氯化銨再冷卻生產(chǎn)母液的研究

氯化銨再冷卻生產(chǎn)母液的研究

采用自然水鄉(xiāng)法生產(chǎn)亞硝酸鹽，生產(chǎn)過程中排放大量濃度氯化銨廢水。大多數(shù)公司直接將母液排入河流。隨著廢水的排放，大量氯化銨溶液無法處理，這不僅浪費了資源，而且給環(huán)境帶來了嚴(yán)重污染。一個日消耗鹵水300t的小蘇打廠產(chǎn)生的母液達(dá)到每天300t左右,如此大量的廢水排入江河,將給環(huán)境造成嚴(yán)重污染。廢水排放情況見表1。水中氨氮含量非常高,與我國執(zhí)行的《GB8978—1996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)最高允許排放濃度25mg/L存在巨大差距。同時,每排放300t母液將排掉氯化銨60t、氯化鈉24t,造成巨大的浪費。因此,如何利用含氯化銨母液,防止環(huán)境污染是當(dāng)前迫切需要解決的問題。鹵水法生產(chǎn)小蘇打的問題就是生產(chǎn)過程中將產(chǎn)生大量的母液,母液中含有氯化銨、氯化鈉、碳酸氫鈉、碳酸氫銨、硫酸鈉及少量硫酸鈣、硫酸鎂,主要成分見表2。氯化銨的生產(chǎn)方法有兩種方法:冷凍法和蒸發(fā)法。冷凍法一般將冷析與鹽析結(jié)合在一起,具體方法是用冰鹽水將母液冷卻至5～10℃,此時析出75%的氯化銨,離心分離,然后再向母液中加入精鹽進(jìn)行鹽析,此時析出剩下的氯化銨,此法在聯(lián)堿生產(chǎn)中應(yīng)用非常成功。本法要求體系的水循環(huán)利用不得增加,因此,不能用于鹵水法小蘇打母液的處理。蒸發(fā)法是將母液蒸發(fā)濃縮,利用氯化鈉和氯化鈉隨溫度變化關(guān)系不同而分步析出,從而達(dá)到分離的目的。鹵水法生產(chǎn)小蘇打過程中母液量以15～30m3/h的速度增加,而冷凍法不能完全回收母液中的氯化銨和氯化鈉,如果外排仍然會造成浪費和環(huán)境污染,因此,本設(shè)計采用三效蒸發(fā)回收,實現(xiàn)零排放。1計算工藝1.1效蒸發(fā)器h含NH4Cl待處理母液量6.25m3/h,ρ=1120kg/m3,末效返回6.25m3/h,合計12.5m3/h進(jìn)入一效蒸發(fā)器。一效:F=14000kg/h,X0=17.0%(氯化銨),X0′=6.2%(氯化鈉)完成液F1=11920kg/h二效:進(jìn)料液F1=11920kg/h,X0=19.96%,完成液F2=9840kg/h,三效:進(jìn)料液F2=9840kg/h,X0=24.2%,完成液F3=7760kg/h,物料衡算結(jié)果匯總見表3物料平衡表。1.2蒸汽壓下降引起的溫度差損失已知處理含NH4Cl母液量6.25m3/h,末效返回6.25m3/h,共12.5m3/h。兌合后NH4Cl濃度為17.0%,生蒸汽壓力為0.4MPa,三效蒸發(fā)器的真空度為0.5MPa,總蒸發(fā)量為6.25m3/h,液層高度L=1.5m。