CN110282676A - 水合肼废水蒸发结晶设备及其蒸发结晶工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水合肼废水蒸发结晶设备及其蒸发结晶工艺，该设备包括顺次连接的预热装置、一段强制循环蒸发装置、二段强制循环蒸发装置、精馏装置、蒸汽再压缩装置以及用于控制预热装置、一段强制循环蒸发装置、二段强制循环蒸发装置、精馏装置、蒸汽再压缩装置的控制单元。该装置减少处理废水费用，并得到有价值的氯化钠盐以及浓度高于40％的水合肼溶液，同时该设备的结构简单、占地面积小，设备投资低，并且实现了从水合肼废水中提取有价值的氯化钠和水合肼的自动化生产过程，生产效率高、对环境无破坏，而工艺步骤简单、能源消耗低、生产成本低廉。

Description

水合肼废水蒸发结晶设备及其蒸发结晶工艺

技术领域

本发明涉及水合肼生产技术领域，更具体地说是指水合肼废水蒸发结晶设备及其蒸发结晶工艺。

背景技术

水合肼又称水合联氨，纯品为无色透明的油状液体，有淡氨味，在湿空气中冒烟，具有强碱性和吸湿性。常压下，肼可以和水形成共沸，共沸物中肼含量约为69％。工业上一般应用含量为40％～80％的水合肼水溶液或肼的盐。水合肼液体以二聚物形式存在，与水和乙醇混溶，不溶于乙醚和氯仿；它能侵蚀玻璃、橡胶、皮革、软木等，在高温下分解成N2、NH3和H2；水合肼还原性极强，与卤素、HNO3、KMnO4等激烈反应，在空气中可吸收CO2，产生烟雾。水合肼及其衍生物产品在许多工业应用中得到广泛的使用，用作还原剂、抗氧剂，用于制取医药、发泡剂等。

目前，用于水合肼废水处理的工艺多采用单效或者多效蒸发方法，单效或者多效蒸发工艺的特点是以鲜蒸汽为热源，不断利用二次蒸汽，尤其是精馏段需要消耗大量蒸汽，增加了操作成本。

因此，有必要设计一种新的设备，实现能耗低、自动化效率高地水合肼废水蒸发结晶方式。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供水合肼废水蒸发结晶设备及其蒸发结晶工艺。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：水合肼废水蒸发结晶设备，包括顺次连接的预热装置、一段强制循环蒸发装置、二段强制循环蒸发装置、精馏装置、蒸汽再压缩装置以及用于控制预热装置、一段强制循环蒸发装置、二段强制循环蒸发装置、精馏装置、蒸汽再压缩装置的控制单元。

其进一步技术方案为：所述预热装置包括通过管道顺次连接的二次蒸汽蒸馏水预热器、鲜蒸汽蒸馏水预热器和不凝气预热器，所述二次蒸汽蒸馏水预热器通过原液泵连接有原液储存机构，所述不凝气预热器与所述一段强制循环蒸发装置连接。

其进一步技术方案为：所述一段强制循环蒸发装置包括顺次连接的一段强制循环换热器、一段强制循环泵、一段结晶分离器、一段出料泵、一段稠厚器、一段离心机以及一段母液罐，所述一段母液罐连接有一段母液泵，所述一段结晶分离器与所述不凝气预热器通过管道连接，所述一段母液泵与所述二段强制循环蒸发器连接。

其进一步技术方案为：所述二段强制循环蒸发装置包括顺次连接的二段强制循环换热器、二段强制循环泵、二段结晶分离器、二段出料泵、二段稠厚器、二段离心机、二段母液罐以及二段母液泵，所述二段母液泵与所述二段强制循环泵连接，所述二段强制循环换热器与所述二段结晶分离器连接，所述一段母液泵与所述二段强制循环换热器连接，所述二段强制循环换热器与所述鲜蒸汽蒸馏水预热器连接。

其进一步技术方案为：所述精馏装置包括通过管路顺次连接的精馏塔以及提馏塔，所述精馏塔连接有二级回流泵，所述提馏塔连接有降膜循环泵以及再沸器，所述精馏塔分别与一段结晶分离器以及二段结晶分离器连接。

其进一步技术方案为：所述蒸汽压缩装置包括顺次连接的压缩机、积液罐和积液泵，所述压缩机的出口分别与一段强制循环换热器和再沸器连接，所述压缩机的进口与精馏塔连接，所述积液罐通过积液泵连接有蒸馏水罐。

