，较适于大型装置，较高温度下氯化钙溶液的腐蚀性需要谨慎处理（可通过添加缓蚀剂等方法，如重铬酸钠等）。

常压下低温蒸发浓缩氯化钙溶液的技术有膜蒸馏和填料等型式的表面蒸发方式（请参见“冷热平台”相关内容，或《热泵技术手册》，第2版），较适于中小装置，能耗略高于MVR方法，但对溶液的腐蚀处理相对容易。

氯化钙溶液低温下溶液表面水蒸气压力如下图。