CN106748864A - 一种低压双效双热泵精馏法处理dmf废水的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低压双效双热泵精馏法处理DMF废水的工艺。本发明采用两个负压精馏塔串联的方式来处理DMF废水，节省能耗的同时解决了传统处理工艺的环保问题。与传统三塔处理工艺相比，整个系统均在低负压状态下操作，可有效减少DMF的分解量，避免产生大量更难处理的二甲胺废水，解决DMF废水处理的环保难题；系统带有预处理装置，可有效解决设备结垢、堵塞严重的问题；且根据DMF废水的特性，在不同环节设计不同的热泵，充分发挥两种不同类型热泵的优势，节能效果显著，与传统三效精馏处理DMF废水工艺比较，节省能耗30‑50％，具有显著的经济实用性及经济效益。

Description

一种低压双效双热泵精馏法处理DMF废水的工艺
技术领域
本发明属于合成革DMF废水处理领域，具体涉及一种低压双效双热泵精馏法处理DMF废水的工艺。
背景技术
聚氨酯(PU)合成革产生于20世纪七十年代末，发展于20世纪的九十年代，是塑料工业的一个重要组成部分，在国民经济各个行业中被广泛使用，其应用领域遍及人们日常生活的方方面面。在PU合成革生产过程中大量使用的N,N-二甲基甲酰胺(简称DMF)是一种极性溶剂，有“万能溶剂”之美称。DMF在PU合成革工业中作为溶剂广泛应用于PU合成革表面处理过程和二层皮湿法移膜表面处理工艺。由于DMF仅作为载体溶剂而不发生化学反应，在量上几乎没有损耗，而是全部进入生产废水中。每年仅合成革行业排放的含DMF废水约1亿吨。
DMF具有生物毒性，人体长期接触或吸入会阻碍造血机能，并造成肝脏障碍，还会对大气和水造成严重污染。DMF价值较高，为了消除DMF废水对环境的影响，也为了降低企业生产成本，必须对DMF废水进行回收并循环使用。
目前PU合成革企业大部分采用多效精馏的工艺处理回收DMF废水中的DMF，回收成本的80％左右用于热能消耗上，存在回收高能耗的问题。同时，该工艺由于操作温度高，造成DMF分解严重，产生大量更难处理的二甲胺废水，并伴有设备结垢、堵塞严重的问题。因此，要使PU合成革行业持续发展，必须做到PU合成革清洁生产，解决环保和高能耗的问题。
中国专利CN201510092727.1公开了一种DMF废水处理装置及方法，提出采用减压精馏塔和分隔壁精馏塔或三塔精馏的工艺，该工艺用到两台蒸汽压缩机、一台DMF压缩机，实现二次蒸汽的循环利用，具有一定的节能效果。其不足之处是，采用两台蒸汽压缩机进行预浓缩，节能效果非常有限，且采用DMF压缩机提高DMF蒸汽的温度和压力，为DMF精馏塔供热，DMF的温度得以提高，分解会非常严重，进而产生更难处理的二甲胺废水；该工艺理论可行，但缺乏可操作性。
中国专利CN201410364484.8公开了带热泵的双效精馏法处理低浓度DMF废水的工艺，提出利用减压精馏塔塔顶蒸汽为闪蒸塔塔釜物料提供热源，减压精馏塔塔釜物料经过DMF压缩机为闪蒸塔塔顶冷凝提供冷源。该工艺理论分析有误，减压精馏塔的压力控制远高于闪蒸塔压力，而减压精馏塔塔釜物料经过DMF压缩机压缩后提高了热值，还为闪蒸塔塔顶冷凝提供冷源，理论与逻辑有误，没有可实施性。
中国科技论文——《MVR热泵精馏处理回收稀DMAC水溶液》提出三种MVR热泵精馏工艺，其中一种工艺为MVR-常规两塔精馏工艺，DMAC预浓缩塔的塔顶二次蒸汽采用MVR热泵压缩后为预浓缩塔塔釜供热，DMAC精馏塔由外部蒸汽供热。该工艺可操作性强，节能效果较好，不足之处在于DMAC精馏塔的二次蒸汽仍然无法利用，消耗较大量的冷却水；而且没有预处理，无法解决精馏塔结垢堵塞的问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种低压双效双热泵精馏法处理DMF废水的工艺。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种低压双效双热泵精馏法处理DMF废水的工艺，包括以下步骤：
