CN113354006A - 一种多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置高酸度废水处理工艺及装置 - Google Patents
一种多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置高酸度废水处理工艺及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置高酸度废水处理工艺及装置，所述处理工艺具体为，多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置高酸度废水预热后经减压蒸发，得到的浓缩废水与进料废水发生热交换后重新用于多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置回收硫酸；减压蒸发所得蒸气经冷凝后分离出液相用于硝烟的吸收。本发明所述处理工艺实现了废水中组分回收闭环，此外充分利用了热量交换，降低了能耗，避免现有技术中生化处理方式的缺陷，整体提升了综合效益。
Description
技术领域
本发明涉及化工废酸处理技术领域，特别涉及一种多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置高酸度废水处理工艺及装置。
背景技术
多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置中产生的高酸度有机废水硫酸浓度约1.5％-2.0％，含有一、二硝基甲苯约20mg/L，***约200mg/L；传统的高酸度有机废水与低酸度有机废水混合后进入废水生化处理装置进行处理。高酸度有机废水中含有较高浓度硫酸和难以生化降解的多硝基化合物。在酸性有机废水生化处理过程中，较高浓度的硫酸消耗碱，同时产生加高浓度的硫酸盐。含较高浓度硫酸盐的有机废水危害废水处理生化***，同时造成处理后的废水中盐含量升高。
现有技术采用传统的高酸度有机废水与低酸度有机废水混合后进入废水生化处理装置进行处理。存在问题有：(1)高酸度有机废水中含有较高浓度硫酸，较高浓度的硫酸消耗碱，同时产生加高浓度的硫酸盐。含较高浓度硫酸盐的有机废水危害废水处理生化***，同时造成处理后的废水中盐含量升高；(2)难以生化降解的多硝基化合物使废水生化处理难度加大；(3)多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置运行过程中能量不平衡，有一定数量的低品质蒸汽(压力0.1MPa-0.2MPa)不能回收利用，造成环境热污染。
事实上，高酸度有机废水中的硫酸是可以重复利用的，另外废水中包含了大量可回收的多硝基甲苯，因此为减轻废水生化处理装置的处理负担，提高综合效益，有必要提出一种新的高酸度废水处理工艺。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置高酸度废水处理工艺，本发明第二个目的在于提供上述处理工艺的装置；上述目的用于至少解决现有技术中上述存在的诸多问题之一。
鉴于此，本发明的技术方案如下：
一种多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置高酸度废水处理工艺，包括如下步骤：多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置产出的高酸度废水预热后经减压蒸发，经浓缩后的废水与进料废水发生热交换后重新用于多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置回收硫酸；减压蒸发所得蒸气经冷凝后分离出液相用于硝烟的吸收。
根据本发明的实施例，所述减压蒸发条件为：30-38kPa。
根据本发明的实施例，所述多硝基甲苯废水中硫酸浓度低于4wt％。
根据本发明的实施例，所述浓缩后的废水中硫酸浓度低于10wt％。
一种多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置高酸度废水处理装置，其特征在于，包括热量回收器、蒸发器及冷凝器；其中：热量回收器的一侧连通有废水进料管，另一侧由热废水进料管与蒸发器的下部连通；蒸发器设有蒸汽进料管及蒸气回水管，还设有与热量回收器连通的热酸出料管；废水与浓缩废水分别经废水进料管、热酸出料管在热量回收器内换热，再分别由热废水进料管和酸出料管离开热量回收器；
冷凝器的一侧设蒸气管与蒸发器的上部连通，另一侧设冷凝出料管。
