CN105329961A

CN105329961A - 低成本回收dmf的废水处理系统

Info

Publication number: CN105329961A
Application number: CN201510724317.4A
Authority: CN
Inventors: 张小江; 周齐; 郭亮; 鲍燕娟; 牛柯
Original assignee: Shenzhen Sunevap Tech Co Ltd
Current assignee: JIANGSU SUNEVAP ENERGY TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2035-10-29
Also published as: CN105329961B

Abstract

本发明公开一种低成本回收DMF的废水处理系统，采用MVR浓缩加精馏法回收低浓度DMF的方法，解决了低浓度DMF废水降解难、溶剂流失，回收能耗大、运行费用高、回收溶剂品质不高等难题，真正实现了废水的零排放及生产原料的回收，本发明具有使热能利用更加充分，同时新鲜蒸汽消耗量较小，运行费用低，并且流程简单、操作方便、设备紧凑、占地面积小、所需空间也小，在治理低浓度DMF废水的同时可实现废水的零排放及生产原料的回收，适于广泛应用于处理低浓度DMF废水的工艺过程中。

Description

低成本回收DMF的废水处理系统

技术领域

本发明涉及化工过程的废水回收领域，尤其涉及一种低成本回收DMF的废水处理系统。

背景技术

DMF即二甲基甲酰胺，既是一种用途极广的化工原料，也是一种用途很广的优良的溶剂，所以在化工工业生产过程中，经常会出现含有DMF的废水需要进行处理。

为了保护现有的生态环境，国内外在降解低浓度DMAC、DMF废水的问题上进行了长期和大量的研究工作，归结起来，目前研究的治理方法主要有生化法、萃取-精馏法及精馏法，而上述三种方法在应用过程中各有利弊及其适用性，针对DMAC、DMF废水治理技术研究及应用主要包括生化处理法、萃取-精馏法以及精馏法，前两种方法均存在污染大、成本高、效果不太明显的现象。

而精馏的工艺过程是在不断汽化蒸发，同时不断冷却的过程中提纯产品的过程，在不断汽化原料的过程中，需要消耗大量的热量，然后改热量又需要循环冷却水降温冷凝，因此国内现有的DMF精馏回收装置，由于能耗高，回收处理费用昂贵，使得工厂没有直接经济效益，故发明人结合在蒸发行业积累的大量经验，利用DMF与水的混合体系在浓度逐渐上升的过程中，沸点值也同步上升的特性，运用MVR的压缩升温工艺，研究开发了适用于低浓度DMF提纯的工艺路线和设备。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种结构简单、操作方便的低成本回收DMF的废水处理系统。

为了达到上述目的，本发明一种低成本回收DMF的废水处理系统，包括浓缩单元浓缩、精馏单元精馏以及脱酸单元脱酸三步处理；所述浓缩单元包括原料罐、预热器、降膜蒸发器、MVR压缩机组以及浓缩塔；所述精馏单元包括汽化器、精馏塔、冷凝器、再沸器以及第一回流罐；所述脱酸单元包括脱酸塔、脱酸冷凝器、脱酸回流罐、脱酸再沸器以及DMF冷凝器；

S1、浓缩单元的工艺步骤包括：

S11、原料预热：原料罐中的原料液以及工业用水同时加入到预热器混合，并进行加热处理；

S12、循环浓缩提纯：加热后的原料液进入到浓缩塔中进行浓缩，浓缩塔塔底浓缩液由循环泵打入降膜蒸发器进行加热分离，降膜蒸发器塔底的浓缩液再次打回浓缩塔循环浓缩，直至浓度达标后，进入下一工段；

S13、二次蒸汽利用：浓缩塔塔顶的蒸汽进入MVR压缩机组，提高温度和压力后返回降膜蒸发器提供热量，同时，降膜蒸发器中不断通入鲜蒸汽；

S2、精馏单元的工艺步骤包括：

S21、去重组分杂质：浓缩塔内浓度达标的浓缩液被汽化泵打入汽化器中，汽化后的塔顶轻组分进入精馏塔中，残留在塔底的重组分杂质由离心机分离，固体残渣抽出外排，DMF母液回流入脱酸单元中；

