某酸洗廢水處理及回用工藝設(shè)計方案

1、作者：Pan Hon glia ng僅供個人學(xué)習(xí)第一章總論1.1設(shè)計的依據(jù)和目的本次設(shè)計主要針對鋼材酸洗工段的酸洗廢水的處理及回用提供工藝設(shè)計，該工藝實現(xiàn)“零”排放，主要參照吉林中國一汽富奧標(biāo)準(zhǔn) 件公司酸洗廢水車間工藝流程，根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的水質(zhì)水量，選擇合 適的工藝流程。處理任務(wù)酸洗廢水量為20噸，且含有大量的硫酸亞鐵。以往通 過加入堿性藥劑進行中和處理的方法，不僅造成了大量的酸堿物料的 浪費，同時在中和過程中產(chǎn)生的大量亞鐵沉淀物給后處理工作造成了 很大的困難。因此結(jié)合以往同類硫酸廢液的治理經(jīng)驗， 提出了采取冷卻結(jié)晶工 藝分別回收硫酸及水和硫酸亞鐵的綜合治理改造方案。根據(jù)硫酸亞鐵的溶解度特性，

2、以及酸洗工序的工藝特點，因此將在酸洗溫度（65 C左右）條件下接近硫酸亞鐵飽和狀態(tài)的硫酸廢液進行加酸冷凍結(jié)晶， 使其達到過飽和條件而結(jié)晶析出，從而實現(xiàn)廢硫酸母液的回收利用及 副產(chǎn)硫酸亞鐵水合沉淀物。1.2處理廢水的技術(shù)指標(biāo)設(shè)計的主要條件及技術(shù)參數(shù)：表1廢水水質(zhì):指標(biāo)進水出水硫酸含量< 10%20-40%硫酸亞鐵含量> 25%5-8%水量20噸20噸1.3酸洗廢水的來源鋼廠的酸洗工序是將鋼材侵入質(zhì)量分數(shù)為20%左右的硫酸洗槽中進行酸洗。隨著酸洗的進行，硫酸濃度逐漸降低，硫酸亞鐵濃度不 斷增高，當(dāng)溶液中硫酸的質(zhì)量分數(shù)降至6% 8%,生成的硫酸亞鐵質(zhì)量濃度超過200250g/l時，酸洗速

3、率下降，必須更換酸洗液， 排放酸洗廢液。酸洗好的鋼材必須用清水進行沖洗以去除表面的酸性 物質(zhì)，又造成了廢酸水的外排。另外也可用鹽酸代替硫酸，形成鹽酸 廢水。第二章工藝方法論證2.1硫酸酸洗廢水的方法（1）提高廢酸濃度，在低溫或高溫下使硫酸亞鐵從廢液中析出， 回收 的硫酸再用于酸洗。低溫分離有濃縮冷凍、蒸汽噴射真空結(jié)晶 （簡稱 蒸噴真空結(jié)晶）。產(chǎn)品為FeSQ7H2O和再生酸。（2）某一物質(zhì)于廢液內(nèi)，在一定的條件下使之與游離酸反應(yīng)生成其他 有用的物質(zhì)后予以回收。如加入鐵屑使之全部生成硫酸亞鐵的鐵屑法、 加鐵屑和苛性鈉處理的氧化鐵紅法、 加氨處理的氧化鐵紅一一硫酸銨 法（HA法）等。（2）廢液中硫酸

4、亞鐵重新變?yōu)榱蛩岷脱趸F（或純鐵），以回收全部硫 酸如用擴散滲析法電解法、氯化氫置換法 （魯茲鈉法）等。酸洗過程中，在鋼件表面的氧化鐵得到去除的同時， 也使大量單 質(zhì)鐵與硫酸反應(yīng)而進入酸洗液中，這是酸洗液硫酸消耗的主要因素。 當(dāng)酸洗液硫酸濃度降低到10%左右時，酸洗速度就會影響到生產(chǎn)進度， 從而需要重新調(diào)整酸洗液硫酸濃度或全部進行置換。對于酸洗硫酸廢液的處理，國內(nèi)一般傳統(tǒng)工藝一是采用焚燒法回 收硫酸和氧化鐵，但由于耗能較高、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重等問題，以被廢棄； 二是采用石灰中和法進行中和處理，但由于產(chǎn)生大量的泥渣給后續(xù)處 理造成了較大的困難（采用碳酸那種和也同樣要產(chǎn)生大量的碳酸鐵沉 淀），而且，中和