其进一步技术方案为：所述精馏塔还连接有一末效冷凝器，所述末效冷凝器与所述蒸馏水罐连接，所述末效冷凝器连接有第一真空泵，所述一段强制循环换热器与所述蒸馏水罐连接，所述蒸馏水罐通过一蒸馏水泵连接于所述二次蒸汽蒸馏水预热器，所述蒸馏水罐连接有一级回流泵，所述一级回流泵与所述精馏塔连接。

其进一步技术方案为：所述不凝气预热器连接有一不凝气冷凝器，所述不凝气冷凝器连接有一汽水分离器，所述汽水分离器连接有第二真空泵。

本发明还提供了一种利用所述的水合肼废水蒸发结晶设备进行蒸发结晶的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、原液预热，将水合肼废水通入各个预热装置中，依次与二次蒸汽蒸馏水、鲜蒸汽蒸馏水和不凝气换热，升温至蒸发温度；

S2、一段蒸发结晶，预热后的水合肼废水进入一段强制循环蒸发装置进行蒸发结晶，分离得到氯化钠盐；

S3、二段蒸发结晶，一段蒸发结晶后产生的水合肼浓缩液转入二段强制循环蒸发装置进行蒸发结晶，以得到剩余的杂盐；

S4、精馏，一段蒸发结晶后和二段蒸发结晶后产生的二次蒸汽进入精馏装置中，将水合肼与水分离，分别得到高浓度水合肼以及二次蒸汽；

S5、蒸汽再压缩，精馏装置分离的二次蒸汽进入蒸汽再压缩装置，经蒸汽再压缩装置压缩后的二次蒸汽进入一段强制循环换热装置以及精馏装置，二次蒸汽经过蒸汽再压缩装置冷凝成水流，并进行储存。

其进一步技术方案为：所述步骤S2和S3中得到的二次蒸汽温度为90℃，压力为70.1Kpa。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明所述的水合肼废水蒸发结晶设备可将水合肼废水中氯化钠、水合肼分离出来，剩余浓缩液通过蒸发结晶固化，减少处理废水费用，并得到有价值的氯化钠盐以及浓度高于40％的水合肼溶液，同时该设备的结构简单、占地面积小，设备投资低，并且实现了从水合肼废水中提取有价值的氯化钠和水合肼的自动化生产过程，生产效率高、对环境无破坏。

(2)本发明所述的水合肼废水蒸发结晶工艺，由原料液首先进入预热装置，然后进入一段蒸发结晶装置，最后进入二段蒸发结晶装置，二次蒸汽进入精馏装置分离出水合肼后进入压缩机，提高热能，该工艺步骤简单、能源消耗低、生产成本低廉，与常规工艺相比，采用MVR技术，是一种能耗低、自动化程度高的工艺。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明具体实施例提供的水合肼废水蒸发结晶设备的结构示意图。

图中附图标记表示为：1-原液泵；2-二次蒸汽蒸馏水预热器；3-蒸馏水泵；4-鲜蒸汽蒸馏水预热器；5-蒸馏水罐；6-一级回流泵；7-积液泵；8-积液罐；9-一段强制循环换热器；10-一段强制循环泵；11-一段结晶分离器；12-一段母液泵；13-一段出料泵；14-一段母液罐；15-一段离心机；16-一段稠厚器；17-二段强制循环换热器；18-二段强制循环泵；19-二段结晶分离器；20-二段母液泵；21-二段出料泵；22-二段母液罐；23-二段离心机；24-二段稠厚器；25-精馏塔；26-二级回流泵；27-提馏塔；28-降膜循环泵；29-再沸器；30-第一真空泵；31-第二真空泵；32-汽水分离器；33-不凝气冷凝器；34-末效冷凝器；35-不凝气预热器；36-压缩机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如图1所示的具体实施例，本实施例提供的水合肼废水蒸发结晶设备，可以运用在水合肼的生产过程中。具体是利用MVR技术将水合肼废水中氯化钠、水合肼分离出来，剩余浓缩液通过蒸发结晶固化实现水合肼废水蒸发结晶。

请参阅图1，该水合肼废水蒸发结晶设备包括顺次连接的预热装置、一段强制循环蒸发装置、二段强制循环蒸发装置、精馏装置、蒸汽再压缩装置以及用于控制预热装置、一段强制循环蒸发装置、二段强制循环蒸发装置、精馏装置、蒸汽再压缩装置的控制单元。

所述控制单元为PLC控制，所述控制单元用于控制原液预热、一段强制循环蒸发、二段强制循环蒸发、精馏分离和蒸汽再压缩的自动化过程，所有输入、输出信号均可由安装有PLC控制软件的计算机完成，实现了将水合肼废水中氯化钠、水合肼分离出来，剩余浓缩液通过蒸发结晶固化的自动化生产过程。

