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)過程中，我們將每一個單獨的蒸發(fā)器及其蒸發(fā)過程稱為一效。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、四效依此類推。四效蒸發(fā)即有四臺蒸發(fā)器，除了第一臺蒸發(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，且均來源于前一臺蒸發(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計算)含量816kg/h。通過四效蒸發(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該工藝過程進(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)器的熱源均來自于前一臺蒸發(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)代化工對丙烯腈的需求越來越高，研究者們開始在原有方法上進(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。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)。王華同等人通過研究對比化學(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)處理后的廢水滿足膜分離的進(jìn)水要求。

　　通過四效蒸發(fā)濃縮技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理過后的廢水，再用膜分離技術(shù)的反滲透處理，通過調(diào)節(jié)廢水的酸堿度，及采納不同的分離膜展開對比研究，得丙烯腈工業(yè)廢水的除CN-率獲得了極大的提升，而且在處理的過程中避免了二次污染。能耗低，資源消耗少，達(dá)到了一個節(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)互相融合來妥善處理丙烯腈廢水應(yīng)是當(dāng)前化工行業(yè)一個被廣泛應(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)。隨著近幾年我國開始有許多學(xué)者開始研究該技術(shù)的可行性與經(jīng)濟(jì)學(xué)分析，我國一些企業(yè)開始應(yīng)用該技術(shù)，因而該技術(shù)在我國具有一個良好的發(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。李凱等人通過分析對比重力沉降分離器，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氣液分離器的結(jié)構(gòu)和特點，同MVR處理技術(shù)相結(jié)合，因為管柱式氣液分離器具有結(jié)構(gòu)簡單，造價低，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，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，壓縮比對整個蒸發(fā)濃縮過程的影響，并且研究了最佳分離器的柱體高度，當(dāng)其不小于1000mm時，分離效果較好，基于這個研究，工業(yè)上能更好的設(shè)計出分離器，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)簡單、連續(xù)操作時較穩(wěn)定、處理量大、真空低溫操作、物料停留時間短和保證物料不變性特點和優(yōu)勢，并且真空低溫操作。丙烯腈廢水的處理恰好是一個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丙烯腈廢水研究報道卻是極少。

　　郝帥等人通過使用現(xiàn)代化工設(shè)計軟件，對降膜式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計以及研究其性能。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，對其關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)葉輪進(jìn)行了設(shè)計。基于上述設(shè)計的結(jié)論，可以更好的設(shè)計降膜式蒸發(fā)器，把其應(yīng)用于丙烯腈廢水處理過程中，能達(dá)到一個很好的處理污水效果，基本實現(xiàn)零排放。

　　三、結(jié)論

　　隨著國家對環(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，同時重點論述四效蒸發(fā)處理工藝，經(jīng)過蒸發(fā)濃縮處理，不僅濃縮的液體原料能滿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，整個工藝具有節(jié)能降耗的意義。(來源：貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院化工系)