5、處理法本身也造成了資源的浪費。2.2工藝基本原理根據(jù)硫酸亞鐵的溶解度特性，以及酸洗工序的工藝特點，我們處 理含硫酸小于10%勺廢液，因此將在酸洗溫度（65 C左右）條件下接近 硫酸亞鐵飽和狀態(tài)的硫酸廢液進行加酸冷凍結(jié)晶，加酸是使酸度增加的同時硫酸亞鐵的溶解度減小；此過程在沉降池中完成，并且同時實 現(xiàn)自然冷卻，使溫度接近硫酸亞鐵析出所需的臨界溫度， 因為在酸度 一定的條件下，溫度越低，硫酸亞鐵的溶解度越小，所以要繼續(xù)降低 廢液溫度，此過程在結(jié)晶罐里完成，用冷凍鹽水冷卻將廢液溫度降低 至0度左右，使其達到過飽和條件，硫酸亞鐵結(jié)晶析出，從而實現(xiàn)廢 硫酸母液的回收利用及副產(chǎn)硫酸亞鐵水合沉淀物。比較于其

6、他的回收利用方法，加酸冷凍結(jié)晶法集濃縮冷凍法和蒸 噴真空結(jié)晶法的優(yōu)點于一身，它的主要優(yōu)點是無需蒸發(fā)濃縮，減少蒸 氣耗能這一項，操作簡便，但需要冷凍設(shè)備，勞動強度大。2.3處理工藝可行性分析在處理過程中通過加酸的方式，使得酸洗廢水中的SQ2 +濃度升 高，使FeSQ的溶解平衡向著結(jié)晶析出的方向移動，從而使Fe2 +以結(jié)晶 的形式析出，達到綜合利用的目的；析出FeSQ4后的酸液經(jīng)過處理后 可回用于鋼材的酸洗工藝，間接減少了新酸的消耗。其工藝原理是基 于不同溫度、HSQ濃度條件下FeSQ的溶解度(質(zhì)量分數(shù)).見圖1通過理論計算得出，將原廢水硫酸濃度調(diào)到25%時2.4工藝流程2.5工藝流程簡介(1)

7、向酸洗廢液中加工業(yè)硫酸，硫酸濃度由10%提高到2425% 以提高廢液的酸度和硫酸亞鐵的飽和度；(2) 含硫酸濃度24 25%勺廢酸液加入冷卻槽，自然降溫冷卻 到30C。以降低硫酸亞鐵的溶解度；(3) 30 C的廢酸液泵入結(jié)晶器中，加冷凍鹽水冷卻至5C,間歇操作，繼續(xù)降低硫酸亞鐵的溶解度；(4) 為達到析出臨界溫度，廢酸液被冷卻到5C,大部分硫酸亞鐵呈七水硫酸亞鐵結(jié)晶析出。(5) 結(jié)晶料漿流入人工卸料的三足式離心機中間歇操作，分離硫 酸亞鐵回收利用，此回收晶體采用人工包裝，人力運輸入庫。(6) 母液自流入母液槽，然后泵送母液進入酸洗槽，并加入水調(diào) 節(jié)硫酸濃度至25%左右，可以直接送入酸洗槽中進行

8、酸洗，即達到回 收利用作用，實現(xiàn)“零”排放。第三章物料衡算硫酸含量硫酸亞鐵含量已知數(shù)據(jù)< 10%> 25%選取數(shù)據(jù)10%25%3.1硫酸消耗總量（沉降池中加酸）10%（+Q=（Q+Q）25% Q i=20t/d Q 2=4rn/d3.2硫酸亞鐵晶體回收總量/d3.3耗水量表3進水出水加算量硫酸含量10%25%4m3/d進水出水晶體回收量硫酸亞鐵含量25%:6% 3.87m3/d循環(huán)水1.71m3/d第四章熱量衡算表4已知數(shù)據(jù)：指標(biāo)進水出水硫酸含量< 10%20-40%硫酸亞鐵含量> 25%5-8%水量20t/d20t/d溫度55 C -65 °C表5選取數(shù)據(jù)：

