一種多效蒸發(fā)法處理丙烯酸廢水的研究

一種多效蒸發(fā)法處理丙烯酸廢水的研究

磷酸是重要的化工原料，在生產(chǎn)過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生大量的酸性廢水。該廢水cod高，有許多含有雜質(zhì)的有機(jī)雜質(zhì)，如甲醛、乙醛、醋酸、丙酮和丙烯酸，其中醋酸含量最高。為了降低丙烯酸廢水處理成本,各研究單位不斷地研究新的處理方法,包括活性炭吸附、離子交換樹脂、生化曝氣、膜分離、電滲析、萃取、絮凝沉淀、鐵碳還原等,但效果都不理想。在上述各種方法的基礎(chǔ)上,作者開發(fā)了縮合-多效蒸發(fā)法處理丙烯酸廢水工藝。1蒸發(fā)結(jié)晶工藝將酸性廢水用堿中和,使乙酸、丙烯酸成為鈉鹽,并進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶。在蒸發(fā)結(jié)晶過程中,醛、酮被蒸發(fā)分離,乙酸鈉結(jié)晶出來(lái)。冷凝廢水再進(jìn)行加堿縮合、蒸發(fā),最終縮合物形成懸浮物與水分離。整個(gè)工藝過程可設(shè)置為縮合、結(jié)晶、蒸發(fā)、冷凝的多效過程。工藝流程如圖1所示。2反滲透丙烯酸廢水主要雜質(zhì)為乙酸,含量約為3%,經(jīng)反應(yīng)釜反應(yīng)后全部轉(zhuǎn)化為乙酸鈉,乙酸鈉含量約為4%。能耗問題轉(zhuǎn)化為乙酸鈉廢水溶液經(jīng)過三效蒸發(fā)、結(jié)晶所需能量。設(shè)定反應(yīng)釜反應(yīng)后產(chǎn)生的乙酸鈉水溶液流量為1000kg/h,溫度為35℃。進(jìn)入第一效蒸發(fā)器的廢水中純水摩爾含量為99.5%。溫度為60℃。下面計(jì)算蒸發(fā)過程中蒸汽消耗。2.1計(jì)算液壓蒸餾器的熱量2.1.1蒸發(fā)后液相中水摩爾分?jǐn)?shù)根據(jù)多效蒸發(fā)原理,設(shè)定蒸發(fā)器操作溫度、壓力如表1所示。由拉烏爾定律得,蒸發(fā)后液相中水的摩爾分?jǐn)?shù)等于操作壓力與蒸汽壓力的比值。由于雜質(zhì)在液相中不損失,可根據(jù)雜質(zhì)含量與雜質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)來(lái)計(jì)算各個(gè)蒸發(fā)器所蒸發(fā)的水量,得出所需要的新鮮蒸汽量。2.1.2蒸汽量估算經(jīng)過三效蒸發(fā),各效蒸發(fā)器的氣相、液相流量與組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))如表2所示。所需蒸汽量如表3所示。由表3可知,在上述條件下,處理1000kg/h的廢水,需要新鮮蒸汽1000.47kg/h。2.2乙酸鈉蒸發(fā)結(jié)晶的熱計(jì)算公式2.2.1蒸發(fā)結(jié)晶計(jì)算從蒸發(fā)器的質(zhì)量、熱量衡算結(jié)果表得第二效蒸發(fā)器得到的乙酸鈉溶液濃度為34.8%。三水乙酸鈉晶體的熔點(diǎn)為58℃,無(wú)水乙酸鈉晶體熔點(diǎn)為324℃。乙酸鈉溶解度數(shù)據(jù)如圖2所示。三水乙酸鈉晶體的熔點(diǎn)為58℃,第二效蒸發(fā)器操作溫度為103℃,因此,第二效蒸發(fā)器中不會(huì)出現(xiàn)乙酸鈉固體。根據(jù)三水乙酸鈉晶體的溶解度可計(jì)算出50℃下,三水乙酸鈉飽和溶液中純乙酸鈉濃度為27.35%。第二效蒸發(fā)器中乙酸鈉溶液濃度僅為34.8%。為了得到更多的乙酸鈉晶體,必須對(duì)乙酸鈉溶液再進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶。由于三水乙酸鈉晶體的熔點(diǎn)限制,蒸發(fā)溫度不能高過58℃;當(dāng)溫度為50℃時(shí),水的飽和蒸汽壓為0.1205atm(1atm=101325Pa),隨著蒸發(fā)溫度的降低,水的飽和蒸汽壓逐漸下降,蒸發(fā)所需的真空度將會(huì)變得更大。設(shè)定蒸發(fā)溫度為50℃。根據(jù)乙酸鈉飽和溶液中水的摩爾分?jǐn)?shù)可計(jì)算出蒸發(fā)時(shí)的操作壓力為0.111atm。設(shè)定結(jié)晶過程中,結(jié)晶固含率(即溶液中三水乙酸鈉晶體含量)為60%,根據(jù)第二效蒸發(fā)器液相中純乙酸鈉含量、三水乙酸鈉晶體中純乙酸鈉含量、飽和溶液中純乙酸鈉含量和結(jié)晶固含率,對(duì)純乙酸鈉進(jìn)行質(zhì)量衡算,求出三水乙酸鈉晶體質(zhì)量、飽和乙酸鈉水溶液質(zhì)量和所需蒸發(fā)水量。2.2.2晶體質(zhì)量、飽和乙酸鈉水溶液質(zhì)量在上述條件下進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶,三水乙酸鈉晶體質(zhì)量、飽和乙酸鈉水溶液質(zhì)量和所需蒸汽量如表4所示。有表4可知,此蒸發(fā)結(jié)晶過程中,乙酸鈉收率為76.78%。3水質(zhì)焚燒費(fèi)用增加目前,丙烯酸企業(yè)廣泛采用焚燒法來(lái)處理丙烯酸廢水。如果企業(yè)每年產(chǎn)生14萬(wàn)噸廢水,每噸廢水焚燒費(fèi)用為200元,那么每年焚燒費(fèi)用需要2800萬(wàn)元。在假定條件下,根據(jù)熱量衡算所得數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析,結(jié)果如表5所示。4乙酸鈉晶體的收率縮合-多效蒸發(fā)處理丙烯