根据本发明的实施例，所述废水进料管设有废水调节阀，所述蒸汽进料管设有蒸气调节阀，进料所述蒸发器设有液位计，液位计分别与废水调节阀及蒸气调节阀发生联锁，用于控制废水进料量及加热蒸汽量。
根据本发明的实施例，所述装置还包括酸存储槽及冷凝水存储槽；所述酸出料管与所述热量回收器的下部连通，另一端进入酸存储槽液面以下；所述冷凝出料管与所述冷凝器的下部连通，另一端进入冷凝水存储槽液面以下。
根据本发明的实施例，所述热废水进料管连通所述蒸发器的底部。
根据本发明的实施例，所述蒸气管与所述蒸发器连接处设有除沫器。
根据本发明的实施例，所述蒸发器内设有竖向切割液面的挡板。
相比现有技术，本发明取得的效果为：
1.本发明高酸度废水处理工艺在得到浓度较高的浓缩硫酸废液，同时还保留了溶质中的多硝基甲苯组分，可以再次用于多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置回收硫酸；冷凝液相包含部分低沸点组分不需要直接处理可以重新进入硝烟吸收装置综合利用，实现了废液主要成分的闭环回收，有效地避免了现有生化处理技术的缺陷。
2.本发明中采用热量回收器产生热交换，对热量进行了回收利用，降低了能耗的同时提升了蒸发效率；另外不需要苛求设备的材质即可满足工艺的要求，增强了装置的可行性，有效地降低了成本，提高了综合效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明高酸度废水处理装置整体示意图。
图2为本发明蒸发器结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
本发明提供一种多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置高酸度废水处理工艺，多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置产出的高酸度废水预热后经减压蒸发，经浓缩后的废水与进料废水发生热交换后重新用于多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置回收硫酸；减压蒸发所得蒸气经冷凝后分离出液相用于硝烟的吸收。
优选地，所述减压蒸发条件为：30-38kPa，75℃；所述多硝基甲苯废水中硫酸浓度低于4wt％，所述浓缩后的废水中硫酸浓度低于10wt％。选择上述的条件的原因在于，低于4wt％的硫酸废水在30kPa低压条件下硫酸溶液的沸点不超过75℃；在38kPa低压条件下硫酸溶液的沸点不超过80℃，且在稀酸水溶液中，75-80℃条件下多硝基甲苯不易随水蒸汽挥发；硫酸废水浓度在10wt％以下、温度80℃及以下时采用904L不锈钢材质具有良好的耐腐蚀性。
此外根据硫酸水溶液特性，70wt％浓度以下硫酸溶液沸腾液面上的气相中硫酸含量为0，因此在低于10wt％的条件下，更不会存在硫酸气化的问题。
参阅图1，本发明提供一种用于多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置高酸度废水处理的设备，包括：
1、热量回收器；2、蒸发器；3、冷凝器；4、真空泵；5、酸存储槽；6、酸输送泵；7、冷凝水存储槽；8、冷凝水输送泵；9、废水进料管；10、热废水进料管；11、热酸出料管；12、酸出料管；13、酸输送管；14、蒸气管；15、冷凝出料管；16、不凝气体出口管；17、不凝气体输送管；18、冷凝水输送管；19、蒸汽进料管；20、蒸汽流量计；21、蒸汽调节阀；22、废水流量计；23、废水调节阀；24、冷却水进料管；25、冷却水出料管；26、蒸汽回水管；201、液位计。以及其他相关连接管线、阀门。
其中：废水进料管9与热量回收器1的左侧连通，废水进料管9沿热量回收器1方向依次设有废水流量计22、废水调节阀23；热量回收器1下部依次设有酸出料管12、酸存储槽5，酸存储槽5连通酸输送管13及酸输送泵6。
热量回收器1右侧通过热废水进料管10与蒸发器2下端连通；蒸发器2左侧连通有蒸汽进料管19，蒸汽进料管19上设有蒸汽调节阀21；蒸发器2左下侧设有蒸汽回水管26，蒸汽回水管26上设有蒸汽流量计20；蒸发器2上设有液位计201；蒸发器2的右下侧设有热酸出料管11并与热量回收器1的上部连通。
废水调节阀23及蒸汽调节阀21分别与液位计201联锁，用于通过掌握液位计201的动态值控制分别废水调节阀23、蒸汽调节阀21，以分别实现控制废水进料流量、蒸汽流量来保证蒸发器2中蒸发的稳定性。具体地，液位计201、蒸汽流量计20、蒸汽调节阀21、废水流量计22、废水调节阀23共同组成蒸发器2的蒸发液位控制***，自动控制蒸发器2中的物料液位在正常值，液位控制***可以采用常见的DCS控制。
