CN212387914U

CN212387914U - 一种对位芳纶生产中含盐有机废水的处理系统

Info

Publication number: CN212387914U
Application number: CN202021517238.9U
Authority: CN
Inventors: 张文广; 高金鹿; 孙蓓蓓; 刘忠; 郑淑昀; 黄彦超; 候慧茹; 高艳金; 肖磊; 魏建毅; 赵辉; 董菲菲; 王冬冬; 潘勇; 张海民
Original assignee: HENAN SHENMA NYLON CHEMICAL CO Ltd
Current assignee: HENAN SHENMA NYLON CHEMICAL CO Ltd
Priority date: 2020-07-28
Filing date: 2020-07-28
Publication date: 2021-01-22
Anticipated expiration: 2030-07-28

Abstract

本实用新型属于废水处理技术领域，具体涉及一种对位芳纶生产中含盐有机废水的处理系统。所述系统包括若干串联连接的蒸发器，干燥装置，固液分离装置，加热装置和气相冷凝装置；所述蒸发器的上部设有第一进液管，蒸发器的底部设有出液管；所述前一级蒸发器的出液管与后一级蒸发器的第一进液管连接，且最后一级蒸发器的出液管与固液分离装置连接。所述干燥装置包括壳体和设于壳体内的旋转干燥组件；所述壳体呈倒置的圆锥结构，壳体外部设有加热套。本申请处理系统中通过将多个蒸发器串联使用，分开控制，并配合后续特殊结构的干燥装置，在不添加其他沉淀剂或促凝剂的条件下实现了NMP、CaCl₂、NaCl的分离，处理成本低。

Description

一种对位芳纶生产中含盐有机废水的处理系统

技术领域

本申请属于废水处理技术领域，具体涉及一种对位芳纶生产中含盐有机废水的处理系统。

背景技术

聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维简称对位芳纶，是一种高性能纤维，具有高强高模、耐高温、耐酸碱以及重量轻等优异性能，其比强度是钢丝的5～6倍，比模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的20%左右，在民用和国防领域都有广泛的应用。对位芳纶生产过程的聚合工段收集起来的液体叫做母液，母液中有低浓度的CaCl₂、NaCl、N-甲基吡咯烷酮（NMP）和大量的H₂O。在后续的溶剂工段会用CHCl₃把母液内NMP萃取出来，萃取出的NMP回收再利用，而剩下的含盐水溶液成为溶剂工段的含盐废水。尽管溶剂工段可以回收大部分NMP，回收率达到98%，但是NMP极易溶于水，萃取后的含盐废水中仍然不可避免的含有少量NMP。因而, 对位芳纶溶剂工段产生的含盐有机废水中的成分为CaCl₂、NaCl、H₂O、NMP，与母液成分基本一致，其中，盐的含量一般在3.5%～5%，且CaCl₂和NaCl质量比约为4:1，NMP含量为800～3000ppm。

由于对位芳纶溶剂工段的含盐有机废水中盐分含量和NMP含量远超正常排放指标，不能直接排放，需进行废水处理，但是目前处理此类废水面临的问题主要有：1）由于其中氯离子含量远超生化处理的最大氯离子标准（生化处理要求氯离子含量小于0.6%），会直接把生化菌杀死，无法利用生化处理来直接降解有机物；2）其中的CaCl₂和NaCl化学性质相似，很难利用简单的方法将其分离。目前有一些处理对位芳纶生产过程中母液的装置及工艺，但是由于溶剂工段所得含盐有机废水各成分的含量与母液相比差异巨大，因此，利用现有母液的处理装置及工艺处理含盐有机废水并不合适也不经济。如何做到低成本且能有效将NMP（或NMP水溶液）、CaCl₂、NaCl三者分离，从而有效处理对位芳纶溶剂工段含盐有机废水，成为对位芳纶行业内亟待解决的难题。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本申请的目的是提出一种对位芳纶生产中含盐有机废水的处理系统，利用该处理系统可将对位芳纶生产废水，尤其是对位芳纶溶剂工段的生产废水中NMP、CaCl₂、NaCl三者分离，且处理过程简单有效。

