CN106854004A - 一种白炭黑生产废水的蒸发结晶的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化学领域，公开了一种白炭黑生产废水的蒸发结晶的装置和方法，包括炭黑尾气管道、混匀塔、增压泵、控制系统、换热塔、低高温蒸汽管道、白炭黑废水蒸发塔等，首先将多路炭黑尾气混匀，随后进入换热塔与低温蒸汽进行热交换，得到高温蒸汽，高温蒸汽作为热源对废水进行蒸发结晶，本发明采用控制系统合理控制尾气流量，可以保证废水结晶所需热源的供应稳定；利用低温蒸汽与炭黑高温尾气间接换热，取热过程没有污染，热效率高；采用设备成本低，技术成熟；可以根据所需高温蒸汽的温度合理选择混匀尾气和低温蒸汽参数，发挥资源的最大效力，改善结晶效果。

Description

一种白炭黑生产废水的蒸发结晶的装置和方法

技术领域

本发明涉及化学生产领域，特别涉及一种白炭黑生产废水的蒸发结晶的装置和方法。

背景技术

白炭黑为水合二氧化硅，用途十分广泛，用于替代炭黑作塑料、橡胶中的填充剂，提高拉力强度和耐磨性；因其粒度细、化学性质较稳定以及抗磨损等性能而用于涂料；还可用于牙膏、颜料、医药、食品等众多领域。目前，国内外白炭黑的生产方法主要是气相法和沉淀法。而沉淀法国内主要使用硫酸沉淀法。其以泡花碱为原料，用硫酸酸化、生成硅酸，再分解而制得沉淀二氧化硅。利用沉淀法生产白炭黑通常会排放大量含硫酸钠的工业废水，其浓度高达20000mg/L-30000mg/L。对于白炭黑生产废水的处理通常采用反渗透浓缩后加冷冻结晶或MVR热泵蒸发或多效蒸发结晶的处理工艺。现有常规低温多效蒸发系统一般使用新鲜蒸汽作为热源，处理一吨废水尽蒸汽消耗一项处理费用就高达蒸汽消耗1.2t，新鲜蒸汽的造价较高，导致能源消耗较大。

炭黑生产过程中会产生大量的余热尾气，这些尾气的温度的通常可以达到1000℃左右，即使是从袋滤器出来的尾气温度也达到180～200℃，这些高温尾气排放量很大，不仅造成了热量的大量浪费，而且还给环境带来严重的污染，目前，炭黑余热主要用于炭黑自身生产、产蒸汽和发电等方面。发展“循环经济”可发挥资源的最大效力，保护现有资源，延长总体资源的利用时间，还可以减少资源的投入，充分节约和利用能源，同时也减少了对环境的污染，因此，将炭黑生产过程中多余的余热尾气应用到炭黑生产废水的蒸发结晶工艺中具有重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术中的炭黑余热尾气的浪费、炭黑生产废水的蒸发结晶工艺中热源消耗的问题，本发明提供一种白炭黑生产废水的蒸发结晶的装置和方法。

为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：

一种对白炭黑废水进行蒸发结晶的装置，包括炭黑尾气管道、混匀塔、尾气混匀器、混匀尾气管道、增压泵、气体流量计、温度计、控制系统、换热塔、换热管道、低温蒸汽管道、高温蒸汽管道、白炭黑废水蒸发塔；

所述的多条炭黑尾气管道分别输送炭黑生产不同阶段产生的不同温度的炭黑尾气，多条炭黑尾气管道连接混匀塔，所述混匀塔内设有尾气混匀器，混匀塔连接混匀尾气管道，混匀尾气管道上设有气体流量计、温度计、增压泵，所述的气体流量计、温度计、增压泵均连接控制系统，

所述混匀尾气管道连接换热塔，并通过换热塔内的换热管道进入尾气排放管道，所述的换热管道为迷宫式排布；所述的低温蒸汽管道连接换热塔，并将低温蒸汽输送至换热塔内，低温蒸汽通过换热塔后成为高温蒸汽并进入高温蒸汽管道，随后进入白炭黑废水蒸发塔。