该装置可用于处理流量为17t/h，浓度为75％的水合肼废水，其中水合肼浓度为5％。

其中，如图1所示，所述预热装置包括通过管道顺次连接的二次蒸汽蒸馏水预热器2、鲜蒸汽蒸馏水预热器4和不凝气预热器35，所述二次蒸汽蒸馏水预热器2通过原液泵1连接有原液储存机构，所述不凝气预热器35与所述一段强制循环蒸发装置连接。在预热装置所连接管路上设有温度检测仪表，通过输出信号传至控制单元，经不凝气预热器35预热后的水合肼废水达到泡点温度后进入一段强制循环蒸发装置。

另外，上述的一段强制循环蒸发装置包括顺次连接的一段强制循环换热器9、一段强制循环泵10、一段结晶分离器11、一段出料泵13、一段稠厚器16、一段离心机15以及一段母液罐14，所述一段母液罐14连接有一段母液泵12，所述一段结晶分离器11与所述不凝气预热器35通过管道连接，所述一段母液泵12与所述二段强制循环蒸发器连接。在一段强制循环蒸发装置所连接管路上设有温度检测仪表和密度检测仪表，通过输出信号传至控制单元，经一段强制循环蒸发装置蒸发结晶后水合肼废水浓缩液达到需要沸点升高及密度后转入二段强制循环蒸发装置。

更进一步地，上述的二段强制循环蒸发装置包括顺次连接的二段强制循环换热器17、二段强制循环泵18、二段结晶分离器19、二段出料泵21、二段稠厚器24、二段离心机23、二段母液罐22以及二段母液泵20，所述二段母液泵20与所述二段强制循环泵18连接，所述二段强制循环换热器17与所述二段结晶分离器19连接，所述一段母液泵12与所述二段强制循环换热器17连接，所述二段强制循环换热器17与所述鲜蒸汽蒸馏水预热器4连接。

另外，所述精馏装置包括通过管路顺次连接的精馏塔25以及提馏塔27，所述精馏塔25连接有二级回流泵26，所述提馏塔27连接有降膜循环泵28以及再沸器29，所述精馏塔25分别与一段结晶分离器11以及二段结晶分离器19连接。一段结晶分离器11和二段结晶分离器19内产生含水合肼的二次蒸汽进入精馏塔25进行分离。

具体地，所述蒸汽压缩装置包括顺次连接的压缩机36、积液罐8和积液泵7，所述压缩机36的出口分别与一段强制循环换热器9和再沸器29连接，所述压缩机36的进口与精馏塔25连接，所述积液罐8通过积液泵7连接有蒸馏水罐5。

更进一步地，所述精馏塔25还连接有一末效冷凝器34，所述末效冷凝器34与所述蒸馏水罐5连接，所述末效冷凝器34连接有第一真空泵30，所述一段强制循环换热器9与所述蒸馏水罐5连接，所述蒸馏水罐5通过一蒸馏水泵3连接于所述二次蒸汽蒸馏水预热器2，所述蒸馏水罐5连接有一级回流泵6，所述一级回流泵6与所述精馏塔25连接。

另外，所述不凝气预热器35连接有一不凝气冷凝器33，所述不凝气冷凝器33连接有一汽水分离器32，所述汽水分离器32连接有第二真空泵31。

上述的水合肼废水蒸发结晶设备可将水合肼废水中氯化钠、水合肼分离出来，剩余浓缩液通过蒸发结晶固化，减少处理废水费用，并得到有价值的氯化钠盐以及浓度高于40％的水合肼溶液，同时该设备的结构简单、占地面积小，设备投资低，并且实现了从水合肼废水中提取有价值的氯化钠和水合肼的自动化生产过程，生产效率高、对环境无破坏。

本实施例还提供一种利用所述水合肼废水蒸发结晶设备进行蒸发结晶的工艺，具体地，该工艺可进行水合肼蒸发结晶以及溶剂分离的工艺，该工艺用于处理流量为17t/h，浓度为75％的水合肼废水，其中水合肼浓度为5％。

