CN112142140A - 一种纳滤膜生产中废水回收装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳滤膜生产中废水回收装置及方法。所述装置包括：DMF精馏塔、脱杂质塔和原料预热器；DMF精馏塔设置有精馏塔冷凝器、精馏塔再沸器、精馏塔回流罐和回流泵；脱杂质塔设置有脱杂质塔冷凝器、脱杂质塔回流罐和脱杂质塔再沸器；本发明流程简单、无二次污染、可去除DMF分解杂质二甲胺，适合于纳滤膜生产中低浓度DMF废水的回收和回用。本发明可降低膜生产工艺中90wt％的DMF废水排放量，回收的水中二甲胺含量低于20ppm。DMF回收率大于99wt％，回收的DMF纯度≥99.5wt％，满足我国国标中DMF工业溶剂的要求，同时满足纳滤膜生产过程中水的循环使用，设备投资较少，流程简单，占地面积小。

Description

一种纳滤膜生产中废水回收装置及方法

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体是涉及一种纳滤膜生产中废水回收装置及方法。

背景技术

在纳滤膜生产中较为先进的底膜生产工艺是以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂的湿法工艺，生产过程中DMF用量很大，后期产生大量含低浓度DMF的废水。DMF市场价格较高，具有毒性，大量DMF废水的处理排放对于企业具有一定的经济压力，同时造成大量资源的浪费和新鲜水消耗。因此，需要开发高效的低浓度DMF废水回收和废水处理工艺，回收DMF和水，去除回收过程中产生的杂质使废水满足回用要求，实现工业废水的循环使用和DMF的回收利用，降低废水排放量。这对于企业保护社会环境，同时提高经济效益具有重要意义。

N,N-二甲基甲酰胺(DMF)是一种无色透明的液体，低毒性，沸点153.0℃，可与水以及大部分有机溶剂混溶，是重要的工业有机溶剂和合成材料，在农药合成、聚丙烯腈纤维纺丝、聚酰胺合成以及膜组件生产中应用广泛。目前工业中普遍使用的DMF回收方法为蒸馏法、萃取法和吸附法。蒸馏法直接通过精馏塔将水蒸出回收DMF，由于常压蒸馏过程中需要大量热量用于水分的蒸发，能耗较大，适合于浓度大于30％的高浓度DMF废水回收，对于低浓度DMF废水的回收，常压蒸馏经济性较差，此外，蒸馏工艺中存在着DMF的分解，产生甲酸和二甲胺，如不加处理会影响回收的DMF纯度和后续的水处理。采用萃取法回收废水中的DMF能耗较低，但是大量萃取剂的使用容易对萃取液造成二次污染，对于水的循环使用、DMF的纯化造成影响，此外回收过程中需要消耗浪费部分萃取剂，费用较高。吸附法主要以活性炭、离子交换树脂作为吸附介质对废水中的DMF进行分离回收，可回收的浓度有一定的限制，主要对废气和DMF含量很低的废水进行处理。

专利申请号：200510086784.5提出了一种废水中二甲基甲酰胺的回收方法，包括萃取和精馏两个工序，首先采用有机溶剂萃取水溶液中的二甲基甲酰胺，将DMF转移至有机溶剂中，再通过精馏的方法分离有机溶剂与DMF。工艺中采用有机碱对DMF分解的酸性产物进行中和。该发明能耗较少，DMF的回收率与纯度较高。但是萃取剂会对水相产生二次污染，分离DMF后的水不能在膜生产工艺中进行回用，不适合于纳滤膜的生产工业应用。

目前实施的无二次污染的工业DMF废水回收技术由于缺少除杂设备，不能有效去除DMF分解产物二甲胺，同时塔设备投资较高，能量利用不充分，整体能耗偏高，不适合于纳滤膜生产中低浓度DMF废水的回收和回用。实际生产中需要将废水的二甲胺含量降至20ppm以下水才能进入到纳滤膜生产中进行循环利用。目前，纳滤膜生产装置的DMF废水直接按工业污水处理，不进行回收和回用。