S22、精馏提纯：轻组分从精馏塔中间位置进料板进入，经过加热后，塔顶气体经过精馏冷凝器后进入精馏回流罐，最后回流到精馏塔内进一步提纯，塔釜液体经过精馏再沸器再次加热后回流入精馏塔进一步提纯，纯度达到99％后的浓缩液从精馏塔中抽出进入下一工段；

S3、脱酸单元的工艺步骤包括：

S31、PVP回收：纯度达到99％的浓缩液从脱酸塔中间位置的进料板进入，经过脱酸处理后的塔顶组分进入脱酸冷凝器冷凝回流进入脱酸回流罐，脱酸回流罐中的纯度达标PVP进行回收，纯度不达标的组分回流入脱酸塔内；

S32、DMF成品回收：在脱酸塔中间偏下位置开设有母液回流口以及成品出料口，S21中的DMF母液从母液回流口进入脱酸塔脱酸，检测DMF浓度达标后，抽出经DMF冷凝器冷却后储存再利用；

S33、釜残外排：脱酸塔塔釜的残留物进行离心分离，离心分离后的液相进入脱酸再沸器加热，再回流入脱酸塔，离心分离后的固相以釜残形式外排进行进一步处理；步骤S31-S33同时进行。

其中，所述浓缩单元还包括防止大液滴从二次蒸汽出口飞溅出去的高效除沫器，所述高效除沫器设置在浓缩塔塔顶与MVR压缩机组的连接管道上，所述高效除沫器，所述高效除沫器的筒体内设置有丝网除沫器以及旋流板式除沫器，所述高效除沫器塔底进料，塔顶出料，丝网除沫器设置在旋流板式除沫器与出气口之间。

其中，所述浓缩单元还包括对二次蒸汽进行彻底分离的二次蒸汽分离器，所述二次蒸汽分离器设置在高效除沫器与MVR压缩机组的连接管道上，所述二次蒸汽分离器的筒体内设置有多块折流板，所述多块折流板设置在筒体的中间偏上位置，所述二次蒸汽分离器的塔底进料、塔顶出料。

其中，所述浓缩单元还包括两组防止泡沫夹带料液的除雾装置，所述一组除雾装置设置在高效除沫器与浓缩塔之间，另一组除雾装置设置在二次蒸汽分离器与MVR浓缩机组之间。

其中，所述除雾装置的通体内设置有丝网除沫器以及折流板，筒体上的循环进口设置在筒体的中间位置，循环出口设置在靠近塔底位置，除雾装置的出气口设置在塔顶，所述丝网除沫器以及折流板由上而下设置在出气口与循环进口之间。

其中，S12中换热后的冷凝蒸汽作为S11中预热器的加热介质，冷凝蒸汽的余热为混合原料液初步加热。

其中，所述浓缩单元与精馏单元之间设置有余量缓冲空间，通入的加热蒸汽量最大达到设计正常通气量的120％，最小达到设计正常通气量的60％。

其中，S11原料罐中的原料液成分包括15-20％的DMF、0.1％±0.05％的三氯甲烷以及微量分解物，原料液中不含无机盐；S32中最终储存的DMF成品浓度为99.9％。

其中，该废水处理系统为比例微积分PID控制的内循环式系统，比例微积分PID控制的内循环式系统包括由逻辑控制器PLC控制的降膜蒸发器、MVR压缩机组、浓缩塔、精馏塔以及脱酸塔。

其中，该废水处理系统还包括尽量降低浓缩单元与精馏单元温度的真空泵组，所述真空泵组分别将降膜蒸发器的壳程、精馏冷凝器的壳程、精馏回流罐的壳程、脱酸冷凝器的壳程以及脱酸回流罐的壳程抽真空处理。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明的低成本回收DMF的废水处理系统，采用MVR浓缩加精馏法回收低浓度DMF的方法，解决了低浓度DMF废水降解难、溶剂流失，回收能耗大、运行费用高、回收溶剂品质不高等难题，真正实现了废水的零排放及生产原料的回收，本发明具有使热能利用更加充分，同时新鲜蒸汽消耗量较小，运行费用低，并且流程简单、操作方便、设备紧凑、占地面积小、所需空间也小，在治理低浓度DMF废水的同时可实现废水的零排放及生产原料的回收，适于广泛应用于处理低浓度DMF废水的工艺过程中。

