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蒸发技术
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污水蒸发结晶处理
来源:常州嘉强蒸发器有限公司 时间:2019-01-18 浏览:

一、转变思想观念,变废为宝
  废水也是资源。生物化工、无机盐化工、食品工业,肉类加工、造纸业、酒精等工业废水中含有的纤维素、糖、蛋白、氮基酸、无机盐等有用的资源,扔掉是害,取出是宝,治理废水要将废水中有用的资源提取出来,废水通过蒸发成为蒸汽冷凝水,是废水不废,实现清洁生产和真正意义上的美好环境。

  无论是过去还是现在的企业是以获取良好的经济效益为目的。如果在废水治理上只有投入,没有产出,企业是不会有积极性的。自颁布国家国家环境保护法以来,某些企业宁愿罚款,也不认真的进行废水治理,因此废水外排现象时有发生,更有受到利益驱使,认为治废就是扔钱,治理越彻底,钱扔的就越多,所以无论是环保的管理者,还是企业的负责人,必须转变思想观念,废水就是资源。治理废水应是有投入,有产出,有社会效益,也有经济效益的一种产业,尤其是有着高浓度废水的企业,废水是宝,废水浓度越高,采用蒸发器浓缩,连续结晶的投入会越少(因为蒸发水量少)。对于有低浓度废水的企业,要改变原有产品生产工艺,使废水浓度提高,才能使废水治理投入减少。如谷氨酸产业,谷氨酸产品的废水量大,浓度低(含硫酸铵浓度3-4%),大部分企业为了竞争,为了获取大的利润,治理不彻底,经常偷偷排放,平时储存废水的地方,快成了一座水库,甚至占据一条河。废水中的硫酸铵、糖、蛋白、纤维素全是有用的物质。国外谷氨酸企业清洁生产没有废水,生产工艺与我国谷氨酸提取工艺大不相同,发酵后的谷氨酸溶液,经过膜过滤,截留糖、蛋白、纤维素成为饲料,再将9%浓度的谷氨酸铵溶液,蒸发浓缩至28%,采用四效降膜+热泵蒸发工艺,蒸发温度低于75℃,蒸发1吨水,仅消耗0.20吨蒸汽。再等电点连续结晶,谷氨酸一次结晶,便成为γ形结晶,粒度大于0.15mm,而含有硫酸铵(有些是氯化铵)的废水浓度达到13-14%,再蒸发结晶出硫酸铵肥料。这种生产工艺彻底解决了氨氮工业废水难以治理的难题,而产出部分足以抵消治理的费用,还有余额,这才是受企业欢迎的废水治理方案。


二、采用真空蒸发结晶的工艺治理工业废水。
  这种工艺是很成熟的,目前应用于工业废水中提取氯化铵(农用一级品),硫酸铵、氯化钠、硫酸钠等无机盐类,已有数十年的历史。尤其近几年,技术越来越先进,能耗越来越低,自动化程度越来越高,材料越来越好,使用年限越来越长。下面我分别介绍真空蒸发和真空连续结晶的生产工艺。
  1.真空蒸发工艺:即再真空状态下料液沸点降低的物理特性进行低温(100℃-40℃)蒸发浓缩,真空度越高,料液沸点就越低。(查水蒸气技术特性表)真空是如何形成的呢?是蒸汽瞬间突然被冷凝形成的,再辅以真空泵抽走不冷凝性气体,以保证真空的稳定,目前较为经济的做法是用常温冷却水或低温冷却水冷凝蒸气。我们如何控制真空度的高低呢?控制冷却水的温度及水量就可以了。
  真空蒸发可分为单效生产,也可以分为多效生产,效数越多能耗越低,但随之投资业越大。效数的确定是根据物料蒸发浓缩的量、投资与能耗的对比来确定的。物料蒸发的水量按每小时计,现在已可以做到单套每小时蒸发250吨-50公斤。一单套每小时蒸发水量数百公斤至数十吨比较常做,为了节约能耗,在首效的前面加一台蒸汽喷射压缩泵(简称热泵),则能耗更低,蒸发1吨水需锅炉的生蒸汽多少,为蒸汽消耗比。即常说的蒸发1吨水消耗多少蒸汽,这是衡量蒸发先进与否的一项重要参数,目前世界上较好方式是:
   单效+热泵 蒸汽消耗比 0.55~0.65
   双效+热泵 蒸汽消耗比 0.38~0.42
   三效+热泵 蒸汽消耗比 0.28~0.33
   四效+热泵 蒸汽消耗比 0.20~0.22
   五效+热泵 蒸汽消耗比0.16~0.18

  我国真空蒸发的能耗在某些行业已接近世界^,但大多数行业水平还是较低,主要表现在不同的沸点进料、二次闪发和冷凝水热量的再利用,真空度不高,料液沸点温度还不够低,以及自动调节仪表的材质差等等。更主要的是理论水平和实际水平工作创新能力,还远远落后于发达国家。