(1)DMF废水流入精馏塔2-1中；
(2)DMF废水经精馏塔2-1精馏分离后，精馏塔2-1的塔顶水蒸汽由机械式压缩机2-2压缩升温后送入精馏塔再沸器2-3，为精馏塔再沸器2-3供热，得到的冷凝水经冷凝水泵2-4一部分回流至精馏塔2-1，一部分通过蒸馏水出料口直接采出；
(3)精馏塔2-1塔底得到的DMF浓缩废水一部分经精馏塔釜液泵2-5送入精馏塔3-1，一部分经精馏塔再沸器2-3加热后回流至精馏塔2-1；
(4)流入精馏塔3-1的DMF浓缩废水精馏分离后，精馏塔3-1的塔顶水蒸汽在蒸汽喷射泵3-2处与高压蒸汽混合后送入精馏塔再沸器3-3，为精馏塔再沸器3-3供热，得到的冷凝水经冷凝水泵3-4后一部分回流至精馏塔3-1，一部分通过蒸馏水出料口直接采出；
(5)精馏塔3-1塔底的冷凝液一部分流入精馏塔再沸器3-3，经加热后回流至精馏塔3-1，一部分由精馏塔釜液泵3-5送出，得到DMF产品。
优选地，所述DMF废水流入精馏塔2-1前先经过预处理系统1-1处理，所述预处理系统1-1是过滤精度达到0.05-2μm的微滤或超滤系统。
进一步优选地，所述微滤或超滤系统中采用的滤膜的材料包括PE、PES、PVC、PVDF、陶瓷、不锈钢、钛及钛合金；所述滤膜的形状包括中空纤维、卷式膜、管式膜、板式膜。
进一步优选地，所述滤膜是PE管式膜、PVDF管式膜及陶瓷管式膜、板式膜中的一种。
优选地，所述精馏塔2-1是负压精馏塔，操作温度为60-100℃，操作压力0.02-0.1MPa，塔顶回流比为0.7-5。
优选地，所述精馏塔3-1是负压精馏塔，操作温度为60-100℃，操作压力0.02-0.1MPa，塔顶回流比为0.7-3。
优选地，所述机械式压缩机2-2的压缩比为1.3-2.0，可提供温升15-20℃。
优选地，所述蒸汽喷射泵3-2处通入的高压蒸汽的压力为0.6-1.2MPa。
上述处理DMF废水采用的处理装置，包括一级低压精馏系统和二级低压精馏系统；所述一级低压精馏系统包括精馏塔2-1、机械式压缩机2-2、精馏塔再沸器2-3；所述二级低压精馏系统包括精馏塔3-1、蒸汽喷射泵3-2、精馏塔再沸器3-3；
所述精馏塔2-1的塔顶连接所述机械式压缩机2-2，所述机械式压缩机2-2连接所述精馏塔再沸器2-3，所述精馏塔2-1的中下段通过连接所述精馏塔再沸器2-3形成回路；
所述精馏塔3-1的塔顶连接所述蒸汽喷射泵3-2，所述蒸汽喷射泵3-2连接所述精馏塔再沸器3-3，所述精馏塔3-1的中下段通过连接所述精馏塔再沸器3-3形成回路。
优选地，所述处理装置还包括预处理系统1-1，所述预处理系统1-1连接所述精馏塔2-1的中段。
优选地，所述一级低压精馏系统还包括冷凝水泵2-4、精馏塔釜液泵2-5。
进一步优选地，所述精馏塔再沸器2-3通过所述冷凝水泵2-4连接所述精馏塔2-1中上段进料口和冷凝水出水口。
进一步优选地，所述精馏塔釜液泵2-5连接精馏塔3-1的中段进料口。
优选地，所述二级低压精馏系统还包括冷凝水泵3-4、精馏塔釜液泵4-5。
进一步优选地，所述精馏塔再沸器3-3通过所述冷凝水泵3-4连接所述精馏塔3-1中上段进料口和冷凝水出水口。
本发明的有益效果：本发明采用了一种全新的DMF废水处理工艺，节省能耗的同时解决了传统处理工艺的环保问题。与传统三塔处理工艺相比，整个系统均在低负压状态下操作，可有效减少DMF的分解量，避免产生大量更难处理的二甲胺废水，解决DMF废水处理的环保难题；系统带有预处理系统，可有效解决设备结垢、堵塞严重的问题；且根据DMF废水的特性，在不同环节设计不同的热泵，充分发挥两种不同类型热泵的优势，节能效果显著，与传统的三效精馏处理DMF废水工艺比较，节省能耗30-50％，具有显著的经济实用性及经济效益。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