附图说明

图1为本发明低成本回收DMF的废水处理系统的框架流程图；

图2为本发明低成本回收DMF的废水处理系统的工艺流程图；

图3为本发明高效除沫器的设备图；

图4为本发明二次蒸汽分离器的设备图；

图5为本发明除雾装置的设备图。

主要元件符号说明如下：

V01、原料罐V02、精馏回流罐

V03、脱酸回流罐T01、浓缩塔

T02、精馏塔T03、脱酸塔

E01、预热器E02、降膜蒸发器

E03、汽化器E04、精馏冷凝器

E05、精馏再沸器E06、脱酸冷凝器

E07、脱酸再沸器C01、MVR压缩机组

T04、高效除沫器T041、第一丝网除沫器

T042、旋流板式除沫器T05、二次蒸汽分离器

T051、第一折流板T06、除雾装置

T061、第二丝网除沫器T062、第二折流板

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

参阅图1-2，本发明低成本回收DMF的废水处理系统的工艺过程包括以下步骤：

S1、浓缩单元的工艺步骤包括：

S11、原料预热：原料罐V01中DMF浓度为18％的原料液以及工业用水以进料量为10000kg/h的速率同时加入到预热器E01混合，预热到温度接近85℃；

S12、循环浓缩提纯：加热后的原料液进入到浓缩塔T01中进行浓缩，浓缩塔T01塔底浓缩液由循环泵打入降膜蒸发器E02进行加热分离，降膜蒸发器E02塔底的浓缩液再次打回浓缩塔T01循环浓缩，循环往复的进行浓缩分离，直至浓度达到50％左右后，进入下一工段；

S13、二次蒸汽利用：浓缩塔T01塔顶的蒸汽进入MVR压缩机组C01，提高温度和压力后返回降膜蒸发器E02提供热量，提升温度到达95℃，同时，降膜蒸发器E02中不断通入鲜蒸汽。

S1中选用机械蒸汽再压缩式(MVR)蒸发器为主要浓缩系统，20％左右浓度的物料经过浓缩脱水系统提高浓度至50％左右，选择浓缩到该浓度是考虑到设备的节能效果及设备投资成本。DMF溶液在50％浓度时，沸点升高值为12℃左右，产生蒸发的必要条件就是热源需要克服沸点升高值，考虑到热损失及效率的影响，蒸发时需有4-8度的温度差，所以选择压缩机提供16度的温升为浓缩系统提供热源。原水由进料泵通过计量进入浓缩段，经换热后汽化，汽化后的物料在浓缩塔T01内经分离后塔顶蒸汽进入压缩机压缩机，提高温度和压力后返回换热器给系统提供热量，经换热后蒸汽冷凝成水，由泵排出系统。塔底浓缩液则在不断循环的过程中提升浓度至50％由泵抽入精馏塔T02。

S2、精馏单元的工艺步骤包括：

S21、去重组分杂质：浓度达50％-60％的浓缩液被汽化泵打入汽化器E03中，汽化后的塔顶轻组分进入精馏塔T02中，残留在塔底的重组分杂质由离心机分离，固体残渣抽出外排，分离出的高浓度DMF母液回流入脱酸单元中；

S22、精馏提纯：轻组分从精馏塔T02中间位置进料板进入，经过加热后，塔顶气体经过精馏冷凝器E04后进入精馏回流罐V02，最后回流到精馏塔T02内进一步提纯，塔釜液体经过精馏再沸器E05再次加热后回流入精馏塔T02进一步提纯，纯度达到99％后的浓缩液从精馏塔T02中抽出进入下一工段。

50％浓度的浓缩料经循环泵送至精馏段，去除浓缩料中含有的重组分和其他杂质后气相在精馏塔T02顶部冷凝，得到高浓度的DMF，经过精馏后的DMF中水份含量小于400ppm，塔底高沸物以及固体杂质则定期外排。