9、指標(biāo)進水出水硫酸含量10%25%硫酸亞鐵含量25%6%水量20t20t溫度65 C5C4.1冷卻沉降池（廢液池）此過程為自然冷卻過程，根據(jù)試驗冷卻時間為24h設(shè)沉降池的出口溫度為30 C式中：cl-30%H2SO4 比熱，0.74kcal/kg T-溫度變化，Cp - H 2SQ密度,kg/lV-廢液體積4.2冷卻結(jié)晶器總制冷量設(shè)進口溫度為30 C ,出口溫度為5 C ,則總體需要完成的制冷量 為：單位制冷量設(shè)每天為4個處理周期，每個處理周期為3h,則按量完成的制冷量應(yīng) 為：冷卻劑(25%CaCL鹽水)(1) 設(shè)冷卻劑進入結(jié)晶器的溫度為-15 C ,出口溫度為10C。所需制冷劑的質(zhì)量：M2=2

10、4.244 X103 kg又因為M=p 2X V2p 2-25%CaCL2鹽水密度V 2-鹽水體積33所以所需的制冷劑的體積:V2=24.244 X 10/1228=19.74m(3) 每天為4個處理周期，則每個處理周期需要的制冷劑質(zhì)量為：3M二M/4=24.244/4=6.061 X 10 kg(4) 每個處理周期需要的制冷劑體積為：V3=19.74/4=4.9m3第五章主體設(shè)備計算5.1冷卻沉降池(廢酸池)作用：用以水量，酸量調(diào)節(jié)和水質(zhì)均合，主要起到對酸洗廢液進行加酸調(diào)節(jié)濃度的作用，并對較大的顆粒物有自然沉降的作用，減輕水質(zhì)水量變化對后續(xù)反應(yīng)構(gòu)筑物的沖擊。設(shè)計原則(1) 冷卻沉降池的容積可

11、根據(jù)廢水的濃度和流量變化規(guī)律與要求 調(diào)節(jié)均勻程度來計算。(2) 在計算冷卻池時，要按最不利的情況，即濃度和流量在高峰時 的區(qū)間來計算。(3) 調(diào)節(jié)時間越長，廢水水質(zhì)越均勻，要根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w情況和處理 要求選擇合適的冷卻沉降時間。設(shè)計參數(shù)設(shè)計最大流量：Q=20m/d設(shè)計計算涉及1座冷卻沉降池，因有濃度和流量的變化，對比吉林氣標(biāo)廠 的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，確定自然沉降時間取 24h,自然冷卻至30C。(1) 冷卻沉降池的容積表6計算中所選取的數(shù)據(jù)進水出水硫酸含量10%25%因為:10%V+V2=(V1+V2)25%2+V=(20+V2)25%V2=4mV1-廢酸液體積20mV2-需要加酸體積總體積:V=V1+V

12、2=20+4=24rn(2) 冷卻沉降池的面積設(shè)溶液水高為2mA=V/h=24/2=12mi(3) 冷卻沉降池的長，寬在池內(nèi)設(shè)折流隔墻，間距為1m取n=4,則長L=1X 4=4m寬b二A/L=12/4=3m,則只有1個廊道L=4m(4) 結(jié)構(gòu)示意圖綜上所述，取整數(shù)，則 V=24m。5.2冷卻結(jié)晶器作用通過夾層中鹽水的冷卻作用，使攪拌釜內(nèi)的廢酸液冷卻至5 C左右，設(shè)有攪拌器使釜內(nèi)液體充分攪拌各處溫度勻一，F(xiàn)eSQ7H2O析出。設(shè)計原則(1) 設(shè)夾套內(nèi)各處溫度相同，釜內(nèi)液體充分攪拌各處溫度均一；(2) 此反應(yīng)為簡單的非定態(tài)傳熱過程；(3) 換熱量不小于所需制冷量；(4) 釜的有效容積不小于每個周期

13、處理量；(5) 計算時按最不利的情況來計算，即溫差最大是。計算參數(shù)設(shè)廢液進入結(jié)晶釜時溫度為 30C，出口溫度為5C。設(shè)計計算1. 結(jié)晶器容積選擇結(jié)晶器，因為有換熱面積，有效容積的制約，所以首要的是確定 容積。總體需要完成的換熱量:(見3.2.1)則每個周期需要的換熱量:q 2/4=528.47 X 10 kj(b)設(shè)每天有4個處理周期，則每個處理周期處理量為 V/4=24/4=6m3, 不考慮備用，選用2臺容積為5000L的搪玻璃反應(yīng)罐，初步選用QFK160 型。表7各項主要數(shù)據(jù)如下型號公稱設(shè)計壓力換熱罐體內(nèi)加套內(nèi)入孔尺寸容積罐體夾套面積徑徑(mm)(L)(MPa)(MPa)(m2)(mm)(

