丙烯腈工艺废水四效蒸发技术

　　一、丙烯腈工艺废水四效蒸发技术研究概述

　　1.1蒸发的原理

　　蒸发是一种是可将富含不挥发溶质的溶液加热并使其中部分溶剂汽化并除去，从而增加溶液浓度的相变过程，是最基本的化工单元操作。四效蒸发是一种节能技术，该技术利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽作为能源，减少了对外部能源的需求，而仅在第一效中消耗生蒸汽。

　　1.2效的含义

　　一般地，在多效蒸发过程中，我们将每一个单独的蒸发器及其蒸发过程称为一效。第一效蒸发器即是通入新鲜加热蒸汽(即生蒸气)的蒸发器，从第一效蒸发器的出来的二次蒸汽被压缩机压缩，温度和压力提高，热焓值增大，然后送入下一效蒸发器的加热室作为加热蒸汽使用，该蒸发器即为第二效。三效、四效依此类推。四效蒸发即有四台蒸发器，除了第一台蒸发器采用了新鲜蒸汽，其余蒸发器的加热蒸汽均是二次蒸汽，且均来源于前一台蒸发器。使用四效蒸发的目的是使能源(即蒸汽)得到再利用，降低能耗，提高经济性。

　　1.3流程概述

　　某260kt/A丙烯腈工艺废水四效蒸发浓缩工艺流程示意图如图1所示。该工艺废水温度113℃，操作压力600kPa，流速7148.1kg/h，且丙烯腈聚合物(C6H8N2O计算)含量816kg/h。通过四效蒸发操作系统，大部分工艺水可被回收，而只有一小部分废水被送入焚化炉或生化处理系统。要求废水中有至少83%的水分能够被蒸发掉，冷凝后的纯净水可作为生产过程中的循环水使用，浓缩液中丙烯腈聚合物的质量浓度可达到5.9%以上。

　　从上图可以看出，该四效蒸发系统在真空中运行，并流操作。首先是包含重组分的废水被送入第一蒸发器，同时新鲜蒸汽被送入以加热其中的废水，并将产生的二次蒸汽引入第二台蒸发器，使第二效的废液在比第一效低的温度下蒸发，该过程将依次进行到第四蒸发器浓缩后的废水由残液泵送到废水焚烧系统，第一、第二、第三、第四蒸发器蒸出的二次蒸汽经冷凝、汽提后送回丙烯腈装置再利用。

　　利用化工流程模拟软件对该工艺过程进行模拟研究得出最终浓缩液中丙烯腈聚合物(C6H8N2O)的质量分数为5.98%>5.9%，满足废水的分离要求。原废水中水含量为：75148.1-816=74332.1kg/h，经过四效蒸发工艺蒸发后的水量为：12414�4kg/h，则蒸发率为(74332.1-12414.4)/74332.1=83.3%，达到工艺要求。

　　故得出：由于丙烯腈工艺废水四效蒸发中第二、第三、第四效蒸发器的热源均来自于前一台蒸发器的二次蒸汽，节省了一定量的生蒸汽，降低了装置的能耗。

　　二、新技术、新装置在丙烯腈工艺废水四效蒸发技术中的应用

　　随着当代化工对丙烯腈的需求越来越高，研究者们开始在原有方法上进行工艺改进以及一些新装置研究，以此来提升丙烯睛工业废水的处理能力，减少处理成本。

　　2.1膜分离在四效蒸发中的应用

　　膜分离技术是一种当代新的分离技术，具有分离条件温和，无相变和化学变化，选择性好，能耗低，生产成本低等优点。因而被应用于如药学以及与食品、化工、冶金、环境保护等行业。王华同等人通过研究对比化学氧化法技术，铁炭微电解法技术，混凝法技术，四效蒸发技术四种技术对丙烯腈废水进行了预处理，得到研究结果显示只有四效蒸发法预处理后的废水满足膜分离的进水要求。

　　通过四效蒸发浓缩技术进行预处理过后的废水，再用膜分离技术的反渗透处理，通过调节废水的酸碱度，及采纳不同的分离膜展开对比研究，得丙烯腈工业废水的除CN-率获得了极大的提升，而且在处理的过程中避免了二次污染。能耗低，资源消耗少，达到了一个节约成本的效果。所以选用四效蒸发浓缩技术与膜分离技术互相融合来妥善处理丙烯腈废水应是当前化工行业一个被广泛应用的方式。

　　2.2热力蒸汽再压缩(MVR)

　　机械式蒸汽再压缩技术是一种新型的蒸发节能技术，节能效果明显，但是其关键技术主要被国外掌握，目前广泛应用于饮料、食品、化工等行业。随着近几年我国开始有许多学者开始研究该技术的可行性与经济学分析，我国一些企业开始应用该技术，因而该技术在我国具有一个良好的发展前景与空间。与传统四效蒸发相比，能够提高制热效能，使蒸发量大，减少换热面积，提高蒸汽利用率。

　　MVR技术替代多效蒸发，气液分离是其中关键的设备之一。李凯等人通过分析对比重力沉降分离器，惯性分离器，管柱式气液分离器，旋流板式气波分离器等几种常见气液分离器的结构和特点，同MVR处理技术相结合，因为管柱式气液分离器具有结构简单，造价低，应用前景广泛，以及在MVR技术中能更好的应用它的优势，最后选择管柱式气液分离器进行研究。模拟了进料温度，压缩比对整个蒸发浓缩过程的影响，并且研究了最佳分离器的柱体高度，当其不小于1000mm时，分离效果较好，基于这个研究，工业上能更好的设计出分离器，使得能更加容易与丙烯腈废水处理结合。丙烯腈废水处理量有所提高，并且降低其处理成本。

　　2.3闪蒸-降膜式蒸发器

　　高浓度、高粘度、高热敏性的物料使用降膜式蒸发器进行蒸发浓缩，能达到一个较好的分离效果，并且降膜式蒸发器具有蒸发能力高、生产成本、低能源消耗低、结构简单、连续操作时较稳定、处理量大、真空低温操作、物料停留时间短和保证物料不变性特点和优势，并且真空低温操作。丙烯腈废水的处理恰好是一个低温真空下的操作且该废水属于热敏性物料，故降膜式蒸发器更适合应用于丙烯腈废水四效蒸发处理的过程中。然而把降膜式蒸发器应用于MVR丙烯腈废水研究报道却是极少。

　　郝帅等人通过使用现代化工设计软件，对降膜式蒸发器的结构进行设计以及研究其性能。研究结果显示降膜式蒸发器应用于MVR技术能大大的节约能源的消耗，并且浓缩使丙烯腈废水中有害物质的含量大大降低。研究结果还显示出最佳的壳程流场均匀性的导流筒，和最合适的布膜器以及最佳成膜位置的设计，对其关键的结构叶轮进行了设计。基于上述设计的结论，可以更好的设计降膜式蒸发器，把其应用于丙烯腈废水处理过程中，能达到一个很好的处理污水效果，基本实现零排放。

　　三、结论

　　随着国家对环境保护的重视，化工行业废水的排放标准也越来越高，因而丙烯腈工艺废水的排放标准已经成为制约企业生产丙烯腈发展的重要因素。论文综述了丙烯腈工艺废水处理的各种方法和新技术、新装置与丙烯腈工艺废水四效蒸发处理技术相结合的使用，同时重点论述四效蒸发处理工艺，经过蒸发浓缩处理，不仅浓缩的液体原料能满足随后的处理站的要求，而且节约了大量的水和水蒸汽的量，整个工艺具有节能降耗的意义。(来源：贵州大学化学与化工学院化工系)