S3、脱酸单元的工艺步骤包括：

S31、PVP回收：纯度达到99％的浓缩液从脱酸塔T03中间位置的进料板进入，经过脱酸处理后的塔顶组分进入脱酸冷凝器E06冷凝回流进入脱酸回流罐V03，脱酸回流罐V03中的纯度达标PVP进行回收，纯度不达标的组分回流入脱酸塔T03内；

S32、DMF成品回收：在脱酸塔T03中间偏下位置开设有母液回流口以及成品出料口，S21中的DMF母液从母液回流口进入脱酸塔T03脱酸，检测DMF浓度达到99.9％后，抽出经DMF冷凝器冷却后储存再利用；

S33、釜残外排：脱酸塔T03塔釜的残留物进行离心分离，离心分离后的液相进入脱酸再沸器E07加热，再回流入脱酸塔T03，离心分离后的固相以釜残形式外排进行进一步处理。

由于DMF的分解，从精馏塔T02顶得到的DMF纯度达不到使用要求，须进入脱酸段去除其中的HAC和其他杂质，确保DMF纯度达99.9％。回收后的DMF经冷却后进入DMF储罐储存回用，回收的冷凝水经冷却后进入冷凝水储罐储存回用。为减少DMF的分解量，尽量降低浓缩段和精馏段的温度。同时利用真空泵使系统在负压环境下运行。

在本实施例中，浓缩单元还包括防止大液滴从二次蒸汽出口飞溅出去的高效除沫器T04，高效除沫器T04设置在浓缩塔T01塔顶与MVR压缩机组C01的连接管道上，高效除沫器T04，高效除沫器T04的筒体内设置有第一丝网除沫器T041以及旋流板式除沫器T042，高效除沫器T04塔底进料，塔顶出料，第一丝网除沫器T041设置在旋流板式除沫器T042与出气口之间。

在本实施例中，浓缩单元还包括对二次蒸汽进行彻底分离的二次蒸汽分离器T05，二次蒸汽分离器T05设置在高效除沫器T04与MVR压缩机组C01的连接管道上，二次蒸汽分离器T05的筒体内设置有多块第一折流板T051，多块第一折流板T051设置在筒体的中间偏上位置，二次蒸汽分离器T05的塔底进料、塔顶出料。

在本实施例中，浓缩单元还包括两组防止泡沫夹带料液的除雾装置T06，一组除雾装置T06设置在高效除沫器T04与浓缩塔T01之间，另一组除雾装置T06设置在二次蒸汽分离器T05与MVR浓缩机组C01之间。

在本实施例中，除雾装置T06的通体内设置有第二丝网除沫器T061以及第二折流板T062，筒体上的循环进口设置在筒体的中间位置，循环出口设置在靠近塔底位置，除雾装置T06的出气口设置在塔顶，第二丝网除沫器T061以及第二折流板T062由上而下设置在出气口与循环进口之间。

由于本原液以DMF为主，不考虑到设备腐蚀及寿命的问题，方案中针对物料的特性及工艺条件，具体的设备选用材质如下:

浓缩系统：预热器E01、降膜蒸发器E02、二次蒸汽分离器T05与浓物料接触部分均选用304材质，浓缩塔T01的塔体和填料均采用不锈钢304材质，泵过流材质为不锈钢304材质，管道、阀门采用不锈钢304材质；

精馏系统：精馏再沸器E05与高盐含量物料接触部分均选用钛复合材料，精馏塔T02的塔体和填料均采用不锈钢304材质，泵过流材质为不锈钢304材质，管道、阀门采用不锈钢304材质；

脱酸系统：接触的物料中不含强腐蚀性物质，只有DMF分解产生的甲酸等物质，所以脱酸塔T03的塔体、填料、脱酸冷凝器E06以及脱酸再沸器E07均采用不锈钢316材质，泵过流材质为不锈钢316材质，管道、阀门采用不锈钢316材质。

由于含DMF溶剂溶液的沸点随着浓度的增加不断的升高，综合考虑设备的投资成本，选用能够提供8度沸点升高的压缩机，采用2台压缩机，可提供16度的温升。在本方案中选择原装进口压缩机，这种压缩机单台能提供高达8度的温差。