2真空结晶工艺
  真空结晶分为:真空蒸发连续结晶和真空闪发降温连续结晶,都是在真空状态下,结晶溶液沸点温度降低的物理特性,进行连续结晶的。
  真空蒸发结晶工艺是在真空的状态下边蒸发边结晶,如谷氨酸钠就是采用这种工艺,按规模说年产2-4万吨的味精,一套真空蒸发结晶设备即可以。工业废水中提取无机盐,如氯化铵、硫酸铵、氯化钠、硫酸钠、碳酸氢钠等,也采用真空连续结晶。这种工艺可单效,也可以多效,根据蒸发数量决定,结晶温度要根据结晶物体的工艺特性和饱和溶解度曲线确定。实际应用中,结晶温度尽量低些,便于结晶设备选择较便宜的材料,降低投资造价,温度太低也不可取。因为未效二次蒸汽比容太大,设备做的大而增加投资。真空蒸发结晶工艺的特点是结晶粒度大,颗粒均匀,能耗低,操作费用低,技术含量高。

  真空闪发结晶工艺是真空状态下,边闪发降温,边结晶。结晶温度可以做的很低,为提高收率,甚至在0℃前可做到。谷氨酸等电点连续结晶,就是闪发结晶工艺,他要求2-3℃结晶,闪发蒸汽几乎达到0℃。闪发过程就是降温过温。比如从30℃降至10℃,结晶溶液的比热×结晶溶液的重量/小时×(30℃-10℃)除以10℃时该溶液的汽化潜热等于闪发蒸汽量/小时,也就是说闪发掉这么多蒸汽,结晶溶液才能从30℃降至10℃,而真空状态同样需要低温冷却水,甚至冷冻盐水去冷凝闪发蒸汽,也同样需要真空泵抽取不凝性气体,以保持真空的稳定。真空闪发结晶工艺应用也很广泛,谷氨酸、异维C纳,木糖醇、维生素C,无机盐中,七水硫酸镁、工业硝酸钾、五水硫酸铜等均采用。和间歇冷却结晶工艺相比,优势是能耗低,结晶颗粒大小可控制,粒度园滑均匀,技术含量高,占地面积小,投资总费用不高。


3、真空多效蒸发+喷雾干燥工艺。

  废水中有用物质如蛋白质,胶体等不适合用结晶的方法进行固液分离的物质,而且废水浓度又不高,采用真空多效蒸发+喷雾干燥工艺,即可把废水变成蒸汽冷凝水,又可以把废水中的有用物质,变成饲料的添加剂,如肉类联合加工厂中的血水,洗肉水过去都是作为废水扔掉了,即污染环境又损失了资源,国外已采用这种工艺将血蛋白全部回收,卖给饲料厂,很受欢迎,而肉联厂又取得了经济效益,一举两得。淀粉工业中的玉米、小麦、马铃薯等、洗涤水、浸泡水含有淀粉、蛋白、乳酸等。国内有很多淀粉厂都把它作为废水扔掉了,其中可以蒸发浓缩至50%,再喷雾干燥成蛋白饲料添加剂,而浸泡水变成了蒸汽冷凝水,完全可以做为工艺水再回收使用,而淀粉厂臭烘烘的环境一去不复返。


4、技术的成熟和可靠

  上述技术均为物理过程,没有化学反应,技术上是成熟的、可靠的。国人在掌握控制这些技术时,还有新的发展和创新,但是完成一项工程设计,必须要进行物料和热量的衡算,这需要企业配合,提供该废水的基础理化参数如比热、结晶热、重度、粘度。(均为不同温度,不同浓度的条件下)如蒸发浓度,首先要提供初始量(KG/小时),初始浓度,初始温度,接着要提供,终止量(KG/小时),终止浓度,终止温度,如果需要真空结晶,还要提出结晶粒度要求,提供废水中其它物质含量,要准确。特殊的废水还要提供不同浓度下的蒸汽分压(沸点升高)因为一般盐类溶液的蒸汽分压,手册中可以查到。只有和企业密切的配合,才能完成一件^的设计和精密的制造。


三、废水蒸发、结晶的设备和材质

1、真空蒸发的设备

  (1)降膜蒸发器,降膜蒸发器用途^广泛,能耗低(蒸汽、电)热接触时间短,初始物料从进蒸发器至出蒸发器,往往才几十秒钟,即使四效,也不超过二分钟,尤其适应热敏性物质。热传导温差小也可以生产,所以蒸发温度可以设计很低。如前面所述的谷氨酸浓缩,就是选用的降膜蒸发器,四效+热泵。首效温度仅有74℃~75℃。降膜蒸发器分直流式和循环式,直流式从节能和二次蒸发再利用上均好于循环式,尤其适合热敏性强的溶液蒸发浓缩。