为了实现上述技术目的，本申请采用以下技术方案：

一种对位芳纶生产中含盐有机废水的处理系统，所述系统包括若干串联连接的蒸发器，干燥装置，固液分离装置，加热装置和气相冷凝装置；

所述蒸发器的上部设有第一进液管，蒸发器的底部设有出液管；所述前一级蒸发器的出液管与后一级蒸发器的第一进液管连接，且最后一级蒸发器的出液管与固液分离装置连接；蒸发器的侧壁还设有第二进液管，第二进液管与底部出液管连通从而组成内部料液循环线路，加热装置位于内部料液循环线路上；蒸发器上还设有气相管线，蒸发器通过气相管线与气相冷凝装置连通；

所述干燥装置包括壳体和设于壳体内的旋转干燥组件；所述壳体呈倒置的圆锥结构，壳体外部设有加热套；壳体顶部设有浓缩液进液管，经固液分离的最后一级蒸发器的浓缩滤液由浓缩液进料管导入壳体内；壳体底部设有出料口，干燥后固体由出料口排出；所述旋转干燥组件包括转轴、连杆和刮板；所述转轴的顶端与壳体顶部转动连接；转轴上从下至上依次设置有若干连杆；所述连杆与转轴垂直设置，且连杆的长度与同一水平面壳体的内径相适配，保证设于连杆端部的刮板能将壳体内壁附着物刮除；

所述气相冷凝装置包括冷凝器、冷凝液储液罐和真空泵；冷凝器与真空泵之间通过气相管线连通，冷凝器与冷凝液储液罐之间通过冷凝液排液管连通。

优选的，所述最后一级蒸发器上还设有浓缩液排液管，浓缩液排液管与干燥装置的浓缩液进液管连通。将排液管与干燥装置连接，可以将最后一级蒸发器中的浓缩液直接排入干燥装置进行干燥。

优选的，所述最后一级蒸发器内设有钠离子自动在线检测装置。经过三级蒸发浓缩后，在三级蒸发器底部会析出大量NaCl晶体，设置在线钠离子自动检测装置可以实时检测浓缩液中钠离子浓度判断反应终点。

优选的，所述转轴上设有伞形挡板；所述伞形挡板位于连杆的上方；伞形挡板以转轴为中心向下倾斜，且伞形挡板的底部与壳体内壁之间留有一定间隙。通过设置伞形挡板能够增大蒸发面积：进入壳体内的浓缩液首先落在伞形挡板上，伞形挡板在旋转过程中将浓缩液均匀分布到壳体内壁，浓缩液沿壳体内壁滑落过程中浓缩、析出、干燥，从而有效提高了浓缩液的干燥效率。

优选的，所述刮板与壳体内壁平行设置，且刮板与壳体内壁之前留有3~10mm的间隙。通过设置有壳体内壁平行的刮板便于将附着在壳体内部的干燥固体刮除。

优选的，所述壳体顶部设有气相管线，干燥装置通过气相管线与冷凝器连通。

本申请处理系统中通过将多个蒸发器串联使用，分开控制，并配合后续特殊结构的干燥装置，在不添加其他沉淀剂或促凝剂的条件下实现了NMP、CaCl₂、NaCl的分离，处理成本低。经核算，利用本申请装置处理后，在固液分离步骤可得到纯度大于99%的NaCl晶体，NaCl晶体回收率大于74.29%。经蒸发冷凝过程，在冷凝液储液罐可回收约75%以上的NMP。最终干燥产品的主要成分为含有结晶水的CaCl₂，其中CaCl₂﹒2H₂O与CaCl₂﹒4H₂O的质量比约为1:1，并含有不超过4.15%的NaCl。最终干燥产品可通过重结晶或其他精制过程获得纯度更高的CaCl₂产品，也可直接用于其他用途，如用于单晶硅行业治理污水。

本申请所述处理系统结构简单，可控性强，并易于实现，为大规模连续处理对位芳纶溶剂工段含盐有机废水提供了经济、有效的可行之路。

附图说明

图1 本申请所述对位芳纶生产中含盐有机废水的处理系统各组成部分的连接示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本申请作进一步的详细描述。需要说明的是，实施例中所述“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等用语，仅为阐明各结构的相对位置关系，而非用以限定本申请可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本申请可实施的范畴。

