專利名稱：廢酸濃縮多級處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低濃度廢酸回收減排方法，具體地講是涉及一種利用浴液減壓閃 蒸的蒸發(fā)特性，使浴液中的水分蒸發(fā)出來，達(dá)到廢酸濃縮回收利用的目的的廢酸濃縮多級 處理的方法。
背景技術(shù)：
硫酸是硫酸法生產(chǎn)鈦白粉的主要原料，生產(chǎn)過程中有大量的廢酸產(chǎn)生。根據(jù)工藝 不同，一般將濃度17% -22%的水解廢酸稱為濃硫酸，4-10%為漂白廢酸，一般而言，生產(chǎn) It成品可產(chǎn)生3. 5t稀硫酸，其中稀酸總量的15% -20%返回酸解工序，用以稀釋濃硫酸之 用。但傳統(tǒng)的廢酸濃縮存在能耗高、設(shè)備投資大、濃縮后濃度達(dá)不到使用要求。鄒建新等人在“鈦鐵礦制備鈦白副產(chǎn)廢硫酸濃縮回用研究”《化工礦物與加工》， 2005年第3期16頁-18頁，一文中，指出采用普通廢酸濃縮裝置就水蒸氣濃縮廢酸方法進(jìn) 行探討，其設(shè)備主要由擴(kuò)散器、造霧器、汽化器、熱交換器和汽液分離器組成。實施步驟是將 廢酸沉降、過濾、除渣后打入廢酸濃縮裝置，通入水蒸氣進(jìn)行熱交換，通過造霧、汽液分離， 排放汽水，獲得37%的濃縮硫酸，工藝流程如圖1所示，并且在文件中指出若在37%濃酸基 礎(chǔ)上再提高質(zhì)量分?jǐn)?shù)，會再度提高廢酸回用率，但會對濃縮設(shè)備和濃縮流程提出很大的挑 戰(zhàn)，影響設(shè)備運(yùn)行的成熟度，并將增大成本，因為隨著濃酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，硫酸的沸點迅 速升高，熱能效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種廢酸濃縮多級處理的方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的廢酸濃縮多級處理方法，包括以下的步驟廢酸經(jīng)I效蒸發(fā)加熱器加熱后、I效分離器分離后，液體狀物料的一部分經(jīng)循環(huán)泵 返回I效蒸發(fā)加熱器，另一部分輸入II效蒸發(fā)加熱器，經(jīng)II效蒸發(fā)加熱器以及II效分離 器分離后，一部分經(jīng)循環(huán)泵返回II效蒸發(fā)加熱器，另一部分經(jīng)冷卻器冷卻，結(jié)晶器結(jié)晶、分 離器分離后濾渣回收利用，濾液輸入III效蒸發(fā)加熱器加熱、蒸發(fā)分離器分離后排出濃酸；I效蒸發(fā)加熱器以飽和蒸汽作熱源，冷凝水輸入預(yù)熱器內(nèi)用于加熱廢酸，預(yù)熱器的 冷凝水回收利用；III效蒸發(fā)加熱器利用蒸汽作為熱源，冷凝水回收利用；II效蒸發(fā)分離器和蒸發(fā)分離室排出的蒸汽經(jīng)噴淋冷凝器的冷卻水冷卻后作廢水處理。前述的廢酸濃縮多級處理方法，所述的I效、II效蒸發(fā)加熱器為降膜石墨列管蒸 發(fā)加熱器；III效蒸發(fā)加熱器為浮頭列管式石墨換熱器。前述的廢酸濃縮多級處理方法，其特征在于蒸發(fā)加熱器內(nèi)的廢酸量達(dá)到循環(huán)量之 前，物料經(jīng)循環(huán)泵只在蒸發(fā)加熱器以及蒸發(fā)分離器內(nèi)循環(huán)，
