丙烯腈工藝廢水四效蒸發(fā)技術(shù)

　　一、丙烯腈工藝廢水四效蒸發(fā)技術(shù)研究概述

　　1.1蒸發(fā)的原理

　　蒸發(fā)是一種是可將富含不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液加熱并使其中部分溶劑汽化并除去，從而增加溶液濃度的相變過(guò)程，是最基本的化工單元操作。四效蒸發(fā)是一種節(jié)能技術(shù)，該技術(shù)利用蒸發(fā)系統(tǒng)自身產(chǎn)生的二次蒸汽作為能源，減少了對(duì)外部能源的需求，而僅在第一效中消耗生蒸汽。

　　1.2效的含義

　　一般地，在多效蒸發(fā)過(guò)程中，我們將每一個(gè)單獨(dú)的蒸發(fā)器及其蒸發(fā)過(guò)程稱(chēng)為一效。第一效蒸發(fā)器即是通入新鮮加熱蒸汽(即生蒸氣)的蒸發(fā)器，從第一效蒸發(fā)器的出來(lái)的二次蒸汽被壓縮機(jī)壓縮，溫度和壓力提高，熱焓值增大，然后送入下一效蒸發(fā)器的加熱室作為加熱蒸汽使用，該蒸發(fā)器即為第二效。三效、四效依此類(lèi)推。四效蒸發(fā)即有四臺(tái)蒸發(fā)器，除了第一臺(tái)蒸發(fā)器采用了新鮮蒸汽，其余蒸發(fā)器的加熱蒸汽均是二次蒸汽，且均來(lái)源于前一臺(tái)蒸發(fā)器。使用四效蒸發(fā)的目的是使能源(即蒸汽)得到再利用，降低能耗，提高經(jīng)濟(jì)性。

　　1.3流程概述

　　某260kt/A丙烯腈工藝廢水四效蒸發(fā)濃縮工藝流程示意圖如圖1所示。該工藝廢水溫度113℃，操作壓力600kPa，流速7148.1kg/h，且丙烯腈聚合物(C6H8N2O計(jì)算)含量816kg/h。通過(guò)四效蒸發(fā)操作系統(tǒng)，大部分工藝水可被回收，而只有一小部分廢水被送入焚化爐或生化處理系統(tǒng)。要求廢水中有至少83%的水分能夠被蒸發(fā)掉，冷凝后的純凈水可作為生產(chǎn)過(guò)程中的循環(huán)水使用，濃縮液中丙烯腈聚合物的質(zhì)量濃度可達(dá)到5.9%以上。

　　從上圖可以看出，該四效蒸發(fā)系統(tǒng)在真空中運(yùn)行，并流操作。首先是包含重組分的廢水被送入第一蒸發(fā)器，同時(shí)新鮮蒸汽被送入以加熱其中的廢水，并將產(chǎn)生的二次蒸汽引入第二臺(tái)蒸發(fā)器，使第二效的廢液在比第一效低的溫度下蒸發(fā)，該過(guò)程將依次進(jìn)行到第四蒸發(fā)器濃縮后的廢水由殘液泵送到廢水焚燒系統(tǒng)，第一、第二、第三、第四蒸發(fā)器蒸出的二次蒸汽經(jīng)冷凝、汽提后送回丙烯腈裝置再利用。

　　利用化工流程模擬軟件對(duì)該工藝過(guò)程進(jìn)行模擬研究得出最終濃縮液中丙烯腈聚合物(C6H8N2O)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.98%>5.9%，滿(mǎn)足廢水的分離要求。原廢水中水含量為：75148.1-816=74332.1kg/h，經(jīng)過(guò)四效蒸發(fā)工藝蒸發(fā)后的水量為：12414?4kg/h，則蒸發(fā)率為(74332.1-12414.4)/74332.1=83.3%，達(dá)到工藝要求。

　　故得出：由于丙烯腈工藝廢水四效蒸發(fā)中第二、第三、第四效蒸發(fā)器的熱源均來(lái)自于前一臺(tái)蒸發(fā)器的二次蒸汽，節(jié)省了一定量的生蒸汽，降低了裝置的能耗。

　　二、新技術(shù)、新裝置在丙烯腈工藝廢水四效蒸發(fā)技術(shù)中的應(yīng)用

　　隨著當(dāng)代化工對(duì)丙烯腈的需求越來(lái)越高，研究者們開(kāi)始在原有方法上進(jìn)行工藝改進(jìn)以及一些新裝置研究，以此來(lái)提升丙烯睛工業(yè)廢水的處理能力，減少處理成本。

　　2.1膜分離在四效蒸發(fā)中的應(yīng)用

　　膜分離技術(shù)是一種當(dāng)代新的分離技術(shù)，具有分離條件溫和，無(wú)相變和化學(xué)變化，選擇性好，能耗低，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。因而被應(yīng)用于如藥學(xué)以及與食品、化工、冶金、環(huán)境保護(hù)等行業(yè)。王華同等人通過(guò)研究對(duì)比化學(xué)氧化法技術(shù)，鐵炭微電解法技術(shù)，混凝法技術(shù)，四效蒸發(fā)技術(shù)四種技術(shù)對(duì)丙烯腈廢水進(jìn)行了預(yù)處理，得到研究結(jié)果顯示只有四效蒸發(fā)法預(yù)處理后的廢水滿(mǎn)足膜分離的進(jìn)水要求。