实施例1

一种对位芳纶生产中含盐有机废水的处理系统，所述系统包括三级串联连接的一级蒸发器1、二级蒸发器2、三级蒸发器3，干燥装置，离心机8，换热器和气相冷凝装置；

上述蒸发器的上部均设有第一进液管6，对位芳纶生产中含盐有机废水由第一进液管6进入蒸发器中；第一进液管6上设有换热器7，可以用于废水的预加热。上述蒸发器的底部均设有出液管9，且前一级蒸发器的出液管9通过连接管与后一级蒸发器的第一进液管6连接，使一级蒸发器1中的蒸发浓缩液能够进入二级蒸发器2中继续蒸发、二级蒸发器2内蒸发浓缩液能够进入三级蒸发器3内继续蒸发，提高蒸发效率；出液管9上设有循环水泵21。蒸发器的侧壁还设有第二进液管10，第二进液管10与出液管9通过连接管组成内部料液循环线路，内部料液循环线路上设有强制循环泵20和换热器7；通过开启强制循环泵20使蒸发器底部废水首先在内部料液循环线路内循环，循环过程中通过换热器7对管线内水体升温加热，将蒸发器内废水温度控制在一定范围，实现蒸发器内废水的蒸发浓缩；待浓缩到一定程度，开启循环水泵21将蒸发浓缩液抽出，送至向下一级蒸发器中继续蒸发浓缩。

含盐有机废水经过三级蒸发浓缩后，在三级蒸发器3的底部会析出大量晶体，其成分主要为NaCl。三级蒸发器3内设置有钠离子自动在线检测仪（图中未画出），通过检测浓缩液中钠离子浓度可在线监测浓缩程度，判断反应终点，一般当废水中的NaCl为2.23～3.13%时即可放料排出。含有NaCl晶体的浓缩液由三级蒸发器3的出液管排出，进入离心机8离心；离心后固体直接干燥，得到NaCl晶体；离心后滤液由浓缩液进液管11进入干燥装置进行进一步浓缩、干燥。为了提高浓缩效率，三级蒸发器3上还设有浓缩液排液管12，浓缩液排液管12与浓缩液进液管11连通；待三级蒸发器3内浓缩废水NaCl浓度降至2.23～3.13%，也可将上层不含有固体结晶的上层浓缩清液直接排入干燥装置进行干燥，减少后续离心操作的处理量。

所述干燥装置包括壳体4和设于壳体4内的旋转干燥组件；壳体4呈倒置的圆锥结构，壳体4外部设有加热套（图中未画出）；壳体4顶部与浓缩液进液管11连接，经离心后的滤液由浓缩液进料管11进入壳体4内进行干燥；壳体4的底部设有出料口，干燥后固体由出料口排出；所得干燥固体的主要成分为CaCl₂。所述旋转干燥组件包括转轴17，设于转轴17上的伞形挡板19和若干水平设置的连杆18，以及设于连杆18端部的刮板181。转轴17位于壳体4的轴向中心线位置上，转轴17的顶端与壳体4顶部转动连接。伞形挡板19位于转轴17上部，伞形挡板19以转轴17为中心向下倾斜，伞形挡板19的底部与壳体4内壁之间留有一定间隙；通过设置伞形挡板19能够大大增加壳体4内的蒸发面积：进入壳体4内的浓缩液首先落在伞形挡板19上，伞形挡板19在旋转过程中将浓缩液均匀分布到壳体4内壁，浓缩液沿壳体4内壁滑落过程中浓缩、析出、干燥，有效提高了浓缩液的干燥效率。伞形挡板19的下方设置连杆18，连杆18与转轴17垂直设置，且连杆18的长度与同一水平面壳体4的内径相适配。刮板181位于连杆18的两端；刮板181的两端分别向连杆18的上下两侧延伸，且刮板181与壳体4内壁近似平行设置，从而保证刮板181对壳体4内壁尽量大的刮除面积。为了避免刮板181对壳体4内壁的摩擦损伤，刮板181与壳体4内壁之前留有3~10mm的间隙。

一级蒸发器1、二级蒸发器2、三级蒸发器3和壳体4顶部均与气相管线13连通，蒸发器和干燥装置通过气相管线13与气相冷凝装置连通。所述气相冷凝装置包括冷凝器14、冷凝液储液罐5和真空泵15；冷凝器14与真空泵15之间通过气相管线连通，冷凝器14与冷凝液储液罐5之间通过冷凝液排液管16连通。蒸发、干燥过程中蒸出的气体被真空泵15抽出经气相管线13进入冷凝器14降温冷凝，所得冷凝液即为含有NMP的水溶液，排入冷凝液储液罐5中储存。