其中：1-1，预处理系统；2-1，精馏塔；2-2，机械式压缩机；2-3，精馏塔再沸器；2-4，冷凝水泵；2-5，精馏塔釜液泵；3-1，精馏塔；3-2，蒸汽喷射泵；3-3，精馏塔再沸器；3-4，冷凝水泵；3-5，精馏塔釜液泵。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种低压双效双热泵精馏法处理DMF废水的工艺，包括以下步骤：
(1)DMF废水经过滤精度为0.05μm的PE管式滤膜预处理系统1-1处理后，流入精馏塔2-1中；
(2)在精馏塔2-1温度为60℃、压力为0.02MPa的操作条件下，DMF废水精馏分离后，塔顶的水蒸汽由机械式压缩机2-2压缩升温20℃后送入精馏塔再沸器2-3，为精馏塔再沸器2-3供热，得到的冷凝水经冷凝水泵2-4后一部分回流至精馏塔2-1，一部分通过蒸馏水出料口直接采出，塔顶回流比为0.7；
(3)精馏塔2-1塔底得到的DMF浓缩废水一部分经精馏塔釜液泵2-5送入精馏塔3-1，一部分经精馏塔再沸器2-3加热后回流至精馏塔2-1；
(4)在精馏塔3-1温度为60℃、压力为0.02MPa的操作条件下，流入精馏塔3-1的DMF浓缩废水精馏分离后，塔顶的水蒸汽在蒸汽喷射泵3-2处与1.2MPa的高压蒸汽混合升温后流入精馏塔再沸器3-3，为精馏塔再沸器3-3供热，得到的冷凝水经精馏塔冷凝水泵3-4后一部分回流至精馏塔3-1，一部分通过蒸馏水出料口直接采出，塔顶回流比为0.7；
(5)精馏塔3-1塔底的冷凝液一部分流入精馏塔再沸器3-3，经加热后回流至精馏塔3-1，一部分由精馏塔釜液泵3-5送出，得到DMF产品。
实施例2
一种低压双效双热泵精馏法处理DMF废水的工艺，包括以下步骤：
(1)DMF废水经过滤精度为1.2μm的PVDF管式滤膜预处理系统1-1处理后，流入精馏塔2-1中；
(2)在精馏塔2-1温度为80℃、压力为0.05MPa的操作条件下，DMF废水经精馏分离后，塔顶的水蒸汽由机械式压缩机2-2压缩升温18℃后送入精馏塔再沸器2-3，为精馏塔再沸器2-3供热，得到的冷凝水经精馏塔冷凝水泵2-4后一部分回流至馏塔2-1，一部分通过蒸馏水出料口直接采出，塔顶回流比为3；
(3)精馏塔2-1塔底得到的DMF浓缩废水一部分经精馏塔釜液泵2-5送入精馏塔3-1，一部分经精馏塔再沸器2-3加热后回流至精馏塔2-1；
(4)在精馏塔3-1温度为80℃、压力为0.05MPa的操作条件下，流入精馏塔3-1的DMF浓缩废水精馏分离后，塔顶的水蒸汽在蒸汽喷射泵3-2处与1.2MPa的高压蒸汽混合升温后流入精馏塔再沸器3-3，为精馏塔再沸器3-3供热，得到的冷凝水经精馏塔冷凝水泵3-4后一部分回流至精馏塔3-1，一部分通过蒸馏水出料口直接采出，塔顶回流比为2；
(5)精馏塔3-1塔底冷凝液一部分流入精馏塔再沸器3-3，经加热后回流至精馏塔3-1，一部分由精馏塔釜液泵3-5送出，得到DMF产品。
实施例3
一种低压双效双热泵精馏法处理DMF废水的工艺，包括以下步骤：
(1)DMF废水经过滤精度2μm的陶瓷管式膜预处理系统1-1处理后送入精馏塔2-1中；
(2)在精馏塔2-1温度为100℃、压力为0.1MPa的操作条件下，DMF废水精馏分离后，塔顶的水蒸汽由机械式压缩机2-2压缩升温15℃后送入精馏塔再沸器2-3，为精馏塔再沸器2-3供热，得到的冷凝水经精馏塔冷凝水泵2-4后一部分回流至精馏塔2-1，一部分通过蒸馏水出料口直接采出，塔顶回流比为5；
(3)精馏塔2-1塔底得到的DMF浓缩废水一部分经精馏塔釜液泵2-5送入精馏塔3-1，一部分经精馏塔再沸器2-3加热后回流至精馏塔2-1；
(4)在精馏塔3-1温度为100℃、压力0.1MPa的操作条件下，流入精馏塔3-1的DMF浓缩废水精馏分离后，塔顶的水蒸汽在蒸汽喷射泵3-2处与1.2MPa的高压蒸汽混合升温后流入精馏塔再沸器3-3，为精馏塔再沸器3-3供热，得到的冷凝水经精馏塔冷凝水泵3-4后一部分回流至精馏塔3-1，一部分通过蒸馏水出料口直接采出，塔顶回流比为3；