以下为本方案的各运行参数以及与传统精馏方案的成本对比分析，具体如下表一-二所示：

表一DMFMVR精馏设计工况和共用工程成本

进料量	10000	kg/h	工作时间	7920	小时/年
						出料量	1900-2000	kg/h	电价：	0.7	RMB/Kw/h
蒸发量	8000	kg/h	蒸汽价：	200	RMB/t
						进料浓度	15-20％	％	冷却水价：	0.5	RMB/m3
出料浓度			传统精馏：	单	效

表二本发明MVR精馏系统与单效精馏系统的运行成本对比

有上述表一和表二的数据可得，MVR精馏系统是一种优良的节能蒸发器技术，一般来用这种技术可以使蒸发器的运行成本为传统蒸发器的1/2到1/3。

本发明的优势在于：

1、能耗低

能耗低：本蒸发器方案采用2台串联压缩机共提供16度温差，在MVR压缩机蒸发器中蒸发了大部分的水，其压缩机能耗只有60kwh/吨废水，相对与传统的三效蒸发器极大的降低了处理每吨水的能耗。

2、蒸馏水水质好

由于采用了低温，为了防止大液滴从二次蒸汽出口飞溅出去。本系统采用自行设计的高效除沫器T04，在分离器内及二次蒸汽出口设置了折流式的曲折通道除雾装置T06。本系统保证有效的防止了泡沫夹带料液的现象，同时也大大降低了蒸发出冷凝水中含低沸点有机物的量，以延长了设备的使用寿命，确保设备正常运行。

3、系统稳定运行度较高

一个大型的连续蒸发装置要想稳定的运行，一定要一个好的工艺流程来做支持，好的工艺是设备成败的关键。工艺设计主要是解决整体流程之间的配套和合理性，它既要考虑设备选型的合理，同时还要考虑设备的标志性，减少不必要的非标因素从而避免不成熟的工艺和设备出现故障而影响系统整体稳定运行。这套系统中充分考虑了各种在蒸发中常见的问题并做了充分的解决方法。

4、二次蒸汽分离器T05的突出作用

溶液的蒸发过程中，由于溶液较易形成细小泡沫而进入二次蒸汽从而影响MVR压缩机组C01的平稳运行，同时由于可能会产生的爆沸情况，本发明特意设计二次蒸汽分离器T05对二次蒸汽进行彻底的分离，保证经高效除沫器T04后的二次蒸汽再进一步进行分离，从而有效地保护了MVR压缩机组C01高速运行的平稳和蒸馏水清洁，基本可以做到蒸馏水的充分回用。

5、MVR压缩机组C01的稳定运行

MVR压缩机组C01由于高速运行，压比高，进入压缩机的气体有严格要求，如果出现大颗粒甚至是小水滴多会对压缩机产生冲击，因此必须进行很好的保护，所以在设计时，本发明充分的考虑压缩机稳定性，在压缩机的入口处，做特殊处理，来保证压缩机良好的使用工况，延长压缩机的使用寿命。

6、系统设计余量和弹性较大。

由于系统进料的浓度有波动，因此本发明在系统的设计上将浓缩段和精馏段的余量留有较大的空间，通过调整系统总的过气量和温差，因此蒸发量可以有所增加和减少。最大可以达到设计的120％，最小可以达到60-70％。这样用户可以充分根据产量调整设备运行参数。

7、易监测维护

系统采用全自动操作控制，通过对变频器对马达转速的调节，对阀门、流量计、温度、压力以及液位的控制，以达到自动蒸发、清洗、停机等操作。自动报警、自动保护系统不受损坏，保持系统动态平衡，若某处故障，系统会自动报警，并显示报警位置，方便检测维护。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种低成本回收DMF的废水处理系统，其特征在于，包括浓缩单元浓缩、精馏单元精馏以及脱酸单元脱酸三步处理；所述浓缩单元包括原料罐、预热器、降膜蒸发器、MVR压缩机组以及浓缩塔；所述精馏单元包括汽化器、精馏塔、冷凝器、再沸器以及第一回流罐；所述脱酸单元包括脱酸塔、脱酸冷凝器、脱酸回流罐、脱酸再沸器以及DMF冷凝器；