本实施例处理系统中通过将多个蒸发器串联使用，逐级分开控制，配合后续特殊结构的干燥装置，在不添加其他沉淀剂或促凝剂的条件下实现了NMP、CaCl₂、NaCl的分离，处理成本低；而且三种成分不发生性质变化，不引入其他杂质，有利于三种成分的进一步提取与纯化。

实施例2

一种利用实施例1中处理系统进行对位芳纶生产中含盐有机废水处理的工艺，具体过程如下：

将对位芳纶溶剂工段产生的含盐有机废水首先预加热到40℃，然后进入一级蒸发器中，其中的含盐量约3.5%，NMP含量为1600ppm。

控制一级蒸发器真空度为-80 kpa，温度为70℃的条件，将含盐有机废水浓缩至约5.44%；一级废水进入二级蒸发器中，在真空度为-85 kpa，温度为66℃的条件下将含盐有机废水浓缩至约11.56%；二级废水进入三级蒸发器中，在真空度为-92 kpa，温度为62℃的条件下浓缩后，含盐量为约40.62%。经钠离子在线自动监测仪检测，浓缩液中NaCl浓度为2.61%，此时在三级蒸发器底部析出大量晶体。

利用三级蒸发器底部出料管将含有晶体颗粒的混合浓缩液输送至离心机离心，所得固体干燥并测定其成分，经测定所得固体为纯度99.2%的NaCl。固液分离出的浓缩液和三级蒸发器中浓缩废水一起输送到干燥装置进行进一步浓缩、干燥。

调节干燥装置内转轴的转速为50rpm，温度控制190℃，真空度-90kpa。在干燥过程中，附着在内壁的干燥后固体被刮板刮除，从出料口落下。经测定，所得到的干燥后固体主要为CaCl₂和少量NaCl。

在上述蒸发、干燥过程中，蒸发器中蒸出的气体被真空泵抽出经气相管线进入冷凝器降温冷凝，所得冷凝液即为含有NMP的水溶液，经测定冷凝液储液罐内NMP的含量为1200ppm。

在实际生产中，上述蒸发浓缩过程是连续进行的：当一级蒸发器中浓缩后废水流入二级蒸发器后，一级蒸发器中重新补充新的废水，继续进行处理。经核算，利用该处理系统连续处理24h共处理对位芳纶溶剂工段含盐有机废水4t，其中含盐量约140kg。经测定离心干燥后，得到NaCl固体20.8kg，NaCl的回收率约为74.29%。冷凝过程，NMP的回收率约为75%。

经干燥装置干燥后，可得干燥后固体约173.7kg，测定其中钠离子含量可得其中含有氯化钠的量为7.2kg，质量占比4.15%。其余成分为含有结晶水的CaCl₂，经测定其中CaCl₂﹒2H₂O为54.5kg，CaCl₂﹒4H₂O为112kg。按照CaCl₂的量计算可知，经过上述处理CaCl₂的回收率接近100%，但是由于最终CaCl₂产品中混有少量NaCl和微量没有蒸出的NMP，后续若要获得纯度较高的CaCl₂产品可经后续重结晶或其他精制过程；所得含有少量NaCl和微量NMP的CaCl₂产品也可直接使用，如用于单晶硅行业的废水处理过程。

实施例3

将对位芳纶溶剂工段的含盐有机废水首先预加热到40℃，然后输入一级蒸发器中，其中的含盐量约为4.2%，NMP含量为2000ppm。

一级蒸发器在真空度为-80 kpa，温度为70℃的条件下将含盐有机废水浓缩至约6.45%；一级废水进入二级蒸发器中，在真空度为-85kpa，温度为66℃的条件下将含盐有机废水浓缩至约12.32%；二级废水进入三级蒸发器中，在真空度为-92 kpa，温度为62℃的条件下浓缩后，含盐量为约40.89%。经钠离子在线自动监测仪检测，NaCl浓度为2.61%，此时在三级蒸发器底部析出大量NaCl晶体。

利用三级蒸发器底部出料管将含有晶体颗粒的混合浓缩液输送至离心机离心，所得固体干燥并测定其成分，经测定所得固体为纯度98.7%的NaCl。固液分离出的浓缩液和三级蒸发器中浓缩废水一起输送到干燥装置进行进一步浓缩、干燥。

调节干燥装置内转轴的转速为50rpm，温度控制190℃，真空度-90kpa。在干燥过程中，附着在内壁的干燥后固体被刮板刮除，经出料口落下，排出。经测定，所得到的干燥后固体主要为CaCl₂和少量的NaCl。

