高氨氮廢水資源化利用折流式超重力床集成技術(shù)

1、 浙江工業(yè)大學(xué)徐之超微信 xuzc20122018年01月28日于杭州祝祝20182018全國(guó)制藥企業(yè)三廢治理與綠色發(fā)展大會(huì)圓滿成功！全國(guó)制藥企業(yè)三廢治理與綠色發(fā)展大會(huì)圓滿成功！2004年第一臺(tái)年第一臺(tái)RZB用于乙醇連續(xù)精餾用于乙醇連續(xù)精餾至今已有至今已有700多臺(tái)用于世界各地多臺(tái)用于世界各地精餾專家精餾專家M. J. Lockett博士現(xiàn)場(chǎng)參觀博士現(xiàn)場(chǎng)參觀BZ750-型設(shè)備甲醇精餾操作現(xiàn)場(chǎng)一些使用場(chǎng)景一些使用場(chǎng)景 氨氮廢水為工業(yè)生產(chǎn)過程中較常見的污染物，超標(biāo)的氨氮廢水若直接進(jìn)入水體會(huì)引起水系富營(yíng)養(yǎng)化，所以，須經(jīng)過處理才能排放。但處理過程中會(huì)有廢水和廢氣排放，從201

2、7年7月1日起實(shí)施的無(wú)機(jī)化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中，提高了對(duì)氨氮廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，其排放限值如下：直接排放為10mg/L，間接排放為40mg/L；對(duì)氨廢氣的排放限值為10mg/m3，氨在大氣中會(huì)與硫酸和硝酸發(fā)生反應(yīng)而生成銨鹽顆粒物，氨廢氣的排放對(duì)京津冀、長(zhǎng)三角等空氣污染最為嚴(yán)重區(qū)域PM2.5年均濃度貢獻(xiàn)值均超過15g/m3，所以必須通過理想的技術(shù)手段對(duì)氨氮廢水進(jìn)行處理。背景及意義背景及意義 氨氮廢水處理一般有精餾、汽提、吸附和膜分離等物理方法，催化氧化、化學(xué)沉淀的化學(xué)方法和生物降解法，各種方法各有特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。較為理想的方法是將廢氨水轉(zhuǎn)化為工業(yè)氨水而循環(huán)利用。精餾-吸收是典型的將氨氮廢水轉(zhuǎn)化為工業(yè)

3、氨水的方法，傳統(tǒng)方式是通過兩部分單元操作完成，先通過精餾操作，冷凝后得到氨水，冷凝器的尾氣部分再通過吸收操作將尾氨吸收，一般還會(huì)在流程的最后再用酸進(jìn)行化學(xué)吸收。上述過程一般需要三座塔設(shè)備，由于傳統(tǒng)塔設(shè)備高度和體積均較大，因此除設(shè)備建設(shè)時(shí)要耗費(fèi)較多的鋼材外，還要占據(jù)較大的場(chǎng)地面積和空間。背景及意義背景及意義 超重力技術(shù)自從上世紀(jì)80年代初投入應(yīng)用，由于超重力環(huán)境的強(qiáng)大離心力作用使氣液傳質(zhì)過程得以強(qiáng)化，至今已在吸收、氣提、除塵、精餾、反應(yīng)等領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用，目前應(yīng)用最廣的超重力結(jié)構(gòu)類型則以填料式和折流式為主，折流式超重力床是由浙江工業(yè)大學(xué)開發(fā)的專利技術(shù)，目前已在精餾、汽提等工業(yè)場(chǎng)合在國(guó)內(nèi)外得到

4、較好地推廣。本項(xiàng)目利用折流式超重力設(shè)備將廢氨水處理的精餾和吸收過程集成在一臺(tái)設(shè)備中，形成了一種設(shè)備小型和流程結(jié)構(gòu)緊湊的廢氨水處理技術(shù)。背景及意義背景及意義一、一、僅用于氨汽提的僅用于氨汽提的RZB流程流程RZB吸收系統(tǒng)冷卻循環(huán)水進(jìn)出純水補(bǔ)充高濃氨水循環(huán)低濃氨水循環(huán)成品氨水出水蒸汽底液出堿液進(jìn)原料進(jìn)氣提裝置(1.5*1.5*2.2m)排水泵循環(huán)泵(2組*2臺(tái))吸收裝置(1.6*1.6*4.5m)蒸氣入口廢氨水汽提操作現(xiàn)場(chǎng)一廢氨水汽提操作現(xiàn)場(chǎng)一廢氨水汽提操作現(xiàn)場(chǎng)二廢氨水汽提操作現(xiàn)場(chǎng)二二、二、精餾和吸收集成的精餾和吸收集成的RZB結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)三、三、精餾和吸收集成的工藝流程精餾和吸收集成的工藝流程三、三

5、、精餾和吸收集成的工藝流程精餾和吸收集成的工藝流程四、四、操作數(shù)據(jù)分析操作數(shù)據(jù)分析原料氨含量(wt%)頂液氨含量(wt%)底液氨含量(mg/L)放空氨含量(mg/m3)回流比6.69825.0777.950005.07038.1904.060003.60126.2858.124001.98828.1924.485001.04027.1127.26700.80.50322.5025.37702.00.28725.4902.83104.5 該工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)在浙江醫(yī)藥股份有限公司昌海生物分公司，用25%質(zhì)量含量的濃氨水與自來水配制成從約0.1%7.0%等若干種不同的質(zhì)量含量氨水原料進(jìn)行一系列操作調(diào)試，