蒸发器2的上部通过蒸气管14与冷凝器3连通；冷凝器3左侧设有冷却水进料管24、右侧设有冷却水出料管25、下侧设有冷凝出料管15；冷凝出料管15连通有冷凝水存储槽7，冷凝水存储槽7连通冷凝水输送泵8并由冷凝水输送管输送冷凝水；冷凝出料管15上还设有气体出口管16；气体出口管16经真空泵4由气体输送管17输送不凝气体。
本实施例中，热量回收器1类似于常见的换热器结构，如管式换热器，通过管程及壳程接触产生热交换，低温高酸度有机废水与经蒸发器2出来的热酸在管程及壳程中逆向流动发生热交换，从而实现热量的回收利用。
在本实施例中，酸出料管12***酸存储槽5液面下，以保持蒸发器2的真空度；冷凝水出料管15***冷凝水存储槽7液面下，以保持蒸发器2的真空度；真空泵4通过气体出口管16连接冷凝水出料管15，并分离出不凝气体，使蒸发器2保持真空度。
本实施例中，为了提升蒸发器2的可靠性及工作效率，设计了特殊的结构，如图2所示，其中：201为液位计，202为除沫器，203为加热管，204为挡板，205为液相进料管，206为壳体，207为液相出料口，208为气相出料口。其中：液相进料管205、液相出料口207、气相出料口208分别连通壳体206，壳体206承受内外压力差；加热管203提供蒸汽给蒸发器2提供热量；除沫器202消除气化蒸气中夹带的酸液雾沫；挡板204辅助控制液位，提高液位的精确度；液相进料管205从蒸发器2底部进入壳体206可减少雾沫夹带；液相出料口207用于浓缩稀酸的出料。优选地，加热管203为常见的加热盘管，如蛇形管，提供较大的换热面积；除沫器202包含网状结构，设置在液相出料口207下端；挡板204在蒸发器2底部竖直向上设置，切割液面防止液面因沸腾产生的剧烈波动。
基于上述装置，本发明所述多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置高酸度废水处理装置的工作过程如下：
1)来自上游多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置产生的高酸度有机废水(约20℃，质量浓度低于4％)进入废水进料管9，分别经废水调节阀23、废水流量计22分别调节、计量流量，液位计201显示蒸发器2的液位，当液位高于设定值，自动关闭，停止进废水；
2)需要处理流量的高酸度有机废水经过热量回收器1换热；
3)经换热后的高酸度有机废水经热废水进料管10从底部进入蒸发器2；
4)加热蒸汽进入蒸汽进料管19，经蒸汽调节阀21、蒸汽流量计21分别控制、计量流量后进入蒸发器2加热蒸发；蒸汽释放热量后产生冷凝水通过冷凝水出口管26排出，液位计201显示蒸发器2中的液位，当液位低于设定值，加热蒸汽调节阀21自动关闭，停止加热蒸汽；控制真空泵4保持蒸发器2的壳体201内部压力保持在30-38kPa。
5)经蒸发器2浓缩得到的热硫酸经热酸出料管11进入热量回收器1与进料废水发生换热后降温，降温后的浓缩稀酸经酸出料管12进入酸存储槽5，由酸输送泵6、酸输送管13输送至上游多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置进一步回收硫酸。
6)同时，高酸度有机废水受热蒸发出的蒸气经蒸气管14进入冷凝器3冷凝；冷却水自冷却水进料管24进入冷凝器3换热后从冷却水出料管25流出；冷凝器3冷凝后的中心冷凝水从冷凝水出料管15进入冷凝水存储槽7，并经冷凝水输送泵8、冷凝水输送管18进入吸收装置综合利用；
7)不凝气体经气体出口管16，由真空泵4经气体输送管17输送至吸收硝烟装置。
本发明的基本原理如下：
上游生产产生的高酸度有机废水浓度一般在4wt％以下，该硫酸废水溶液的沸点在常压下接近100℃，但在30-38kPa压力条件下约为75-80℃，该条件下的稀酸水溶液中，***不易随水蒸汽挥发；此外根据硫酸水溶液特性，低浓度下的硫酸溶液沸腾液面上的气相中硫酸含量为0。因此通过设计本发明废硫酸浓缩回收工艺在低压条件下去除低沸点挥发性组分后，得到浓度较高的浓缩硫酸废液，同时还保留了溶质中的多硝基甲苯组分，可以再次进入多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置回收硫酸。此外，蒸发浓缩后的硫酸废液与硫酸废水原液发生热交换，对热量进行了回收利用，降低了能耗提升了换热效率；另外经低压蒸发后低沸点组分经冷凝后对冷凝液相及气相进行了分离，冷凝液相包含部分低沸点组分不需要直接处理可以重新进入硝烟吸收装置综合利用；综上所述，本发明提供的多硝基甲苯废硫酸浓缩回收工艺将废水主要组分回收并实现闭环处理，促成循环经济，有效地减轻了现有技术废水生化处理的负担，整体提高综合效益。