前述的廢酸濃縮多級處理方法，其特征在于在廢酸進(jìn)入I效蒸發(fā)加熱器之前經(jīng)預(yù) 熱器預(yù)熱，預(yù)熱器的熱源是I效蒸發(fā)加熱器的冷凝水。本發(fā)明有以下積極的效果降膜蒸發(fā)器的蒸發(fā)效率較高，其總傳熱系數(shù)最高可以達(dá)到2000KCal/m2h°C，但其 高效蒸發(fā)的關(guān)鍵是必須將冷態(tài)的原料水在蒸發(fā)器的管子內(nèi)部形成一層均勻的液體薄膜，液 體分布器可以將進(jìn)入蒸發(fā)器的原料水強(qiáng)制形成沿管子內(nèi)壁的環(huán)狀均勻的液體薄膜，該發(fā)明 作為一個系列設(shè)計，蒸發(fā)水能力從2. 5噸到10噸，級數(shù)為3級或更多?？梢蕴娲F(xiàn)在普遍 應(yīng)用的單效或者雙效蒸發(fā)工藝，從而節(jié)省大量蒸汽和冷卻水，減少對環(huán)境的污染。減小設(shè)備換熱面積30%，相應(yīng)地節(jié)省了材料降低了制造成本。蒸汽的熱量得到充 分利用，節(jié)省蒸汽35%以上，同時可以節(jié)省冷卻水30%以上。


圖1為傳統(tǒng)的廢酸處理工藝的流程圖；圖2為廢酸濃縮多級處理裝置的連接關(guān)系示意圖；圖3為可換管式列管石墨換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3中主要部件的標(biāo)記說明 A酸出口、B試鏡、C冷凝液排凈口、D不凝性氣體出口、E酸進(jìn)口、F蒸汽入口、G備 用口、H不凝性氣體出口、J冷凝液出口、M、折流板、Kl汽液出口、K2液位計備用口 ；圖4是圖3的俯視圖；圖5是降膜部分的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5中主要部件的標(biāo)記說明1上封頭、2、分散布液盤、3、第一層布液盤、4、第二 層布液盤、5、石墨螺栓、6、石墨分液頭、7、石墨密封螺母、8、橡膠密封圈、10、石墨換熱管、 11、石墨管板、12、石墨降液管圖6是換熱管與管板密封結(jié)構(gòu)示意圖；圖6中主要部件的標(biāo)記說明9、密封石墨環(huán)；圖7是筒體與管板密封結(jié)構(gòu)示意圖；圖7中主要部件的標(biāo)記說明14、筒體、16、墊片。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖2為廢酸濃縮多級處理裝置的連接關(guān)系示意圖。參照圖2所示，廢酸濃縮多級 處理裝置，包括預(yù)熱器、I效蒸發(fā)加熱器、I效蒸發(fā)分離器、II效蒸發(fā)加熱器、II效蒸發(fā)分離 器、冷卻器、結(jié)晶器、分離器、III效蒸發(fā)加熱器、蒸發(fā)分離器、各部件之間用管道依次串聯(lián)。并且在I效蒸發(fā)加熱器與I效蒸發(fā)分離器之間、II效蒸發(fā)加熱器與II效蒸發(fā)分 離器之間均設(shè)置有循環(huán)泵實現(xiàn)物料的循環(huán)操作；冷卻器上連接循環(huán)泵，使II效分離器輸出 的酸反復(fù)通過冷卻器，增強(qiáng)冷卻效果；分離器與III效蒸發(fā)加熱器之間、I效蒸發(fā)分離器與II 效蒸發(fā)加熱器之間設(shè)置循環(huán)泵，實現(xiàn)物料的快捷輸送。I效蒸發(fā)加熱器由飽和水蒸汽加熱，冷凝水輸送至預(yù)熱器，作為預(yù)熱器熱源。預(yù)熱 器為塊孔式石墨換熱器，使進(jìn)入的稀酸溫度升高到70°C以上。I效蒸發(fā)分離器排出的二次蒸汽輸入II效蒸發(fā)加熱器，為II效蒸發(fā)加熱器供熱，冷凝水排出后作廢水處理，II效蒸發(fā) 分離器以及蒸發(fā)分離器排出的二次蒸汽經(jīng)噴淋冷凝器的冷卻水冷卻后作廢水處理，III效蒸 發(fā)加熱器由蒸汽加熱，冷凝水回收利用。