在上述蒸发、干燥过程中，蒸发器中蒸出的气体被真空泵抽出经气相管线进入冷凝器降温冷凝，所得冷凝液即为含有NMP的水溶液，经测定冷凝液储液罐内NMP的含量为1600ppm。

经核算，利用该处理系统连续处理24h共处理对位芳纶溶剂工段含盐有机废水4t，其中含盐量约168kg。经测定，离心干燥后，得到NaCl固体25.9kg，NaCl的回收率约为77.08%。冷凝过程，NMP的回收率约为80%。经干燥装置干燥后，可得干燥后固体约207.48kg，测定其中钠离子含量可得，其中含有氯化钠的量为7.7kg，质量占比3.71%。其余成分为含有结晶水的CaCl₂，经测定其中CaCl₂﹒2H₂O为65.38kg，CaCl₂﹒4H₂O为134.4kg。

实施例4

将对位芳纶溶剂工段的含盐有机废水首先预加热到40℃，然后输进一级蒸发器中，其中含盐量约为5%，NMP含量为2200ppm。

一级蒸发器在真空度为-80 kpa，温度为70℃的条件下将含盐有机废水浓缩至约7.05%；一级废水进入二级蒸发器中，在真空度为-85 kpa，温度为66℃的条件下将含盐有机废水浓缩至约13.07%；二级废水进入三级蒸发器中，在真空度为-92 kpa，温度为62℃的条件下浓缩后，含盐量为约40.96%。经钠离子在线自动监测仪检测，NaCl浓度为2.61%，此时在三级蒸发器底部析出大量NaCl晶体。

利用三级蒸发器底部出料管将含有晶体颗粒的混合浓缩液输送至离心机离心，所得固体干燥并测定其成分，经测定所得固体为纯度99.0%的NaCl。固液分离出的浓缩液和三级蒸发器中浓缩废水一起输送到干燥装置进行进一步浓缩、干燥。

在上述蒸发、干燥过程中，蒸发器中蒸出的气体被真空泵抽出经气相管线进入冷凝器降温冷凝，所得冷凝液即为含有NMP的水溶液，经测定冷凝液储液罐内NMP的含量为1800ppm。

经核算，利用该处理系统连续处理24h共处理对位芳纶溶剂工段含盐有机废水4t，其中含盐量约200kg。经测定，离心干燥后，得到NaCl固体30.4kg，NaCl的回收率约为76%。冷凝过程，NMP的回收率约为81.82%。经干燥装置干燥后，可得干燥后固体约247.44kg，测定其中钠离子含量可得，其中含有氯化钠的量为9.6kg，质量占比3.87%。其余成分为含有结晶水的CaCl₂，经测定其中CaCl₂﹒2H₂O为77.84kg，CaCl₂﹒4H₂O为160kg。

Claims

1.一种对位芳纶生产中含盐有机废水的处理系统，其特征在于：所述系统包括若干串联连接的蒸发器，干燥装置，固液分离装置，加热装置和气相冷凝装置；

所述蒸发器的上部设有第一进液管，蒸发器的底部设有出液管；前一级所述蒸发器的出液管与后一级蒸发器的第一进液管连接，且最后一级蒸发器的出液管与固液分离装置连接；蒸发器的侧壁还设有第二进液管，第二进液管与底部出液管连通从而组成内部料液循环线路，加热装置位于内部料液循环线路上；蒸发器上还设有气相管线，蒸发器通过气相管线与气相冷凝装置连通；

2.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于：所述最后一级蒸发器上还设有浓缩液排液管，浓缩液排液管与干燥装置的浓缩液进液管连通。

3.如权利要求2所述的处理系统，其特征在于：所述最后一级蒸发器内设有钠离子自动在线检测装置。

4.如权利要求1所述的处理系统，其特征在于：所述转轴上设有伞形挡板；所述伞形挡板位于连杆的上方；伞形挡板以转轴为中心向下倾斜，且伞形挡板的底部与壳体内壁之间留有一定间隙。

5.如权利要求4所述的处理系统，其特征在于：所述刮板与壳体内壁平行设置，且刮板与壳体内壁之前留有3~10mm的间隙。

6.如权利要求1~5任一项所述的处理系统，其特征在于：所述壳体顶部设有气相管线，干燥装置通过气相管线与冷凝器连通。