7/17/2019 Freeze Crystalisation

http://slidepdf.com/reader/full/freeze-crystalisation 1/1

Prentec (Pty) Ltd 

Brine Treatment by Freeze Crystalisation 

The mining  industry  in  South Africa has made  great  strides  in handling water 

affected  by  mining  activities  through  treatment  by  high  recovery  Reverse 

Osmosis. Although

 these

 systems

 achieve

 world

 leading

 water

 recovery

 as

 high

 as

 

99.5%, there still remains a small stream of  brine which must be dealt with. This 

is mostly disposed of  in ponds at enormous cost. 

The  industry,  through  its  research  organization  Coaltech,  invited  technology 

companies to propose technical solutions to reducing the volume of  brine. 

In  response  to  this Prentec  is  commercializing  a  Freeze  crystallization process 

which is capable of  recovering water from these very concentrated brines. Key to 

the process is an efficient refrigeration system. 

The energy cost of  freezing water with a refrigeration coefficient of  performance 

(COP) of 

 3 is

 at

 best

 30kWh/ton.

 The

 situation

 is

 far

 worse

 with

 brines

 freezing

 at

 

‐5  to  ‐20C. This  type of  performance would make  the  technology very energy 

intensive and viable in only a small number of  cases. 

To counter these problems Prentec have designed a  large scale  (1.8t/h)  freeze 

desalination plant with a dual refrigeration circuit.  In this approach part of  the 

heat is rejected into the ice melt. The compressor in this circuit hence has a very 

low  condensing  temperature  and  pressure.  This  dramatically  reduces  power 

consumption. A refrigeration COP’s of  up to 10 is achieved, reducing power costs 

to between 12 and 20 kWh/t, depending on the brine freezing point. 

A large

 scale

 demonstration

 of 

 this

 design

 has

 been

 commissioned

 at

 Optimum colliery and the plant has been started up. This design  is 

based on R236fa which is a low pressure refrigerant. The compressor 

is a two stage Roots type blower which is able to operate at the very 

low  (Vacuum)  condensing  pressures  required.  The  refrigeration 

circuits  operate  correctly  and  have  achieved  design  levels  of  

refrigeration  for  short  periods.  Problems  have  been  encountered 

with the removal of   ice  from the crystallizer. This  is being rectified 

and  it  is  expected  that  the  unit  would  then  be  able  operate 

sustainably at or near its design capacity. 

Once commercialized

 there

 are

 many

 many

 applications

 in

 the

 Mine

 Water  recovery  industry.  Other  crystalisation  applications 

traditionally dealt with by evaporative means could also open up to 

this technology. 

The developers of  the technology are: 

Adrian Viljoen  – Prentec, 

Kathy Karakatsanis  – Prentec, 

Martin Pryor  – Prentec, 

Vivian Moller  – Prentec, 

Hugh Grantham  – Grantham Air.