6、所用的超重力設(shè)備規(guī)格為轉(zhuǎn)子外徑1100、四層式、55kW電機(jī)，當(dāng)操作數(shù)據(jù)穩(wěn)定后約半小時(shí)開始取樣并用儀表檢測(cè)放空尾氣的氨含量，所得實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見表1。表1 不同氨含量原料頂?shù)滓簩?shí)測(cè)結(jié)果四、四、操作數(shù)據(jù)分析操作數(shù)據(jù)分析原料氨含量(wt%)處理量(kg/h)蒸汽耗量(kg/h)電機(jī)功耗(kW)噸原料耗蒸汽(kg)噸原料折合蒸汽耗(kg)進(jìn)料溫度()6.69840063.128.0157.80190.16585.07051076.3810.0149.77181.76603.6013700551.2838.0140.78166.72731.9881000132.8715.5132.87159.60601.0

7、401120121.2115.5108.22132.05610.5031080133.6814.0123.77146.35640.2871040109.8411.5105.62124.8576表2 原料氨含量、處理量、蒸汽耗量及電機(jī)功耗 因現(xiàn)場(chǎng)換熱器的換熱效果不理想，換熱后的原料進(jìn)料溫度偏低，未達(dá)到8090間的理想溫度，以至于氨含量在2%以上的原料操作時(shí)頂部不用回流即可達(dá)到25%以上的成品目標(biāo)，相當(dāng)于2%以上的氨水只要用提餾操作即可得到成品氨水；相對(duì)氨含量更高的原料只要注意當(dāng)水蒸汽供應(yīng)量可以保證底液氨殘量達(dá)標(biāo)后，若頂部的氨水成品含量過高，則可再增大水蒸氣的量或在冷凝器頂部注入定量的水去降低氨水

8、成品的濃度。 由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的低溫供水的溫度會(huì)有所波動(dòng)，因此當(dāng)供水溫度偏低時(shí)才可產(chǎn)出高濃度的氨水，而低溫供水溫度偏高時(shí)則頂部氨水蒸汽壓會(huì)升高，只能產(chǎn)出25%以下的氨水成品。 四、四、操作數(shù)據(jù)分析操作數(shù)據(jù)分析 按調(diào)試中的操作條件及所得結(jié)果去設(shè)定進(jìn)料溫度、頂部回流比、及底部排液相近的含量，用Aspen plus過程軟件反算所需的蒸汽耗量及頂部氨含量的結(jié)果，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，蒸汽耗量比較見下圖。操作的蒸汽耗量平均比計(jì)算值要高8.8%左右。原因：1、散熱問題 ；2、完全包含電機(jī)的功耗 四、四、操作數(shù)據(jù)分析操作數(shù)據(jù)分析頂部氨含量結(jié)果比較圖 冷凝溫度為-20以下 Aspen plus 的模擬是在封閉系統(tǒng)的

9、假設(shè)下進(jìn)行的計(jì)算，也就是頂部全凝后，除出料外就是提供回流，而沒設(shè)置放空部分還有氨尾氣要處理；另外，無(wú)論頂部氨含量有多高，假設(shè)均可全凝。而現(xiàn)場(chǎng)所用的冷凝水為7水，在實(shí)際操作中供水溫度隨著生產(chǎn)用量的變化會(huì)在7 17之間波動(dòng)。 四、四、操作數(shù)據(jù)分析操作數(shù)據(jù)分析 頂部的冷凝液在汽液分離器中從放空部分會(huì)逸出氨尾氣，所逸出的氨的量與實(shí)驗(yàn)條件下汽液分離器的溫度和壓力以及氨水的氨含量密切相關(guān)，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出初步結(jié)論，當(dāng)氨含量約為25%、氨水液相溫度約為20、接近常壓的條件下，每小時(shí)所逸出的氨尾氣總量約為0.6kg的純氨。操作中吸收水量約控制在20L/h，吸收層的循環(huán)水量約控制在10m3/h，結(jié)果在系統(tǒng)放空口

10、用靈敏度為0.01mg/m3的微量氨氣檢測(cè)儀測(cè)不出有氨的顯示值。五、結(jié)論五、結(jié)論a)用折流式超重力床集成精餾和吸收兩種單元操作，與傳統(tǒng)設(shè)備相比，在大幅節(jié)省占地面積和空間的同時(shí)，還可大幅節(jié)約設(shè)備建設(shè)所用的鋼材；b)不同濃度的氨廢水經(jīng)過本工藝的處理，可將氨廢水轉(zhuǎn)化為氨含量大于22%wt以上的氨水資源，同時(shí)可保證最終的廢水氨含量小于8.2mg/L，尾氣檢測(cè)不到氨，優(yōu)于最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)氨排放限值。c)在調(diào)試的條件下，氨含量2%wt以上的原料，只要用提餾操作即可得到25%wt以上的成品氨水。謝謝各位朋友！謝謝各位朋友！感謝浙江省科技計(jì)劃公益技術(shù)研究工業(yè)項(xiàng)目感謝浙江省科技計(jì)劃公益技術(shù)研究工業(yè)項(xiàng)目(2014C31145)的資助的資助折流式旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)折流式旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu) Rotating Zigzag Bed (RZB)進(jìn)料口折流式超重力場(chǎng)旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)示意圖 氣相出口回流口靜盤靜折流圈氣相進(jìn)口動(dòng)盤動(dòng)折流圈出料口 三層折流式超重力旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)示意圖1-動(dòng)盤 ; 2-動(dòng)折 流圈;3-氣 體進(jìn)口 管; 4-1,2,3液體進(jìn) 口 管 ; 5-靜盤 ; 6靜折 流圈;7-氣體出 口管; 8-導(dǎo)流管 ; 9-回流 管; 10-殼體; 11-液 體出口管;12-轉(zhuǎn)軸;4-34-2121110987654-1321傳質(zhì)過程分析傳質(zhì)過程分析汽相傳質(zhì)現(xiàn)象1：霧化的液相與汽相大表面積