发明内容

为解决现有技术中出现的问题，本发明提供了一种纳滤膜生产中废水的回收装置及方法。本发明方法流程简单、无二次污染、可去除DMF分解杂质二甲胺(回收水中二甲胺含量低于20ppm)，废水回收率高，DMF回收率和纯度高，适合于纳滤膜生产中低浓度DMF废水的回收和回用。本发明方法回收的DMF纯度满足我国国标中工业溶剂的要求，回收的产品水满足纳滤膜生产过程中水的循环使用标准，塔设备投资少。

本发明的目的之一是提供一种纳滤膜生产中废水回收装置。

包括：

DMF精馏塔、脱杂质塔和原料预热器；DMF精馏塔设置有精馏塔冷凝器、精馏塔再沸器、精馏塔回流罐和回流泵；脱杂质塔设置有脱杂质塔冷凝器、脱杂质塔回流罐和脱杂质塔再沸器；

原料入口管线连接原料换热器后连接DMF精馏塔中部；DMF精馏塔釜出口管线连接精馏塔再沸器后返回DMF精馏塔底部；DMF精馏塔塔顶出口管线依次连接原料预热器、精馏塔冷凝器后连接精馏塔回流罐；

精馏塔回流罐底部管线连接回流泵后分成两路，一路连接DMF精馏塔上部，一路连接脱杂质塔；

脱杂质塔釜出口管线连接脱杂质塔再沸器后返回脱杂质塔底部；脱杂质塔塔顶管线依次连接脱杂质塔冷凝器、脱杂质塔回流罐后连接脱杂质塔上部。

其中，优选，

DMF产品采出线设置在DMF精馏塔塔釜或侧线，如通过侧线采出，采出位置为12～39。

水采出管线设置在脱除杂质塔塔釜或侧线，如通过侧线采出，采出位置为5～24。

本发明的目的之二是提供一种纳滤膜生产中废水回收方法。

包括：

(1)废水经原料预热器预热后通入DMF精馏塔；

(2)精馏分离后，DMF精馏塔塔釜或侧线采出高纯DMF，得到DMF产品；

(3)DMF精馏塔塔顶得到水蒸汽，水蒸汽经原料预热器与精馏塔冷凝器换热后进入回流罐，之后经过回流泵，一部分回流至DMF精馏塔，一部分通过出料口采出送往脱杂质塔；

(4)脱杂质塔精馏分离后，采出产品水，回用至纳滤膜生产装置中。

其中，优选，

废水中DMF含量为10％～35％，进料预热器预热后的温度为60～90℃。

DMF精馏塔的理论板数为15～40，进料位置为7～25，操作压力为0.01～0.06MPaA，回流比为0.05～2.0，塔顶温度为40～100℃，塔釜温度为90～135℃；

DMF精馏塔冷凝器用水冷的方式冷凝后，冷凝温度为30～80℃。

脱杂质塔的理论板数为6～25，进料位置为2～15，操作压力为0.01～0.1MPaA，回流比为1～40，塔顶温度为50～105℃，塔釜温度为50～110℃。

本发明采用减压精馏法，采用单个精馏塔从塔釜或侧线采出DMF，控制塔温低于135℃，该条件下DMF微量分解，可得到高回收率和纯度的DMF，没有脱水精馏塔的设备投资。精馏塔塔顶采出的水蒸气作为热源预热DMF废水的进料原料，节约能耗。精馏塔冷凝液回流罐中采出的水进入脱杂质塔中，脱除二甲胺，使得二甲胺浓度低于20ppm，满足纳滤膜生产中废水的回用要求。

本发明具体可采用以下技术方案：

本发明纳滤膜生产废水回用方法包括以下步骤：

(1)一种纳滤膜生产过程中产生的废水经过进料预热器1用蒸汽预热，预热后的温度为60～90℃，之后送入DMF精馏塔2；

(2)DMF精馏塔2采用的操作压力为0.01～0.06MPaA，塔釜温度为90～135℃，塔顶温度为40～100℃，回流比为0.05～2.0。DMF精馏塔2设有精馏塔再沸器3、精馏塔冷凝器4和回流罐5；