(5)精馏塔3-1塔底冷凝液一部分流入精馏塔再沸器3-3，经加热后回流至精馏塔3-1，一部分由精馏塔釜液泵3-5送出，得到DMF产品。
将实施例1中的DMF废水处理工艺与传统的三塔精馏处理工艺比较，结果列在表1中。
表1实施例1的处理工艺与传统的三塔精馏处理工艺的比较
由表1，实施例1的工艺整个系统均在低负压状态下操作，可有效减少DMF的分解量，避免产生大量更难处理的二甲胺废水，解决DMF废水处理的环保难题；系统带有预处理装置，可有效解决设备结垢、堵塞严重的问题；且根据DMF废水的特性，在不同环节设计不同的热泵，充分发挥两种不同类型热泵的优势，节能效果显著，与传统三效精馏处理DMF废水工艺比较，节省能耗35％，具有显著的经济实用性及经济效益。

Claims (8)

1.一种低压双效双热泵精馏法处理DMF废水的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)DMF废水流入精馏塔(2-1)中；
(2)DMF废水经所述精馏塔(2-1)精馏分离后，所述精馏塔(2-1)的塔顶水蒸汽由机械式压缩机(2-2)压缩升温后送入精馏塔再沸器(2-3)，得到的冷凝水经冷凝水泵(2-4)后一部分回流至所述精馏塔(2-1)，一部分通过蒸馏水出料口直接采出；
(3)所述精馏塔(2-1)塔底得到的DMF浓缩废水一部分经精馏塔釜液泵(2-5)送入精馏塔(3-1)，一部分经所述精馏塔再沸器(2-3)加热后回流至所述精馏塔(2-1)；
(4)流入所述精馏塔(3-1)的DMF浓缩废水精馏分离后，所述精馏塔(3-1)的塔顶水蒸汽在蒸汽喷射泵(3-2)处与高压蒸汽混合升温后送入精馏塔再沸器(3-3)，得到的冷凝水经冷凝水泵(3-4)后一部分回流至所述精馏塔(3-1)，一部分通过蒸馏水出料口直接采出；
(5)所述精馏塔(3-1)塔底的冷凝液一部分流入所述精馏塔再沸器(3-3)，经加热后回流至所述精馏塔(3-1)，一部分由精馏塔釜液泵(3-5)送出，得到DMF产品。
2.根据权利要求1所述的一种低压双效双热泵精馏法处理DMF废水的工艺，其特征在于，所述DMF废水流入所述精馏塔(2-1)前先经过预处理系统(1-1)处理，所述预处理系统(1-1)是过滤精度达到0.05-2μm的微滤或超滤系统。
3.根据权利要求2所述的一种低压双效双热泵精馏法处理DMF废水的工艺，其特征在于，所述微滤或超滤系统中使用的滤膜的材料包括PE、PES、PVC、PVDF、陶瓷、不锈钢、钛及钛合金；所述滤膜的形状包括中空纤维、卷式膜、管式膜、板式膜。
4.根据权利要求3所述的一种低压双效双热泵精馏法处理DMF废水的工艺，其特征在于，所述滤膜是PE管式膜、PVDF管式膜及陶瓷管式膜、板式膜中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种低压双效双热泵精馏法处理DMF废水的工艺，其特征在于，所述精馏塔(2-1)是负压精馏塔，操作温度为60-100℃，操作压力为0.02-0.1MPa，塔顶回流比为0.7-5。
6.根据权利要求1所述的一种低压双效双热泵精馏法处理DMF废水的工艺，其特征在于，所述精馏塔(3-1)是负压精馏塔，操作温度为60-100℃，操作压力为0.02-0.1MPa，塔顶回流比为0.7-3。
7.根据权利要求1所述的一种低压双效双热泵精馏法处理DMF废水的工艺，其特征在于，所述机械式压缩机(2-2)的压缩比为1.3-2.0。
8.根据权利要求1所述的一种低压双效双热泵精馏法处理DMF废水的工艺，其特征在于，所述蒸汽喷射泵(3-2)处通入的高压蒸汽的压力为0.6-1.2MPa。
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