具体地，上述的工艺包括如下步骤：

S1、原液预热，将水合肼废水通入各个预热装置中，依次与二次蒸汽蒸馏水、鲜蒸汽蒸馏水和不凝气换热，升温至蒸发温度；

具体地，水合肼废水由原液泵1依次通入二次蒸汽蒸馏水预热器2、鲜蒸汽蒸馏水预热器4和不凝气预热器35，依次与二次蒸汽蒸馏水、鲜蒸汽蒸馏水和不凝气换热，升温至水合肼废水蒸发温度102℃，所述二次蒸汽蒸馏水为水合肼废水蒸发分离的二次蒸汽冷凝水，储存于蒸馏水罐5内，所述不凝气为二段强制循环蒸发段产生的多余的二次蒸汽经压缩机36压缩后，由一段强制循环蒸发装置排出与原液换热，其含有一段强制循环蒸发装置内的不凝气体与经压缩机36升温升压后的二次蒸汽，所述二次蒸汽为压力0.042MpaG，温度110℃的饱和蒸汽。

S2、一段蒸发结晶，预热后的水合肼废水进入一段强制循环蒸发装置进行蒸发结晶，分离得到氯化钠盐；

具体地，预热后的水合肼废水进入一段结晶器分离器，再通过一段强制循环泵10进入一段强制循环换热器9内，进行换热蒸发，蒸发过程中由于浓度不断增大开始有氯化钠晶体析出，通过一段稠厚器16、一段离心机15和一段母液罐14，分离得到氯化钠盐，并将产生的水合肼浓缩液通过一段母液泵12排入二段强制循环蒸发装置。

S3、二段蒸发结晶，一段蒸发结晶后产生的水合肼浓缩液转入二段强制循环蒸发装置进行蒸发结晶，以得到剩余的杂盐；

具体地，经过一段蒸发结晶的水合肼浓缩液通过一段母液泵12，转入二段结晶器分离器，再通过二段强制循环泵18进入二段强制循环换热器17内进行换热蒸发，采用鲜蒸汽作为热源，蒸发过程中由于浓度不断增大开始有杂盐晶体析出，通过二段稠厚器24、二段离心机23和二段母液罐22，分离得到剩余的杂盐。

S4、精馏，一段蒸发结晶后和二段蒸发结晶后产生的二次蒸汽进入精馏装置中，将水合肼与水分离，分别得到高浓度水合肼以及二次蒸汽；

一段蒸发结晶后和二段蒸发结晶后产生的含水合肼二次蒸汽进入精馏塔25中，控制精馏塔25的塔顶与提馏塔27的塔底温度，根据液相组分的挥发性差异进行分离，气相在精馏塔25的顶部经压缩机36压缩后进入一段强制循环换热器9冷凝后进入蒸馏水罐5，部分通过一级回流泵6打回精馏塔25，控制回流量为3200kg/h，经精馏提纯后，去除了水中大部分水合肼，在提馏塔27的底部得到高浓度的水合肼溶液，其中，精馏塔25的塔顶温度为90℃，并且通过控制与所述提馏塔27的底部连接的再沸器29的蒸汽流量，使提馏塔27的底部温度保持在98℃。所述再沸器29的加热蒸汽使用的为经过压缩机36压缩后的高温二次蒸汽。

分离得到的二次蒸汽大部分进入压缩机36，小部分进入末效冷凝器34。

S5、蒸汽再压缩，精馏装置分离的二次蒸汽进入蒸汽再压缩装置，经蒸汽再压缩装置压缩后的二次蒸汽进入一段强制循环换热装置以及精馏装置，二次蒸汽经过蒸汽再压缩装置冷凝成水流，并进行储存。

精馏塔25分离内的二次蒸汽，温度为90℃，压力为70.1KPa，大部分进入压缩机36，经压缩机36压缩后的二次蒸汽升温、升压至110℃、143.3KPa后，部分进入一段强制循环换热器9中加热物料，部分进入再沸器29中加热物料。经过压缩机36压缩后二次蒸汽在加热物料过程中，冷凝成水流至蒸馏水罐5储存，并部分由蒸馏水泵3送入二次蒸汽蒸馏水预热器2与原料液换热，降温至35℃后排出系统，部分由一级回流泵6打回精馏塔25。压缩机36连接有二次蒸汽大管道，开机过程中大管道中残留的冷凝积液流至积液罐8，并由积液泵7送入蒸馏水罐5，通过蒸馏水泵3送出设备。

本实施例中的水合肼废水蒸发结晶工艺的处理量情况及运行能耗情况，结果如表1所示。

表1

上述结果表明，本实施例所述的蒸发结晶设备及工艺具有蒸汽消耗量小、能耗低、产量高、工艺简单、设备数量少、建设投资少的优点。

上述的水合肼废水蒸发结晶工艺，由原料液首先进入预热装置，然后进入一段蒸发结晶装置，最后进入二段蒸发结晶装置，二次蒸汽进入精馏装置分离出水合肼后进入压缩机36，提高热能，该工艺步骤简单、能源消耗低、生产成本低廉，与常规工艺相比，采用MVR技术，是一种能耗低、自动化程度高的工艺。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.水合肼废水蒸发结晶设备，其特征在于，包括顺次连接的预热装置、一段强制循环蒸发装置、二段强制循环蒸发装置、精馏装置、蒸汽再压缩装置以及用于控制预热装置、一段强制循环蒸发装置、二段强制循环蒸发装置、精馏装置、蒸汽再压缩装置的控制单元。