(3)废水从塔板位置7～25进入DMF精馏塔，精馏分离后，塔釜或侧线位置12～39采出高纯DMF，得到DMF产品；

(4)DMF精馏塔2塔顶得到水蒸汽，水蒸汽经原料预热器1换热，之后进入精馏塔冷凝器4换热，冷凝后温度30～80℃，进入回流罐5，之后经过回流泵6，一部分回流至DMF精馏塔2，一部分通过出料口采出送往脱杂质塔9；

(5)脱杂质塔9理论板数为6～25，采用的操作压力为0.01～0.1MPaA，塔釜温度为50～110℃，塔顶温度为50～105℃，回流比为1～40。脱杂质塔9设有脱杂质塔再沸器8、脱杂质塔冷凝器7和脱杂质塔回流罐10；

(6)精馏分离后，脱杂质塔9塔釜或侧线采出产品水，如通过侧线采出，采出位置为5～24，之后回用至纳滤膜生产装置中。

本发明具有以下特点：

(1)本发明采用减压操作，温度控制在135℃以下，该条件下DMF极微量水解，回收的DMF和水纯度更高；

(2)本工艺采用了原料预热器，DMF减压蒸馏塔的塔顶蒸汽作为加热热源，回收热量；

(3)回收的产品水可直接返回纳滤膜生产装置中回用，节约水的消耗，大大降低废水的排放；

(4)采用本发明的方法，DMF回收率可达到99wt％以上，回收的DMF的纯度达到99.5wt％以上，废水回收率90wt％以上，回收的水中二甲胺含量低于20ppm；

(5)本发明填补了膜生产过程中DMF废水不能再次循环利用的工艺技术空白，本发明方法能有效减少纳滤膜生产工艺过程中废水的排放，回收溶剂DMF和水，返回膜生产过程中进行回用。整个工艺流程简单，设备投资少，操作简便，有利于企业降低成本、提高经济效益，大量减少废水排放量。

附图说明

图1为本发明的纳滤膜生产中废水回收装置示意图；

附图标记说明：

1.原料预热器；2.DMF精馏塔；3.精馏塔再沸器；4.精馏塔冷凝器；5.精馏塔回流罐；6.回流泵；7.脱杂质塔冷凝器；8.脱杂质塔再沸器；9.脱杂质塔；10.脱杂质塔回流罐。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

实施例

如图1所示，一种纳滤膜生产中废水回收装置。

包括：

DMF精馏塔2、脱杂质塔9和原料预热器1；DMF精馏塔2设置有精馏塔冷凝器4、精馏塔再沸器3、精馏塔回流罐5和回流泵6；脱杂质塔9设置有脱杂质塔冷凝器7、脱杂质塔回流罐10、和脱杂质塔再沸器8；

原料入口管线连接原料预热器1后连接DMF精馏塔2中部；DMF精馏塔2塔釜出口管线分成两路，一路连接精馏塔再沸器3后返回DMF精馏塔2底部，另一部分抽出DMF产品(DMF产品采出线设置在DMF精馏塔塔釜)；DMF精馏塔2塔顶出口管线依次连接原料预热器1、精馏塔冷凝器4后连接精馏塔回流罐5；

精馏塔回流罐5底部管线连接回流泵6后分成两路，一路连接DMF精馏塔2上部，一路连接脱杂质塔9；

脱杂质塔9塔釜出口管线分成两路，一路连接脱杂质塔再沸器8后返回脱杂质塔9底部，另一部分采出水(水产品采出线设置在脱杂质塔塔釜)；脱杂质塔9塔顶管线依次连接脱杂质塔冷凝器7、脱杂质塔回流罐10后连接脱杂质塔9上部。

方法包括：

一种纳滤膜生产过程中的废水中DMF含量为20wt％，经过进料预热器1用蒸汽预热后的温度为90℃，之后送入DMF精馏塔2；DMF精馏塔2理论板数19，进料位置为第10块，操作压力为0.04MPaA，塔釜温度为129℃，塔顶温度为76℃，回流比为0.5。DMF精馏塔2设有精馏塔再沸器3、精馏塔冷凝器4和回流罐5；精馏分离后，塔釜采出高纯DMF产品；DMF精馏塔2塔顶得到水蒸汽，水蒸汽经原料预热器1换热，之后进入精馏塔冷凝器4换热，冷凝后温度75℃，进入回流罐5，之后经过回流泵6，一部分回流至DMF精馏塔2，一部分通过出料口采出送往脱杂质塔9；