圖3為I、II效蒸發(fā)加熱器結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為圖3的俯視圖，參照圖3、4所示，I、 II效蒸發(fā)加熱器為降膜石墨列管蒸發(fā)加熱器，為單根換管式石墨換熱器，蒸發(fā)強(qiáng)度高，可以 達(dá)到50-80kg/m2. h，換熱面積比普通換熱器減少30%以上，物料循環(huán)量減少70%以上。圖5是降膜部分的結(jié)構(gòu)示意圖，參照圖5所示，需要被濃縮的廢酸經(jīng)降膜石墨列管 蒸發(fā)加熱器頂部的酸進(jìn)口 E輸入后，經(jīng)布第一層布液盤3、第二層布液盤4分布，從石墨分液 頭6進(jìn)入石墨換熱管10中，以成膜的狀態(tài)經(jīng)過石墨換熱管后酸和水汽進(jìn)入分離器，其中石 墨換熱器的蒸汽從蒸汽入口 F進(jìn)入，殼程內(nèi)經(jīng)折流板M反復(fù)折流后從冷凝液出口輸出，該冷 凝液可以作為其他設(shè)備的加熱熱源。參照圖6、7所示，石墨換熱管10采用石墨制品專用樹脂_改性酚醛樹脂與石墨粉 均勻混合經(jīng)過高壓(500噸壓力)擠管機(jī)擠出管，再經(jīng)過高溫(200-800°C )碳化處理。管板11采用改性酚醛樹脂浸漬石墨，碳鋼襯石墨，襯層厚度50mm。上封頭1采用橢圓形鋼襯石墨結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)的整體石墨結(jié)構(gòu)，增加了其強(qiáng)度，拆 卸方便，便于設(shè)備檢查和更換換熱管；并且在上面增設(shè)了試鏡，可以隨時觀察設(shè)備內(nèi)的物料 狀況。殼體采用碳鋼襯膠或者搪鉛，確保其耐腐蝕和使用壽命。圖6是換熱管與管板密封結(jié)構(gòu)示意圖，參照圖6所示，石墨換熱管10與管板11采 用單管密封方式密封，用一套密封裝置連接，密封裝置包括密封膠圈8、密封石墨環(huán)9、密封 螺母7，密封膠圈采用氟橡膠材料。圖7是筒體與管板密封結(jié)構(gòu)示意圖，參照圖7所示，筒體 14與管板11之間借助墊片16達(dá)到密封效果。I、II效蒸發(fā)分離器為二端橢圓封頭的碳鋼內(nèi)襯石墨結(jié)構(gòu)，碳鋼與石墨層之間增加 了復(fù)合材料防滲層，確保設(shè)備的整體防腐蝕性能。對外管口內(nèi)襯整體石墨加工件，強(qiáng)度高， 設(shè)計的特殊密封面結(jié)構(gòu)密封性好。使用溫度80-180°C，使用壓力-0. 088-0. 8MPa。石墨降溫冷卻器的結(jié)構(gòu)與加熱器基本相似，但是使用溫度低-15_8(TC，使用壓力 0. 2-0. 4MPa。III效石墨加熱器為浮頭列管式石墨換熱器，不同于I、II效蒸發(fā)分離器之處在于 沒有設(shè)置布液盤，因為酸經(jīng)過I、II效階段的濃縮，濃度將近60%，易于在設(shè)備表面結(jié)垢，無 需再采用降膜的方式加熱，具有無障礙浮動的特點，使設(shè)備可以在溫差很大的范圍內(nèi)工作， 不會因為材料的熱脹冷縮造成損壞。使用溫度高達(dá)220°C，溫差150°C。蒸發(fā)分離器的結(jié)構(gòu)和材料與I、II效蒸發(fā)分離器基本一致，但是使用溫度更高，耐 腐蝕性要求更高。使用溫度80-220°C，使用壓力-0. 088-0. 8MPa。襯塑循環(huán)泵為鋼襯氟塑料，為大流量低揚(yáng)程循環(huán)泵，既耐腐蝕又耐高溫，功率消耗 低。