14、mm)QFK160 5000 0.20.413160017500300X 4002. 每小時需要的換熱量（見322）設(shè)每天為4個處理周期，每個處理周期為3h,則每小時需要的換 熱量應(yīng)為：3. 換熱面積為便于計算，此過程可看為定態(tài)傳熱過程。入- 硫酸 的 導(dǎo)熱 系數(shù) ，-1 .k-1,§ D 1-D2=1750-1600=150mm因為A m<2X 103 m,所以傳熱面積符合QFK16C型反應(yīng)罐，選擇合理。4. 冷卻劑選用25%CaG鹽水作為冷卻劑。T1-冷卻劑進入溫度，-15 CT2-冷卻劑流出溫度，10C入 2-25%CaCL2鹽水的導(dǎo)熱系數(shù)，0.57 w.m -1 .k

15、-1因為Am<2 X103 m,所以傳熱面積符合QFK16C型反應(yīng)罐，選擇合 理。5.3制冷機作用冷卻從結(jié)晶器中流出的鹽水的作用，使鹽水的溫度在1h內(nèi)達到 -15 C的條件。選型原則冷凍機的產(chǎn)量不小于冷卻劑在結(jié)晶罐中所放出的熱量。單位時間內(nèi)冷卻劑所放出的熱量q3=41.8 X103kcal/h（計算見3.2.2）。查資料選用8AS17型冷凍機，其產(chǎn)量為440X 103kcal/h.>q 3,所以 選型合適。表8制冷機的配套設(shè)備型號規(guī)格如下表冷凝設(shè)備LN 150蒸發(fā)設(shè)備LZL -200配套設(shè)備型號規(guī)油分離器YF -125格貯氨器ZA -2.0集油器JY -300空氣分離器KF32電動

16、機型號JS136-8/180啟動設(shè)備GTZ-5301 53A5.4離心機541作用用來分離從冷卻結(jié)晶罐中流出的料漿，即硫酸亞鐵晶體和母液， 其結(jié)晶物由人工出料，人工包裝。選型原則(1) 能夠分離的固體量不小于硫酸亞鐵晶體的回收量；(2) 本著功率合適的原則；(3) 省時,省電。選型參數(shù)硫酸亞鐵晶體單位時間回收總量 q3=3.78t/d(詳見2.2計算)； 總流量約為24m1/d。選擇設(shè)備設(shè)每次料漿分三次分離，則每次分離量約為24/3=8m3，查資料,采用三足式離心機 ss-1250, 2臺。5.5母液池作用儲存從離心機分離后的含硫酸水溶液，加水調(diào)節(jié)是存量為2om設(shè)計原則(1) 池容積根據(jù)廢水的

17、濃度和流量變化規(guī)律與要求調(diào)節(jié)均勻程度 來計算。(2) 在計算儲量池時，要按最不利的情況，即濃度和流量在高峰 時的區(qū)間來計算設(shè)計參數(shù)設(shè)計最大流量Q=20m/d硫酸含量為29%設(shè)計計算加水將硫酸濃度調(diào)至25%(24-3.78) X 29%+V=(24-3.78+V) X 25%3V=1.132m3V 總=24-3.78+1.132=20.008m母液池的長，寬長L=4m 寬b=3m,高為2m 超高0.5m，母液池面積 A=12結(jié)構(gòu)示意圖第六章管道計算6.1沉降池至泵入口管路設(shè)計設(shè)計原則為了防腐,均采用襯膠管道。設(shè)計參數(shù)(1) 充滿度 0.6-0.8;(2) 流速 u>0.4m3/h。設(shè)計計算

18、取 u=1.5m/s, Q=u.A所以可選擇DN80鋼塑復(fù)合管道，彎頭,管箍也是DN806.2泵出口至結(jié)晶器段管路設(shè)計同理，取 u=1.5m/s, Q=u.A所以泵出口至結(jié)晶器段管路也選擇DN80鋼塑復(fù)合管道，彎頭，管箍是DN806.3結(jié)晶器至離心機段管路設(shè)計同理取 u=1.5m/s, Q=u.A結(jié)晶器至離心機段管路也選擇DN80鋼塑復(fù)合管道，彎頭,管箍是DN806.4離心機出口至母液池段管路設(shè)計同理,取 u=1.5m/s, Q=u.A離心機出口至母液池段管路也選擇DN80鋼塑復(fù)合管道，彎頭,管箍是DN806.5母液池至泵入口管路設(shè)計同理，取 u=1.5m/s, Q=u.A母液池至泵入口管路也