所述的炭黑尾气管道为多条，所述的多条炭黑尾气管道分别输送炭黑生产不同阶段产生的不同温度的炭黑尾气，并均连接混匀塔。

利用所述装置进行白炭黑生产废水的蒸发结晶方法为，多条炭黑尾气管道分别输送炭黑生产不同阶段产生的不同温度的炭黑尾气，进入混匀塔后，在尾气混匀器搅拌作用下混匀，并进入混匀尾气管道，所述气体流量计测量混匀尾气管道内的尾气流量并实时传送至控制系统，所述温度计测量混匀尾气管道内的尾气温度并实时传送至控制系统，所述控制系统根据得到的流量、温度数据，对增压泵进行控制，使管道内的混匀尾气的流量和温度的乘积值保持恒定；

所述的混匀尾气管道连接换热塔，并通过换热塔内的迷宫式换热管道后进入尾气排放管道；

所述的低温蒸汽管道输送低温蒸汽进入换热塔，并与换热管道进行换热后成为高温蒸汽，由高温蒸汽管道输送至白炭黑废水蒸发塔进行废水蒸发。

控制系统通过如下公式控制低温蒸汽进入换热塔的流量：

式中，S_H为低温蒸汽流量，

T_H为换热后高温蒸汽温度，

S_D为混匀尾气流量，

T_D为混匀尾气温度，

A为与T_H相关的系数，其中在T_H大于等于550℃时，A取值为0.55-0.68，在300℃<T_H<550℃时，A取值为0.68-0.73，

K为炭黑尾气或燃余气流量管道直径与低温蒸汽管道直径之比，

λ为与蒸汽和混匀尾气比热容有关的系数，取值范围为0.4-0.55。

本发明提供的技术方案有以下优点：采用混匀塔，使多路不同温度的炭黑尾气先混匀，同时采用控制系统采集温度、流量数据，采用增压泵合理控制尾气流量，将换热过程的多个变量合并并统一控制，避免了换热过程中的温度不稳定，可以保证废水结晶所需热源的供应稳定；利用低温蒸汽与炭黑高温尾气间接换热，取热过程没有污染，热效率高；采用设备成本低，技术成熟；控制系统选择合理的设置，可以根据所需高温蒸汽的温度合理选择混匀尾气和低温蒸汽参数，发挥资源的最大效力，改善结晶效果。

附图说明

图1为本发明提供的对炭黑废水进行蒸发结晶的装置的结构示意图。

图中黑尾气管道－1、混匀塔－2、混匀尾气管道－3、增压泵－4、气体流量计－5、温度计－6、控制系统－7、换热塔－8、换热管道－9、低温蒸汽管道－10、高温蒸汽管道－11、白炭黑废水蒸发塔－12；尾气排放管道－13。尾气混匀器－14。

具体实施方式

本发明公开了一种白炭黑生产废水的蒸发结晶方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明当中。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

一种对白炭黑废水进行蒸发结晶的装置，包括炭黑尾气管道1、混匀塔2、尾气混匀器14、混匀尾气管道3、增压泵4、气体流量计5、温度计6、控制系统7、换热塔8、换热管道9、低温蒸汽管道10、高温蒸汽管道11、白炭黑废水蒸发塔12、尾气排放管道13。

所述的多条炭黑尾气管道分别输送炭黑生产不同阶段产生的不同温度的炭黑尾气，多条炭黑尾气管道连接混匀塔，所述混匀塔内设有尾气混匀器，混匀塔连接混匀尾气管道，混匀尾气管道上设有气体流量计、温度计、增压泵，所述的气体流量计、温度计、增压泵均连接控制系统，

所述混匀尾气管道连接换热塔，并通过换热塔内的换热管道进入尾气排放管道，所述的换热管道为迷宫式排布；所述的低温蒸汽管道连接换热塔，并将低温蒸汽输送至换热塔内，低温蒸汽通过换热塔后成为高温蒸汽并进入高温蒸汽管道，随后进入白炭黑废水蒸发塔。

所述的炭黑尾气管道为多条，所述的多条炭黑尾气管道分别输送炭黑生产不同阶段产生的不同温度的炭黑尾气，并均连接混匀塔。

利用所述装置进行白炭黑生产废水的蒸发结晶方法为，在温度为300℃-900℃的炭黑尾气炉头位置设有5路取热点，其中1个作为备用取热点(第一备用系统)，对其余4个取热点4路同时取热，采用4路炭黑尾气管道，输送至混匀塔，混匀塔内采用混匀器搅拌使各路炭黑尾气充分混合换热，混匀后最终的尾气温度在680℃-750℃左右，该过程也可以通过控制各路不同温度的炭黑尾气流量，调整混匀尾气温度，混匀尾气进入混匀尾气管道，进入换热塔，此时120℃左右低温蒸汽进入换热塔，接触迷宫式的换热管道进行换热，通过控制系统控制使换热过程满足如下关系：

