机械蒸汽再压缩技术在高氨氮废水处理中的应用

8l6化工机械2013链机械蒸汽再压缩技术在高氨氮废水处理中的应用申涛赵旭(天华化工机械及自动化研究设计院有限公司)摘要将MVR技术和汽提脱氨技术有机结合，创新性地提出了节能的MVR汽提脱氨技术。通过和单塔汽提及双效汽提脱氨的能耗及操作成本的对比，显示采用MVR汽提脱氨技术操作成本约为汽提精馏技术的33％，为双效汽提技术的58％。关键词MVR脱氨废水处理汽提中图分类号TQ028．61文献标识码B文章编号0254—6094(2013)06-0816-04机械式蒸汽再压缩(MechanicalVaporRe—compression，简称MVR)技术，在蒸发操作单元中，由于其100％循环二次蒸汽的潜热，系统本身基本能达到热平衡，新鲜蒸汽仅用于系统开始启动的预热，从而大幅度减少蒸发器对外来新鲜蒸汽的消耗。相对于多效蒸发来说，MVR是一种新型高效节能装置，现已广泛应用于工业废水、造纸黑液的浓缩减量处理，乳品、制糖及淀粉等蒸馏浓缩处理、海水淡化以及制盐等很多生产领域¨。研究结果表明，MVR蒸发技术相对于四效、五效蒸发器分别可以节省21．6％、12．9％的标煤；其操作成本相当于四效蒸发器’。对于高氨氮废水处理来说，目前比较成熟且广泛采用的技术是通过蒸汽汽提脱氨的方法，将高氨氮废水通过蒸汽汽提后，再经过精馏段精馏后生产一定浓度的氨水。由于汽提过程中消耗大量的蒸汽，而蒸汽通过精馏段塔顶冷凝器冷凝生产氨水，因此蒸汽消耗比较高，目前国内有通过双效汽提脱氨工艺降低能耗的研究，通过双效汽提脱氨工艺能够使蒸汽消耗降低40％～45％，然而对高氨氮废水处理来说，能耗依然比较高。另外，通常由于废水水质比较复杂，因此仅仅用MVR进行蒸发结晶不但蒸发量大而且得到的产品不纯，无法工业回用。笔者将MVR技术引入到汽提脱氨工艺中，不但能够显著地降低蒸汽消耗量，而且装置的整个能耗也大幅度地降低。对于汽提脱氨来说，是一种高效节能的氨氮废水处理技术。1工艺流程描述MVR汽提脱氨技术主要由进出口换热器、汽提脱氨塔、压缩机、再沸器、精馏塔、塔顶冷凝器及输送泵等组成，其工艺流程如图1所示。将经过预处理后的高氨氮废水与脱氨后的废水预热后，进入到汽提脱氨塔内进行汽提脱氨，脱氨后的废水和预处理来的含氨污水换热后排出。汽提塔塔顶出来的含氨蒸汽经过压缩机增压后送入到汽提脱氨塔塔底再沸器壳程作为汽提蒸汽的热源使用，冷凝后的稀氨水进入到稀氨水罐内，稀氨水罐内的稀氨水通过精馏进料泵经过和精馏塔塔釜来的净化水换热后，送入到精馏塔内进行精馏，精馏塔塔釜直接通入一定压力的新鲜蒸汽进行精馏，可以根据精馏塔的操作压力及精馏回流比的调节生产不同浓度的氨水，用以满足生产回用的需求。{申涛，男，1977年11月生，工程师。甘肃省兰州市，730060。第40卷第6期化工机械817图1MVR汽提脱氨工艺简图为了尽量多地回收系统热量，将精馏塔塔釜——进塔气相中氨氮的摩尔分数；出来的高温水先通过精馏预热器用于加热稀氨水——出塔气相中氨氮与液相组成X平后，再经过二级预热器加热高氨氮污水然后外排。衡的摩尔分数。对于MVR汽提脱氨系统来说，汽提脱氨在由亨利定律可知：启动前需要一定量的启动蒸汽进行预热，待汽提Y=mX(2)塔操作温度达到要求时，无需外加新鲜蒸汽。由式中m——相平衡常数。于仅精馏塔消耗少量的蒸汽，使装置整体蒸汽消由式(1)、(2)可以计算出氨氮汽提所需要的耗量大幅度降低。最小蒸汽量，设计过程中根据实际情况选择汽提2工艺参数选择蒸汽量V=1．31．52．1汽提脱氨塔操作参数的选择2·3汽提脱氨塔阻力降的计算由于气液平衡中氨的平衡浓度受温度的影响为了减少汽提脱氨塔的阻力降，本系统选用非常大，废水的温度达到IO0~C以上时，液相水中填料塔作为汽提脱氨塔，在计算汽提脱氨塔阻力氨氮平衡浓度接近于零。另外，降低汽提脱氨的降之前首先对汽提脱氨塔塔径及传质单元数进行操作压力可以使液相中氨的平衡浓度进一步降计算。填料塔塔径的大小是根据生产能力与空塔低，因此对于汽提脱氨来说，结合MVR特点，将气速来计算的，空塔气速计算公式为：汽提脱氨塔的操作温度确定为98～IO0~C，操作U=o·5～o·8(3)压力为0·10～0·95MPa。式中u——空塔气速，m／s；2·2汽提蒸汽量的计算——泛点气速，m／。汽提脱氨最小汽液比计算公式为：(=箍㈩式中L——进塔废水摩尔流量，kmol／h；——汽提蒸汽的摩尔流量，kmol／h；一出塔液相中氨氮的摩尔分数；。-一进塔液相中氨氮的摩尔分数；泛点气速与汽液流量、物性系数、填料的类型及尺寸等因素有关，其计算方法很多，目前工程上常采用Eckert通用关联图计算，计算过程笔者就不再赘述。汽提塔的塔径计算公式为：D：|霄(4)8l8化工机械2013钲式中——操作条件下的混合气体体积流量，m／s。然后根据填料塔的相