19、選擇DN80鋼塑復(fù)合管道，彎頭,管箍是DN806.6鹽水管線設(shè)計原則為了防腐,均采鋼塑復(fù)合管道。設(shè)計參數(shù)(1) 充滿度 0.6-0.8;(2) 流速 u>0.4m3/h設(shè)計計算根據(jù)試驗，確定每個制冷劑的冷卻周期約為 3h，則每個周期每天 需要的制冷劑體積為：所以可選擇DN65鋼塑復(fù)合管道，彎頭,管箍也是DN656.7酸洗液管線各部分水頭損失表9阻力系數(shù)如下表名稱L(m)入口出口閘閥彎頭三通入沉降池至泵入口1210.50.17 X10.75 X 19.086泵出口至結(jié)晶器220.510.17 X20.75 x 51x 19.086結(jié)晶器至離心機610.50.17 X20.75 x 20.5

20、 x 29.086離心機出口至母 液池150.510.17 X20.75 x 61x 19.086母液池至泵入口510.50.17 X20.75 x 29.086沿程水力損失便于計算按層流算，u=Q/A=m/s入=64/R=64 / p ud=23X 64 x Q/1831dA =9.086表10綜上所述各管線的沿程水頭損失如下表沉降池至泵入口泵出口至鄉(xiāng)士日竺 三口晶器結(jié)晶器至離心機離心機出口至母液池母液池至泵入口總水頭沿程損失沿程水頭損失(m)199.49365.71249.36106.399.75997.45部水頭損失6.8鹽水管線各部分水頭損失各段的阻力系數(shù)表11閘閥 彎頭三通 入型號名

21、稱L(m)入出口口蒸發(fā)器至泵入口510.5 0.17 X 30.75 X 31X 11.197 D)N65泵出口至結(jié)晶器入30.510.17 X 20.75 X 81.197 )N65口100.17 X 40.75 X 10.7364DN40結(jié)晶器出口10110.17 X 50.7364DN40至蒸發(fā)器入口300.75 X 71.197 )N65便于計算,設(shè)流態(tài)全為層流。DN65DN406.82 冷凍機至泵入口管線沿程水頭損失同理：泵出口至結(jié)晶器入口沿程水頭損失為同理:結(jié)晶器出口至冷凍機入口沿程水力損失為總的沿程水力損失為局部水力損失同理：綜上所述，總的局部水頭損失為：hm=0.7557+1.

22、122+1.178+8.074=11.13m6.9酸泵選型作用把廢酸液提升吸入結(jié)晶釜，進行冷卻結(jié)晶692選擇原則用泵的介質(zhì)為硫酸，故均選用耐酸，耐腐蝕泵，在此選用BK2型玻璃鋼泵，其性能在初氫氟酸外的任何酸100C以內(nèi)的情況下勻耐腐蝕。選泵參數(shù)處理水量20t設(shè)備選型設(shè)允許吸上真空度為3,則揚程H二h+H=5.5m總流量為24nVh,選 用2臺酸水泵，型號為80FZ13-30L,材料為襯F4,電動機功率11KW 6.10鹽水泵選型作用輸送提升冷卻劑的泵體。選型原則根據(jù)總流量2om/h,冷卻劑溫度在-15 C-10 C之間,H=5.5m 則：選用2臺鹽水泵，型號為IMD65-50-130Z,2臺，

23、材料襯F4,電動機 功率為5.5KW6.11顯示儀表選擇(1)僅設(shè)溫度顯示； 各泵出口設(shè)壓力表PV0.3MP,共4塊；(4)冷凍介質(zhì)進口設(shè)溫度測量。版權(quán)申明本文部分內(nèi)容，包括文字、圖片、以及設(shè)計等在網(wǎng)上搜集整理。版權(quán)為潘宏亮個人所有This article in eludes someparts, in cludi ng text, pictures, and desig n. Copyright is Pan Hon glia ng's pers onal own ership.用戶可將本文的內(nèi)容或服務(wù)用于個人學(xué)習(xí)、研究或欣賞，以及其他非商業(yè)性或非盈利性用途，但同時應(yīng)遵守著作權(quán)法及其他相關(guān)法律 的規(guī)定，不得侵犯本網(wǎng)站及相關(guān)權(quán)利人的合法權(quán)利。除此以外，將本 文任何內(nèi)容或服務(wù)用于其他用途時，須征得本人及相關(guān)權(quán)利人的書面 許可，并支付報酬。Users may use the contents or services of this articlefor pers onal study, research or appreciati on, and other non-commercial or