(1)總蒸發(fā)量為6.25m3/h;(2)設(shè)各效蒸發(fā)水量相等,即W1=W2=W3=3W=2.08m3/h;(3)各效濃度估算一效:原料液F=14000kg/h,X0=17.0%,完成液F1=11920kg/h,二效:進(jìn)料液F1=11920kg/h,X0=19.96%,完成液F2=9840kg/h,三效:進(jìn)料液F2=9840kg/h,X0=24.2%,完成液F3=7760kg/h,(4)各效壓力降等壓降分配(2)各效二次蒸汽壓力、溫度見表4(5)各效沸點計算一效:L=1.5m,ρ=1120kg/m3,tb(水)=138.2℃,tb(常壓,溶液)=104℃,(1)由于溶液蒸汽壓下降引起的溫度差損失△′(2)由于靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失△″查表得,在壓力為Pm(0.351MPa)時,水的沸點tb水=139.0℃在壓力為P(0.35MPa)時,水的沸點tb水=138.2℃所以△″=(139.0+5.08)-(138.2+5.08)=0.8℃(3)由于流體阻力產(chǎn)生壓強(qiáng)降所引起的溫度差損失:△″′≈1℃所以,一效沸點tb1=138.2+5.08+0.8+1=145.08℃二效:L=1.5m,ρ=1125kg/m3,P=0.2MPa,tb(水)=119.6℃,tb(常壓,溶液)=105.4℃(1)由于溶液蒸汽壓下降引起的溫度差損失△′(2)由于靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失△″查表得,在壓力為Pm(0.204MPa)時,水的沸點tb水=120.2℃;在壓力為P(0.20MPa)時,水的沸點tb水=119.6℃所以,△″=(120.2+6.1)-(119.6+6.1)=0.6℃(3)由于流體阻力產(chǎn)生壓強(qiáng)降所引起的溫度差損失:△″′≈1℃;所以,二效沸點tb2=119.6+6.1+0.6+1=126.7℃三效:L=1.5m,ρ=1153kg/m3,P=0.05MPa,tb(水)=80.8℃,tb(常壓,溶液)=107.9℃,(1)由于溶液蒸汽壓下降引起的溫度差損失△′(2)由于靜壓強(qiáng)引起的溫度差損失△″查表得,在壓力為Pm(0.0575MPa)時,水的沸點tb水=84.4℃在壓力為P(0.05MPa)時,水的沸點tb水=80.8℃(3)由于流體阻力產(chǎn)生壓強(qiáng)降所引起的溫度差損失:△″′≈1℃所以,三效沸點tb3=80.8+6.9+3.6+1=92.3℃所以,∑△=18.0+5.0+3=26.0℃總傳熱差:(生蒸汽壓力0.4MPa)151.7-80.8=70.9℃7)一效加熱蒸汽消耗及各效水蒸發(fā)量初步計算(2)各效熱利用系數(shù)(3)各效計算系數(shù)(4)一效加熱蒸汽消耗(5)各效水分蒸發(fā)量(8)各效傳熱量及有效溫差計算設(shè)定各效傳熱系數(shù)分別為:1500、1000、560w/m2·℃前已求出∑△t=44.9℃,三效采用相同蒸發(fā)面積則分配至各效的溫差為:各效傳熱溫差計算結(jié)果如下表5。(9)校核A蒸汽能否符合要求(1)末效沸點為t3=92.3℃,△t3=19.62℃,要求二效來的二次蒸汽溫度t≥92.3+19.62=111.92℃,實際為119.6℃,符合要求;(2)二效沸點t2=126.7℃,△t2=10.86℃,要求一效來的二次蒸汽溫度t≥126.7+10.86=137.5℃,實際為138.2℃,符合要求;(3)一效沸點t1=145.28℃,△t1=13.58℃,要求生蒸汽溫度t≥145.28+13.58=158.8℃,實際為151.7℃,不符合要求,所以將蒸汽修正為0.5MPa,t=158℃才能符合要求。B由各效水蒸發(fā)量求各效濃度和原設(shè)定值相差±1%,基本符合要求。三效的蒸發(fā)面積分別計算如下:根據(jù)計算結(jié)果,三效均取蒸發(fā)面積100m2,計算結(jié)果匯總見表6。