脱杂质塔9理论板数为6，进料位置为第2块，采用的操作压力为0.1MPaA，塔釜温度为100℃，塔顶温度为99℃，回流比为33。脱杂质塔9设有脱杂质塔再沸器8、脱杂质塔冷凝器7和脱杂质塔回流罐10；精馏分离后，脱杂质塔9塔釜采出产品水，回用至纳滤膜生产装置中。整个装置的废水回收率达到90wt％，其中DMF回收率99wt％，回收的DMF纯度99.7wt％，产品水纯度99.0wt％，水中二甲胺浓度10ppm。

本实施例可有效回收膜生产过程中产生的废水，大幅减少废水的排放量，同时回收高纯度的DMF。企业可通过本发明技术大幅降低成本、提高经济效益，同时满足环保要求。

Claims (9)

1.一种纳滤膜生产中废水回收装置，其特征在于所述装置包括：

DMF精馏塔、脱杂质塔和原料预热器；DMF精馏塔设置有精馏塔冷凝器、精馏塔再沸器、精馏塔回流罐和回流泵；脱杂质塔设置有脱杂质塔冷凝器、脱杂质塔回流罐和脱杂质塔再沸器；

原料入口管线连接原料换热器后连接DMF精馏塔中部；

DMF精馏塔釜出口管线连接精馏塔再沸器后返回DMF精馏塔底部；

DMF精馏塔塔顶出口管线依次连接原料预热器、精馏塔冷凝器后连接精馏塔回流罐；

精馏塔回流罐底部管线连接回流泵后分成两路，一路连接DMF精馏塔上部，一路连接脱杂质塔；

脱杂质塔釜出口管线连接脱杂质塔再沸器后返回脱杂质塔底部；

脱杂质塔塔顶管线依次连接脱杂质塔冷凝器、脱杂质塔回流罐后连接脱杂质塔上部。

2.如权利要求1所述的纳滤膜生产中废水回收装置，其特征在于：

DMF产品采出线设置在DMF精馏塔塔釜或侧线。

3.如权利要求2所述的纳滤膜生产中废水回收装置，其特征在于：

DMF产品采出线设置在DMF精馏塔侧线12～39塔板处。

4.如权利要求1所述的纳滤膜生产中废水回收装置，其特征在于：

水采出管线设置在脱除杂质塔塔釜或侧线。

5.如权利要求4所述的纳滤膜生产中废水回收装置，其特征在于：

水采出管线设置在脱除杂质塔侧线5～24塔板处。

6.一种采用如权利要求1～5之一所述装置的纳滤膜生产中废水回收方法，其特征在于所述方法包括：

(1)废水经原料预热器预热后通入DMF精馏塔；

(2)精馏分离后，DMF精馏塔塔釜或侧线采出高纯DMF，得到DMF产品；

(3)DMF精馏塔塔顶得到水蒸汽，水蒸汽经原料预热器与精馏塔冷凝器换热后进入回流罐，之后经过回流泵，一部分回流至DMF精馏塔，一部分通过出料口采出送往脱杂质塔；

(4)脱杂质塔精馏分离后，采出产品水，回用至纳滤膜生产装置中。

7.如权利要求6所述的纳滤膜生产中废水回收方法，其特征在于：

废水中DMF含量为10％～35％，进料预热器预热后的温度为60～90℃。

8.如权利要求6所述的纳滤膜生产中废水回收方法，其特征在于：

DMF精馏塔的理论板数为15～40，进料位置为7～25，操作压力为0.01～0.06 MPaA，回流比为0.05～2.0，塔顶温度为40～100℃，塔釜温度为90～135℃；

DMF精馏塔冷凝器出口温度为30～80℃。

9.如权利要求6所述的纳滤膜生产中废水回收方法，其特征在于：

脱杂质塔的理论板数为6～25，进料位置为2～15，操作压力为0.01～0.1MPaA，回流比为1～40，塔顶温度为50～105℃，塔釜温度为50～110℃。

Images