一种多效蒸发法处理丙烯酸废水的研究

一种多效蒸发法处理丙烯酸废水的研究

磷酸是重要的化工原料，在生产过程中不可避免地会产生大量的酸性废水。该废水cod高，有许多含有杂质的有机杂质，如甲醛、乙醛、醋酸、丙酮和丙烯酸，其中醋酸含量最高。为了降低丙烯酸废水处理成本,各研究单位不断地研究新的处理方法,包括活性炭吸附、离子交换树脂、生化曝气、膜分离、电渗析、萃取、絮凝沉淀、铁碳还原等,但效果都不理想。在上述各种方法的基础上,作者开发了缩合-多效蒸发法处理丙烯酸废水工艺。1蒸发结晶工艺将酸性废水用碱中和,使乙酸、丙烯酸成为钠盐,并进行蒸发结晶。在蒸发结晶过程中,醛、酮被蒸发分离,乙酸钠结晶出来。冷凝废水再进行加碱缩合、蒸发,最终缩合物形成悬浮物与水分离。整个工艺过程可设置为缩合、结晶、蒸发、冷凝的多效过程。工艺流程如图1所示。2反渗透丙烯酸废水主要杂质为乙酸,含量约为3%,经反应釜反应后全部转化为乙酸钠,乙酸钠含量约为4%。能耗问题转化为乙酸钠废水溶液经过三效蒸发、结晶所需能量。设定反应釜反应后产生的乙酸钠水溶液流量为1000kg/h,温度为35℃。进入第一效蒸发器的废水中纯水摩尔含量为99.5%。温度为60℃。下面计算蒸发过程中蒸汽消耗。2.1计算液压蒸馏器的热量2.1.1蒸发后液相中水摩尔分数根据多效蒸发原理,设定蒸发器操作温度、压力如表1所示。由拉乌尔定律得,蒸发后液相中水的摩尔分数等于操作压力与蒸汽压力的比值。由于杂质在液相中不损失,可根据杂质含量与杂质在液相中的摩尔分数来计算各个蒸发器所蒸发的水量,得出所需要的新鲜蒸汽量。2.1.2蒸汽量估算经过三效蒸发,各效蒸发器的气相、液相流量与组成(质量分数)如表2所示。所需蒸汽量如表3所示。由表3可知,在上述条件下,处理1000kg/h的废水,需要新鲜蒸汽1000.47kg/h。2.2乙酸钠蒸发结晶的热计算公式2.2.1蒸发结晶计算从蒸发器的质量、热量衡算结果表得第二效蒸发器得到的乙酸钠溶液浓度为34.8%。三水乙酸钠晶体的熔点为58℃,无水乙酸钠晶体熔点为324℃。乙酸钠溶解度数据如图2所示。三水乙酸钠晶体的熔点为58℃,第二效蒸发器操作温度为103℃,因此,第二效蒸发器中不会出现乙酸钠固体。根据三水乙酸钠晶体的溶解度可计算出50℃下,三水乙酸钠饱和溶液中纯乙酸钠浓度为27.35%。第二效蒸发器中乙酸钠溶液浓度仅为34.8%。为了得到更多的乙酸钠晶体,必须对乙酸钠溶液再进行蒸发结晶。由于三水乙酸钠晶体的熔点限制,蒸发温度不能高过58℃;当温度为50℃时,水的饱和蒸汽压为0.1205atm(1atm=101325Pa),随着蒸发温度的降低,水的饱和蒸汽压逐渐下降,蒸发所需的真空度将会变得更大。设定蒸发温度为50℃。根据乙酸钠饱和溶液中水的摩尔分数可计算出蒸发时的操作压力为0.111atm。设定结晶过程中,结晶固含率(即溶液中三水乙酸钠晶体含量)为60%,根据第二效蒸发器液相中纯乙酸钠含量、三水乙酸钠晶体中纯乙酸钠含量、饱和溶液中纯乙酸钠含量和结晶固含率,对纯乙酸钠进行质量衡算,求出三水乙酸钠晶体质量、饱和乙酸钠水溶液质量和所需蒸发水量。2.2.2晶体质量、饱和乙酸钠水溶液质量在上述条件下进行蒸发结晶,三水乙酸钠晶体质量、饱和乙酸钠水溶液质量和所需蒸汽量如表4所示。有表4可知,此蒸发结晶过程中,乙酸钠收率为76.78%。3水质焚烧费用增加目前,丙烯酸企业广泛采用焚烧法来处理丙烯酸废水。如果企业每年产生14万吨废水,每吨废水焚烧费用为200元,那么每年焚烧费用需要2800万元。在假定条件下,根据热量衡算所得数据进行经济分析,结果如表5所示。4乙酸钠晶体的收率缩合-多效蒸发处理丙烯