2氯化銨氯化法處理物料:鹵水法生產(chǎn)小蘇打的母液;設(shè)計能力:處理量150m3/d;采用全蒸發(fā)回收氯化銨氯化鈉工藝,回收完全,無廢液排出,徹底解決了環(huán)境污染問題。工藝流程見圖1。2.1鹽漿蒸發(fā)出鹽母液于凈化槽中凈化除去CO32-后,經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入三效蒸發(fā)器蒸發(fā),濃縮到一定濃度后氯化鈉析出,從末效的分鹽罐中取出,取出的鹽漿保溫離心分離出氯化鈉,濾液進(jìn)入結(jié)晶器,經(jīng)外冷凝器循環(huán)冷卻降溫析出氯化銨,離心分離得產(chǎn)品濕銨,濾液返回貯槽兌合,然后進(jìn)入一效再進(jìn)行蒸發(fā),基本實現(xiàn)無廢液排放。2.1.1凈化co32-母液中的碳酸鹽在蒸發(fā)過程中將與銨鹽共同水解,產(chǎn)生氨氣和二氧化碳?xì)怏w,將在蒸發(fā)器中產(chǎn)生大量氣泡,嚴(yán)重影響生產(chǎn)。因此應(yīng)凈化出去CO32-。凈化反應(yīng)如下:操作方法是:于凈化槽中計量,分析檢測CO32-、SO42-含量,根據(jù)其含量加入氯化鈣約25～40kg/m3,攪拌1h去除CO32-、SO42-,經(jīng)溢流澄清,清夜流入貯槽。2.1.2預(yù)算器經(jīng)處理后母液進(jìn)入預(yù)熱器,經(jīng)水—水換熱至60℃,再經(jīng)水—汽換熱至90℃。2.1.3效蒸發(fā)器蒸發(fā)(1)母液預(yù)熱后進(jìn)入Ⅰ效蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā),控制溫度130℃～150℃,由Ⅰ效出來進(jìn)入Ⅱ效蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā),控制溫度110℃～126℃,由Ⅱ效出來進(jìn)入Ⅲ效蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā),控制溫度75℃～95℃。(2)蒸汽:生蒸汽3～3.5t/h(0.40MPa、158℃)進(jìn)入Ⅰ效蒸發(fā)器,Ⅰ效冷凝水進(jìn)入冷凝水貯槽,Ⅰ效副產(chǎn)二次蒸汽[0.35MPa、138.2℃]進(jìn)入Ⅱ效蒸發(fā)器,Ⅱ效冷凝水進(jìn)入冷凝水貯槽。Ⅱ效副產(chǎn)二次蒸汽[0.20MPa、119.6℃]進(jìn)入Ⅲ效蒸發(fā)器,Ⅲ效冷凝水進(jìn)入冷凝水貯槽。Ⅲ效副產(chǎn)二次蒸汽[0.05MPa、80.8℃]經(jīng)由水噴射器冷凝排出。2.1.4氯化銨結(jié)晶鹽漿鹽漿配合液出鹽液,在旋液中加入液濃縮母液由Ⅲ效蒸發(fā)器后分鹽罐分鹽(氯化鈉),鹽漿由泵打入旋液器清液返回Ⅲ效蒸發(fā)器,鹽漿進(jìn)入保溫槽,趁熱離心分離,得氯化鈉,濾鹽液進(jìn)入氯化銨結(jié)晶器。2.1.5分析銨分鹽后的母液由泵打入結(jié)晶器,結(jié)晶器內(nèi)料液由軸流泵打入外冷器循環(huán)冷卻降溫至25℃,結(jié)晶析銨。2.1.6分散銨銨鹽漿經(jīng)離心分離后得產(chǎn)品濕銨,清液返回母液凈化槽。2.2溫度和壓力通過實驗與計算得出以下工藝條件:蒸汽:一次生蒸汽壓力0.5MPa;濃度:Ⅰ效出口母液濃度18.9%;Ⅱ效出口母液濃度22.6%;Ⅲ效出口母液濃度29.6%;溫度:Ⅰ效母液溫