根据常识，硫酸在浓度10wt％以下、温度80℃及以下时采用904L不锈钢材质具有良好的耐腐蚀性，本发明所述处理工艺温度均在80℃以下，因此不需要苛求设备的材质即可满足工艺的要求，增强了装置的可行性，有效地降低了成本。
实施例1
来自上游产生的约20℃的4wt％浓度硫酸废水进料，经过热量回收器1(换热面积约10m2)加热至约33℃后从底部进入蒸发器2；启动真空泵4维持蒸发器2内压力在35kPa，压力为0.1MPa-0.2MPa的加热蒸汽经蒸汽调节后进入蒸发器2(加热管面积约40m2)进行低压蒸发；在保证液位计201正常下蒸发温度为80℃，硫酸废水进料流量设定为1500kg/h。该工况下装置运行正常，酸出料管12中出料温度为50℃，检测酸存储槽5中硫酸浓度为10wt％、多硝基甲苯含量为1.1g/L，检测冷凝水存储槽7中硫酸浓度为0。
实施例2
在实施例1换热面积相同的条件下，进料硫酸废水浓度为2wt％，低压蒸发压力为30kPa，进料流量设定为1200kg/h，在保证液位计201正常下蒸发温度为75℃。该工况下装置运行正常，酸出料管12中出料温度为44℃，检测酸存储槽5中硫酸浓度为7.9wt％、多硝基甲苯含量为0.88g/L，检测冷凝水存储槽7中硫酸浓度为0。
以上实施例说明，采用本发明提供的装置及工艺可以实现硫酸废水的浓缩并且装置运行正常，达到了硫酸浓度提升及零损失的目的，为硫酸废水主要组分回收利用提供了支撑，有效地避免了现有生化处理技术的缺陷。
本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。
Claims (10)
1.一种多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置高酸度废水处理工艺，其特征在于，多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置产出的高酸度废水预热后经减压蒸发，经浓缩后的废水与进料废水发生热交换后重新用于多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置回收硫酸；减压蒸发所得蒸气经冷凝后分离出液相用于硝烟的吸收。
2.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述减压蒸发条件为30-38kPa。
3.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述多硝基甲苯废水中硫酸浓度低于4wt％。
4.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述浓缩后的废水中硫酸浓度低于10wt％。
5.一种多硝基甲苯废硫酸真空浓缩装置高酸度废水处理装置，其特征在于，包括热量回收器(1)、蒸发器(2)及冷凝器(3)；其中：
热量回收器(1)的一侧连通有废水进料管(9)，另一侧由热废水进料管(10)与蒸发器(2)的下部连通；蒸发器(2)设有蒸汽进料管(19)及蒸气回水管(26)，还设有与热量回收器(1)连通的热酸出料管(11)；废水与浓缩废水分别经废水进料管(9)、热酸出料管(11)在热量回收器(1)内换热，再分别由热废水进料管(10)和酸出料管(12)离开热量回收器(1)；
冷凝器(3)的一侧设蒸气管(14)与蒸发器(2)的上部连通，另一侧设冷凝出料管(15)。
6.根据权利要求5所述的处理装置，其特征在于，所述废水进料管(9)设有废水调节阀(23)，所述蒸汽进料管(19)设有蒸气调节阀(21)，进料所述蒸发器(2)设有液位计(201)，液位计(201)分别与废水调节阀(23)及蒸气调节阀(21)发生联锁，用于控制废水进料量及加热蒸汽量。
7.根据权利要求5所述的处理装置，其特征在于，还包括酸存储槽(5)及冷凝水存储槽(7)；所述酸出料管(12)与所述热量回收器(1)的下部连通，另一端进入酸存储槽(5)液面以下；所述冷凝出料管(15)与所述冷凝器(3)的下部连通，另一端进入冷凝水存储槽(7)液面以下。
8.根据权利要求5所述的处理装置，其特征在于，所述热废水进料管(10)连通所述蒸发器(2)的底部。
9.根据权利要求5所述的处理装置，其特征在于，所述蒸气管(14)与所述蒸发器(2)连接处设有除沫器(202)。
10.根据权利要求5所述的处理装置，其特征在于，所述蒸发器(2)内设有竖向切割液面的挡板(204)。
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