S1、浓缩单元的工艺步骤包括：

S2、精馏单元的工艺步骤包括：

S22、精馏提纯：轻组分从精馏塔中间位置进料板进入，经过加热后，塔顶气体经过精馏冷凝器后进入精馏回流罐，最后回流到精馏塔内进一步提纯，塔釜液体经过精馏再沸器再次加热后回流入精馏塔进一步提纯，纯度达到99%后的浓缩液从精馏塔中抽出进入下一工段；

S3、脱酸单元的工艺步骤包括：

S31、PVP回收：纯度达到99%的浓缩液从脱酸塔中间位置的进料板进入，经过脱酸处理后的塔顶组分进入脱酸冷凝器冷凝回流进入脱酸回流罐，脱酸回流罐中的纯度达标PVP进行回收，纯度不达标的组分回流入脱酸塔内；

S33、釜残外排：脱酸塔塔釜的残留物进行离心分离，离心分离后的液相进入脱酸再沸器加热，再回流入脱酸塔，离心分离后的固相以釜残形式外排进行进一步处理。

2.根据权利要求1所述的低成本回收DMF的废水处理系统，其特征在于，所述浓缩单元还包括防止大液滴从二次蒸汽出口飞溅出去的高效除沫器，所述高效除沫器设置在浓缩塔塔顶与MVR压缩机组的连接管道上，所述高效除沫器，所述高效除沫器的筒体内设置有丝网除沫器以及旋流板式除沫器，所述高效除沫器塔底进料，塔顶出料，丝网除沫器设置在旋流板式除沫器与出气口之间。

3.根据权利要求2所述的低成本回收DMF的废水处理系统，其特征在于，所述浓缩单元还包括对二次蒸汽进行彻底分离的二次蒸汽分离器，所述二次蒸汽分离器设置在高效除沫器与MVR压缩机组的连接管道上，所述二次蒸汽分离器的筒体内设置有多块折流板，所述多块折流板设置在筒体的中间偏上位置，所述二次蒸汽分离器的塔底进料、塔顶出料。

4.根据权利要求3所述的低成本回收DMF的废水处理系统，其特征在于，所述浓缩单元还包括两组防止泡沫夹带料液的除雾装置，一组除雾装置设置在高效除沫器与浓缩塔之间，另一组除雾装置设置在二次蒸汽分离器与MVR浓缩机组之间。

5.根据权利要求4所述的低成本回收DMF的废水处理系统，其特征在于，所述除雾装置的通体内设置有丝网除沫器以及折流板，筒体上的循环进口设置在筒体的中间位置，循环出口设置在靠近塔底位置，除雾装置的出气口设置在塔顶，所述丝网除沫器以及折流板由上而下设置在出气口与循环进口之间。

6.根据权利要求1所述的低成本回收DMF的废水处理系统，其特征在于，S12中换热后的冷凝蒸汽作为S11中预热器的加热介质，冷凝蒸汽的余热为混合原料液初步加热。

7.根据权利要求1所述的低成本回收DMF的废水处理系统，其特征在于，所述浓缩单元与精馏单元之间设置有余量缓冲空间，通入的加热蒸汽量最大达到设计正常通气量的120%，最小达到设计正常通气量的60%。

8.根据权利要求1所述的低成本回收DMF的废水处理系统，其特征在于，S11原料罐中的原料液成分包括15-20%的DMF、0.1%±0.05%的三氯甲烷以及微量分解物，原料液中不含无机盐；S32中最终储存的DMF成品浓度为99.9%。

9.根据权利要求1所述的低成本回收DMF的废水处理系统，其特征在于，该废水处理系统为比例微积分PID控制的内循环式系统，比例微积分PID控制的内循环式系统包括由逻辑控制器PLC控制的降膜蒸发器、MVR压缩机组、浓缩塔、精馏塔以及脱酸塔。

10.根据权利要求1所述的低成本回收DMF的废水处理系统，其特征在于，该废水处理系统还包括尽量降低浓缩单元与精馏单元温度的真空泵组，所述真空泵组分别将降膜蒸发器的壳程、精馏冷凝器的壳程、精馏回流罐的壳程、脱酸冷凝器的壳程以及脱酸回流罐的壳程抽真空处理。