2.根据权利要求1所述的水合肼废水蒸发结晶设备，其特征在于，所述预热装置包括通过管道顺次连接的二次蒸汽蒸馏水预热器、鲜蒸汽蒸馏水预热器和不凝气预热器，所述二次蒸汽蒸馏水预热器通过原液泵连接有原液储存机构，所述不凝气预热器与所述一段强制循环蒸发装置连接。

3.根据权利要求2所述的水合肼废水蒸发结晶设备，其特征在于，所述一段强制循环蒸发装置包括顺次连接的一段强制循环换热器、一段强制循环泵、一段结晶分离器、一段出料泵、一段稠厚器、一段离心机以及一段母液罐，所述一段母液罐连接有一段母液泵，所述一段结晶分离器与所述不凝气预热器通过管道连接，所述一段母液泵与所述二段强制循环蒸发器连接。

4.根据权利要求3所述的水合肼废水蒸发结晶设备，其特征在于，所述二段强制循环蒸发装置包括顺次连接的二段强制循环换热器、二段强制循环泵、二段结晶分离器、二段出料泵、二段稠厚器、二段离心机、二段母液罐以及二段母液泵，所述二段母液泵与所述二段强制循环泵连接，所述二段强制循环换热器与所述二段结晶分离器连接，所述一段母液泵与所述二段强制循环换热器连接，所述二段强制循环换热器与所述鲜蒸汽蒸馏水预热器连接。

5.根据权利要求4所述的水合肼废水蒸发结晶设备，其特征在于，所述精馏装置包括通过管路顺次连接的精馏塔以及提馏塔，所述精馏塔连接有二级回流泵，所述提馏塔连接有降膜循环泵以及再沸器，所述精馏塔分别与一段结晶分离器以及二段结晶分离器连接。

6.根据权利要求5所述的水合肼废水蒸发结晶设备，其特征在于，所述蒸汽压缩装置包括顺次连接的压缩机、积液罐和积液泵，所述压缩机的出口分别与一段强制循环换热器和再沸器连接，所述压缩机的进口与精馏塔连接，所述积液罐通过积液泵连接有蒸馏水罐。

7.根据权利要求6所述的水合肼废水蒸发结晶设备，其特征在于，所述精馏塔还连接有一末效冷凝器，所述末效冷凝器与所述蒸馏水罐连接，所述末效冷凝器连接有第一真空泵，所述一段强制循环换热器与所述蒸馏水罐连接，所述蒸馏水罐通过一蒸馏水泵连接于所述二次蒸汽蒸馏水预热器，所述蒸馏水罐连接有一级回流泵，所述一级回流泵与所述精馏塔连接。

8.根据权利要求7所述的水合肼废水蒸发结晶设备，其特征在于，所述不凝气预热器连接有一不凝气冷凝器，所述不凝气冷凝器连接有一汽水分离器，所述汽水分离器连接有第二真空泵。

9.一种利用如权利要求1至8任一项所述的水合肼废水蒸发结晶设备进行蒸发结晶的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、原液预热，将水合肼废水通入各个预热装置中，依次与二次蒸汽蒸馏水、鲜蒸汽蒸馏水和不凝气换热，升温至蒸发温度；

S2、一段蒸发结晶，预热后的水合肼废水进入一段强制循环蒸发装置进行蒸发结晶，分离得到氯化钠盐；

S3、二段蒸发结晶，一段蒸发结晶后产生的水合肼浓缩液转入二段强制循环蒸发装置进行蒸发结晶，以得到剩余的杂盐；

S4、精馏，一段蒸发结晶后和二段蒸发结晶后产生的二次蒸汽进入精馏装置中，将水合肼与水分离，分别得到高浓度水合肼以及二次蒸汽；

S5、蒸汽再压缩，精馏装置分离的二次蒸汽进入蒸汽再压缩装置，经蒸汽再压缩装置压缩后的二次蒸汽进入一段强制循环换热装置以及精馏装置，二次蒸汽经过蒸汽再压缩装置冷凝成水流，并进行储存。

10.根据权利要求9所述的蒸发结晶工艺，其特征在于，所述步骤S2和S3中得到的二次蒸汽温度为90℃，压力为70.1Kpa。