玻璃鋼噴淋冷凝器是一種噴淋冷凝式結(jié)構(gòu)，里面有四層淋盤，每層淋盤開有不同 的小孔，交錯排列，噴淋均勻，冷卻水消耗量少，同時產(chǎn)生真空。廢酸濃縮多級處理工藝，包括以下的步驟廢酸經(jīng)預(yù)熱器加熱至70°C左右，經(jīng)I效蒸發(fā)加熱器加熱后，加熱的酸和水汽經(jīng)I效分離器分離后，液體狀物料的一部分經(jīng)循環(huán)泵返回I效蒸發(fā)加熱器，另一部分輸入II效 蒸發(fā)加熱器，經(jīng)加熱以及II效分離器分離后，一部分經(jīng)循環(huán)泵返回II效蒸發(fā)加熱器，另一 部分經(jīng)冷卻器冷卻，結(jié)晶器結(jié)晶、分離器分離后濾渣回收利用，濾液輸入III效蒸發(fā)加熱器加 熱、蒸發(fā)分離器分離后濃縮為65%的濃酸，III效蒸發(fā)加熱器利用蒸汽作為熱源，冷凝水回收 利用。二次蒸汽部分作為下一級加熱器的熱源，部分被冷卻水噴淋冷凝。廢酸濃縮多級處理工藝，具體設(shè)置如下20m3濃度20 %的廢酸經(jīng)預(yù)熱器加熱至70V -80°C，輸入I效蒸發(fā)加熱器，I效蒸 發(fā)加熱器的殼程內(nèi)輸送的是飽和水蒸氣加熱，加熱溫度約120-125°C，壓力約0. 25Mpa，獲 得的酸和水汽混合物經(jīng)I效分離器分離后，二次蒸汽輸入II效蒸發(fā)加熱器，廢酸被濃縮至 25%的廢酸，溫度為98-99°C，該廢酸的一部分經(jīng)循環(huán)泵返回I效蒸發(fā)加熱器，其中循環(huán)泵 循環(huán)輸送入II效蒸發(fā)加熱器的物料量與補(bǔ)充進(jìn)入I效蒸發(fā)加熱器的量基本相等，以保持I 效蒸發(fā)加熱器物料平衡，另一部廢酸輸入II效蒸發(fā)加熱器內(nèi)繼續(xù)加熱分離；在II效蒸發(fā)加熱器殼程是II效分離器排出的含酸的二次水蒸氣，溫度約86°C，壓 力約0. IMpa，廢酸經(jīng)II效分離器分離后，二次蒸汽經(jīng)噴淋冷凝器的冷卻水冷卻后作廢水處 理，廢酸是濃度約33%、溫度約68-69°C，該廢酸部分經(jīng)循環(huán)泵輸入II效蒸發(fā)加熱器循環(huán)加 熱，另一部分輸送至第三階段，在第三階段，冷卻器的殼程是冷凍水，溫度是_6°C至-10°C，物料經(jīng)循環(huán)泵循環(huán)冷 卻后，輸入至結(jié)晶器內(nèi)，物料在結(jié)晶器內(nèi)結(jié)晶，再經(jīng)分離器分離后濾渣(主要成分為硫酸亞 鐵)排出回收，濾液是溫度0. 3°C -O0C，濃縮為40%的硫酸，該濾液經(jīng)循環(huán)泵輸入下一個階 段，即在III效蒸發(fā)加熱器、蒸發(fā)分離器后濃縮為濃度為65%、溫度為99. 5°C的濃硫酸， III效蒸發(fā)加熱器的殼程是飽和的水蒸氣，工作溫度為151°C，壓力為0. 4Mpa，冷凝水回收利 用。物料經(jīng)蒸發(fā)分離后獲得約IOm3溫度為99. 5-100. 5°C，濃度為65%的濃酸，蒸汽經(jīng)噴淋 冷凝器冷卻后作廢水處理。應(yīng)用循環(huán)泵將部分物料返回至蒸發(fā)加熱器，另一部分物料進(jìn)入下一個階段的說 明，在蒸發(fā)加熱器內(nèi)的物料達(dá)到循環(huán)量(約150m3)之前，物料經(jīng)循環(huán)泵在蒸發(fā)加熱器內(nèi)循 環(huán)加熱，達(dá)到循環(huán)量之后，部分物料能進(jìn)入下一個階段。冷卻器上連接的循環(huán)泵的工作情況 與此相同，在冷卻器內(nèi)的物料達(dá)到循環(huán)量之前，循環(huán)泵反復(fù)將物料通過冷卻器。I、II、III效工藝階段、冷卻器的技術(shù)特性如表1、表2、表3、表4所示。表1是I效階段的技術(shù)特性表