　　通過(guò)四效蒸發(fā)濃縮技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理過(guò)后的廢水，再用膜分離技術(shù)的反滲透處理，通過(guò)調(diào)節(jié)廢水的酸堿度，及采納不同的分離膜展開(kāi)對(duì)比研究，得丙烯腈工業(yè)廢水的除CN-率獲得了極大的提升，而且在處理的過(guò)程中避免了二次污染。能耗低，資源消耗少，達(dá)到了一個(gè)節(jié)約成本的效果。所以選用四效蒸發(fā)濃縮技術(shù)與膜分離技術(shù)互相融合來(lái)妥善處理丙烯腈廢水應(yīng)是當(dāng)前化工行業(yè)一個(gè)被廣泛應(yīng)用的方式。

　　2.2熱力蒸汽再壓縮(MVR)

　　機(jī)械式蒸汽再壓縮技術(shù)是一種新型的蒸發(fā)節(jié)能技術(shù)，節(jié)能效果明顯，但是其關(guān)鍵技術(shù)主要被國(guó)外掌握，目前廣泛應(yīng)用于飲料、食品、化工等行業(yè)。隨著近幾年我國(guó)開(kāi)始有許多學(xué)者開(kāi)始研究該技術(shù)的可行性與經(jīng)濟(jì)學(xué)分析，我國(guó)一些企業(yè)開(kāi)始應(yīng)用該技術(shù)，因而該技術(shù)在我國(guó)具有一個(gè)良好的發(fā)展前景與空間。與傳統(tǒng)四效蒸發(fā)相比，能夠提高制熱效能，使蒸發(fā)量大，減少換熱面積，提高蒸汽利用率。

　　MVR技術(shù)替代多效蒸發(fā)，氣液分離是其中關(guān)鍵的設(shè)備之一。李凱等人通過(guò)分析對(duì)比重力沉降分離器，慣性分離器，管柱式氣液分離器，旋流板式氣波分離器等幾種常見(jiàn)氣液分離器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，同MVR處理技術(shù)相結(jié)合，因?yàn)楣苤綒庖悍蛛x器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，應(yīng)用前景廣泛，以及在MVR技術(shù)中能更好的應(yīng)用它的優(yōu)勢(shì)，最后選擇管柱式氣液分離器進(jìn)行研究。模擬了進(jìn)料溫度，壓縮比對(duì)整個(gè)蒸發(fā)濃縮過(guò)程的影響，并且研究了最佳分離器的柱體高度，當(dāng)其不小于1000mm時(shí)，分離效果較好，基于這個(gè)研究，工業(yè)上能更好的設(shè)計(jì)出分離器，使得能更加容易與丙烯腈廢水處理結(jié)合。丙烯腈廢水處理量有所提高，并且降低其處理成本。

　　2.3閃蒸-降膜式蒸發(fā)器

　　高濃度、高粘度、高熱敏性的物料使用降膜式蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，能達(dá)到一個(gè)較好的分離效果，并且降膜式蒸發(fā)器具有蒸發(fā)能力高、生產(chǎn)成本、低能源消耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、連續(xù)操作時(shí)較穩(wěn)定、處理量大、真空低溫操作、物料停留時(shí)間短和保證物料不變性特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，并且真空低溫操作。丙烯腈廢水的處理恰好是一個(gè)低溫真空下的操作且該廢水屬于熱敏性物料，故降膜式蒸發(fā)器更適合應(yīng)用于丙烯腈廢水四效蒸發(fā)處理的過(guò)程中。然而把降膜式蒸發(fā)器應(yīng)用于MVR丙烯腈廢水研究報(bào)道卻是極少。

　　郝帥等人通過(guò)使用現(xiàn)代化工設(shè)計(jì)軟件，對(duì)降膜式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)以及研究其性能。研究結(jié)果顯示降膜式蒸發(fā)器應(yīng)用于MVR技術(shù)能大大的節(jié)約能源的消耗，并且濃縮使丙烯腈廢水中有害物質(zhì)的含量大大降低。研究結(jié)果還顯示出最佳的殼程流場(chǎng)均勻性的導(dǎo)流筒，和最合適的布膜器以及最佳成膜位置的設(shè)計(jì)，對(duì)其關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)葉輪進(jìn)行了設(shè)計(jì)?；谏鲜鲈O(shè)計(jì)的結(jié)論，可以更好的設(shè)計(jì)降膜式蒸發(fā)器，把其應(yīng)用于丙烯腈廢水處理過(guò)程中，能達(dá)到一個(gè)很好的處理污水效果，基本實(shí)現(xiàn)零排放。

　　三、結(jié)論

　　隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，化工行業(yè)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)也越來(lái)越高，因而丙烯腈工藝廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為制約企業(yè)生產(chǎn)丙烯腈發(fā)展的重要因素。論文綜述了丙烯腈工藝廢水處理的各種方法和新技術(shù)、新裝置與丙烯腈工藝廢水四效蒸發(fā)處理技術(shù)相結(jié)合的使用，同時(shí)重點(diǎn)論述四效蒸發(fā)處理工藝，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮處理，不僅濃縮的液體原料能滿(mǎn)足隨后的處理站的要求，而且節(jié)約了大量的水和水蒸汽的量，整個(gè)工藝具有節(jié)能降耗的意義。(來(lái)源：貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院化工系)