  (2)外加热式强制循环蒸发器,他由加热室和蒸发室组成,靠循环管、循环泵连接成一个整体,它适合于有结晶颗粒或粉粒的溶液蒸发浓缩。结构简单,容易操作,^不足的是循环泵、电耗相对较高。目前,国内普遍使用的循环泵是单悬臂,双端面机械密封的轴流泵,流量大,杨程小,转速低,机械密封处有冷却水和密封水,只要保持水的清洁和供应,机械密封一般不会损坏,该蒸发器经三十余年的运行改进,国内已掌握了不堵管,不结垢等技术要点,已能够设计出和国外相同的,传热系数高的蒸发器。


2、真空蒸发结晶器和真空闪发结晶器

  真空蒸发结晶器和真空闪发结晶器连续结晶,它与间歇结晶器的概念完全不同间歇结晶为常压,真空蒸发器和真空闪发结晶器是在真空状态下连续结晶,连续进料、连续出料。生产是均衡的连续的,真空蒸发器结晶器是在相同的压力温度下,边蒸发,边结晶生产,因此它有加热室和蒸发结晶室。真空闪发结晶是降温结晶。它需要闪发一部分热量(把热量变成水蒸气闪发出去)所以它不需要加热室,只有闪发结晶室,而结晶室内又分为闪发区,晶核成长区、沉降区、母液分离区,中央循环管区等,尤其是D、T、B型结晶罐,还设有立式轴流泵,进行自身循环,让新的物料降温,在中央循环管内进行,不破环结晶在介稳区内正常生长,因此这种结晶器,结晶颗粒大,粒度均匀、园滑,是间歇结晶不能比拟的。

  结晶器的类型分为FC型,奥斯陆型和DTB型,世界各国都是在这三种结晶器的基础上,不断研究,不断改进,以形成自己的风格,朝着更节能,更节省材料,结晶效果更好的方向努力。我国也在努力,设计人员研制的味精真空蒸发结晶器,直径φ5600、高14m,体积130m3, 味精颗粒长3-4mm,直径1~1.2mm,立式轴流泵仅15KW,已于2002年在安徽、蚌埠、丰原生化集团公司投入生产,其技术水平已经和国外^相差无几。


3、喷雾干燥设备

  喷雾干燥分为压力式、气流式、离心式,这些技术均已成熟,我国在染料(压力式喷雾干燥)、白炭黑(离心式喷雾干燥)、制药行业(气流式喷雾干燥)上应用已很普遍,技术也很成熟,主要结构分为供料系统、雾化系统、干燥系统、气固分离系统,目前,干燥塔直径已可以做到12M,干燥蒸发水量已可以做到15000㎏/小时自己研制的离心雾化器已获得了国外同行^的赞誉。


4、材质:材质选择正确与否,直接关系到蒸发、结晶、干燥设备的使用寿命。废水有酸性、碱性、有含氯离子、硫离子、铵离子、浓度不一的盐,腐蚀性也不甚相同,所以必须选择相应的材质,保证设备的正常运转,温度不同,材质型号也不同。
如:含有氯离子的废水蒸发结晶时
    温度40℃以下时,材质选择2304#,双相不锈钢
    温度在40℃~90℃时,材质选择2205#,双相不锈钢
    温度在90℃以上时,材质选择2507#,双相不锈钢
如:含有氯离子,又含有铵离子的废水蒸发结晶时
    温度在40℃以下时,材质选择2205#,双相不锈钢
    温度在40℃~90℃时,材质选择2507#,双相不锈钢
    温度在90℃以上时,材质选择254SMo或钛材。

  对于酸性或碱性盐PH=4~10之间的废水可以选择奥氏体316L、304L,温度越高要求材质越好。而氯、硫离子存在水中时,必须选用双相不锈钢,因为双相不锈钢对应力腐蚀开裂,点腐蚀和晶间腐蚀有着优良的耐腐蚀性。


四、努力的方向
  清洁生产,工业废水零排放,是各级政府环保部门一直追求的目标,也是企业,尤其是老企业努力的方向,目前主要问题仍是资金困扰着企业,技术改造资金难以落实,我们科技人员希望看到政府、银行和企业携起手来,为共同的目标,积极筹措资金,为实现清洁生产,实现社会效益和经济效益双丰收而共同努力。
  我们科技人员在现有技术的基础上,将继续研究工业废水零排放中出现的新问题。
  1、为减少资金投入,开发用一套设备同时提取废水中两种盐,如氯化钠和硫酸钠,氯化钠和氯化铵等新工艺,目前该技术已经有突破,施工设计均已完成,只待投产后再大力推广。
  2、为了减少资金的投入,用较便宜的材质替代娇贵的金属材料。这需要和治金部门共同联手,我们正在做方面的工作。
  3、从废水中提取有用的物质,是一项系统工程,它涉及的专业和目前的环保专业是大相径庭的,我们希望政府和企业的环保技术人员努力学习相关的化学基础,用蒸发、结晶的技术消灭废水将成为企业环保的新途径。

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