6CN
權(quán)利要求
廢酸濃縮多級處理方法，其特征在于包括以下的步驟廢酸經(jīng)I效蒸發(fā)加熱器加熱后、I效分離器分離后，液體狀物料的一部分經(jīng)循環(huán)泵返回I效蒸發(fā)加熱器，另一部分輸入II效蒸發(fā)加熱器，經(jīng)II效蒸發(fā)加熱器以及II效分離器分離后，一部分經(jīng)循環(huán)泵返回II效蒸發(fā)加熱器，另一部分經(jīng)冷卻器冷卻，結(jié)晶器結(jié)晶、分離器分離后濾渣回收利用，濾液輸入Ⅲ效蒸發(fā)加熱器加熱、蒸發(fā)分離器分離后排出濃酸；I效蒸發(fā)加熱器以飽和蒸汽作熱源，冷凝水回收利用，作為預(yù)熱器的熱源；II效蒸發(fā)分離器和蒸發(fā)分離室排出的二次蒸汽經(jīng)噴淋冷凝器的冷卻水冷卻后作廢水處理；Ⅲ效蒸發(fā)加熱器利用蒸汽作為熱源，冷凝水回收利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢酸濃縮多級處理方法，其特征在于所述的I效、II效蒸發(fā) 加熱器為降膜石墨列管蒸發(fā)加熱器；III效蒸發(fā)加熱器為浮頭列管式石墨換熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢酸濃縮多級處理方法，其特征在于蒸發(fā)加熱器內(nèi)的廢酸量 達(dá)到循環(huán)量之前，物料經(jīng)循環(huán)泵只在蒸發(fā)加熱器以及蒸發(fā)分離器內(nèi)循環(huán)，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢酸濃縮多級處理方法，其特征在于在廢酸進(jìn)入I效蒸發(fā)加 熱器之前經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱，預(yù)熱器的熱源是I效蒸發(fā)加熱器的冷凝水。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種廢酸濃縮多級處理方法，20-22％廢酸經(jīng)預(yù)熱器加熱，經(jīng)I效、II效蒸發(fā)加熱器蒸發(fā)，經(jīng)冷卻器冷卻、結(jié)晶器結(jié)晶后，再經(jīng)Ⅲ效蒸發(fā)加熱器加熱、分離器分離，獲得65％的濃酸。而二次蒸汽部分作為下一級加熱器的熱源部分被冷卻水噴淋冷凝。其中I效、II效蒸發(fā)加熱器為降膜石墨列管蒸發(fā)加熱器；Ⅲ效蒸發(fā)加熱器為浮頭列管式石墨換熱器。本發(fā)明蒸發(fā)水能力從2.5噸到10噸，級數(shù)為3級或更多。節(jié)省大量蒸汽和冷卻水，減少對環(huán)境的污染。減小設(shè)備換熱面積30％，相應(yīng)地節(jié)省了材料降低了制造成本。蒸汽的熱量得到充分利用，節(jié)省蒸汽35％以上，同時可以節(jié)省冷卻水30％以上。而蒸汽冷凝水部分作為預(yù)加熱器的熱源部分回收做他用。
文檔編號C02F1/04GK101935077SQ20101026650
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者吳棟梁, 張茂海, 楊鈞, 陳漢軍, 陳漢明, 陳玉培 申請人:南通京通石墨設(shè)備有限公司