式中，S_H为低温蒸汽流量，

T_H为换热后高温蒸汽温度，

S_D为混匀尾气流量，

T_D为混匀尾气温度，

A为与T_H相关的系数，其中在T_H大于等于550℃时，A取值为0.55-0.68，在300℃<T_H<550℃时，A取值为0.68-0.73，

K为炭黑尾气或燃余气流量管道直径与低温蒸汽管道直径之比，可以根据实际生产中的具体装置结构进行测量并确定，

λ为与蒸汽和混匀尾气比热容有关的系数，取值范围为0.4-0.55。

具体到本实施例，低温蒸汽流量为1.83m³/s，高温蒸汽温度为400℃-450℃左右，混匀尾气流量为3.5m³/s，混匀尾气温度为680℃-750℃左右，A取值为0.7，K取值0.85，λ取值0.43。

换热后的尾气进入尾气排放管道并可用于其他工序，如可以燃烧后与高温清洁风换热对白炭黑进行干燥；

换热的高温蒸汽，由高温蒸汽管道输送至白炭黑废水蒸发塔进行废水蒸发。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种对白炭黑废水进行蒸发结晶的装置，其特征在于：该装置包括炭黑尾气管道、混匀塔、尾气混匀器、混匀尾气管道、增压泵、气体流量计、温度计、控制系统、换热塔、换热管道、低温蒸汽管道、高温蒸汽管道、白炭黑废水蒸发塔；

所述的多条炭黑尾气管道分别输送炭黑生产不同阶段产生的不同温度的炭黑尾气，多条炭黑尾气管道连接混匀塔，所述混匀塔内设有尾气混匀器，混匀塔连接混匀尾气管道，混匀尾气管道上设有气体流量计、温度计、增压泵，所述的气体流量计、温度计、增压泵均连接控制系统，

所述混匀尾气管道连接换热塔，并通过换热塔内的换热管道进入尾气排放管道，所述的换热管道为迷宫式排布；所述的低温蒸汽管道连接换热塔，并将低温蒸汽输送至换热塔内，低温蒸汽通过换热塔后成为高温蒸汽并进入高温蒸汽管道，随后进入白炭黑废水蒸发塔。

2.权利要求1所述的一种对白炭黑废水进行蒸发结晶的装置，其特征在于：所述的炭黑尾气管道为多条，所述的多条炭黑尾气管道分别输送炭黑生产不同阶段产生的不同温度的炭黑尾气，并均连接混匀塔。

3.一种利用权利要求2所述装置进行白炭黑生产废水的蒸发结晶方法，其特征在于，

多条炭黑尾气管道分别输送炭黑生产不同阶段产生的不同温度的炭黑尾气，进入混匀塔后，在尾气混匀器搅拌作用下混匀，并进入混匀尾气管道，所述气体流量计测量混匀尾气管道内的尾气流量并实时传送至控制系统，所述温度计测量混匀尾气管道内的尾气温度并实时传送至控制系统，所述控制系统根据得到的流量、温度数据，对增压泵进行控制，使管道内的混匀尾气的流量和温度的乘积值保持恒定；

所述的混匀尾气管道连接换热塔，并通过换热塔内的迷宫式换热管道后进入尾气排放管道；

所述的低温蒸汽管道输送低温蒸汽进入换热塔，并与换热管道进行换热后成为高温蒸汽，由高温蒸汽管道输送至白炭黑废水蒸发塔进行废水蒸发。

4.根据权利要求3所述的白炭黑生产废水的蒸发结晶方法，其特征在于：控制系统通过如下公式控制低温蒸汽进入换热塔的流量：

$S_H=AK\mathrm{\&lambda;}\frac{S_D{T}_D(T_H-120)}{(T_D-T_H)T_H}$

式中，S_H为低温蒸汽流量，

T_H为换热后高温蒸汽温度，

S_D为混匀尾气流量，

T_D为混匀尾气温度，

A为与T_H相关的系数，其中在T_H大于等于550℃时，A取值为0.55-0.68，在300℃<T_H<550℃时，A取值为0.68-0.73，

K为炭黑尾气或燃余气流量管道直径与低温蒸汽管道直径之比，

λ为与蒸汽和混匀尾气比热容有关的系数，取值范围为0.4-0.55。