偏氯乙烯皂化废水回收蒸发浓缩工艺的改进

时间：2024-07-28

邓建明何坚华王文生

（浙江巨化股份有限公司电化厂，浙江衢州 324004）

偏氯乙烯（VDC）产品在三氯乙烷的皂化过程中，会产生CaCl2质量分数约11%的碱性废水，目前国内尚无一家企业能较好解决，主要的方法是排入城市污水处理厂，用生物法与物理、物化组合工艺处理[1]。

某公司为实现VDC皂化废水的综合利用，采用3效逆流蒸发装置对CaCl2碱性废水进行提浓，供进一步蒸发结晶成固体工业氯化钙，但处理成本较高，且因易结垢等而导致经常停产。故利用机械式蒸汽再压缩技术（MVR）进行技术改造，以期提高装置运行的稳定性，解决CaCl2碱性废水处理成本高的问题。

1 改造前运行情况

VDC皂化过程主要反应式：

碱性废水中Ca(OH)2和CaCl2的质量分数分别为2.0%和11%。理论上，1 t VDC产出的CaCl2为111/194=0.572 t，过量的Ca(OH)2将以沉淀的形式析出。因此每吨VDC产生的皂化残液总量为0.572 t/11%=5.2 t，约 5.0 m3/t[2]。

该公司原采用3效流逆蒸发装置将CaCl2废水蒸发浓缩至质量分数30%～35%。3效流逆蒸发装置原用于隔膜烧碱生产质量分数46%的NaOH溶液，但NaOH蒸发与CaCl2蒸发存在差异：质量分数46%的NaOH溶液沸点为145℃，质量分数35%的CaCl2溶液沸点为115℃。

存在的主要问题：

1)加热源为180～200℃的中压蒸汽，加热温度较高，以致操作控制不稳定、液位低等，易发生加热室内局部CaCl2含量过高以及“干烧”等现象，增加固体颗粒析出量及管壁上垢层坚硬度，运行周期短，清洗难度大。

2)能耗较高，蒸发提浓产生1 t质量分数30%的CaCl2母液蒸汽消耗为0.5 t，水耗20 t，电耗36 kWh，废水处理成本高。

2 改造方案

MVR的理论基础由波义耳定律pV/T=K推导而出，其含义是一定质量的气体的压力×体积/温度为常数，当气体的体积减小，压力增大时，气体的温度也会随即升高；根据此原理，MVR利用压缩机将二次蒸汽回收并且压缩，即利用电能转化为机械能再转化为用以提高蒸汽热焓的内能。而被压缩后的二次蒸汽再打进换热器的壳程用以作为物料蒸发的热源，以此来循环利用系统的热源，而消耗的电能只是用于压缩蒸汽所需要的能量。

氯化钙废水中含有CaCO3、Ca(OH)2等易结垢物质，浓缩后析出，易堵塞设备管道。加热器选择MVR耦合强制循环连续蒸发系统，可以减小结垢倾向，延长清洗周期。此外，MVR系统温差在6～10℃，可有效防止局部含量过高以及“干烧”等情况发生，减少结垢量，降低垢层强度。

利用原3效流逆蒸发装置进行了MVR改造。改造后的工艺流程如图1所示。

图1 MVR废水蒸发工艺流程Fig 1 Flow diagram of MVR waste water evaporation process

物料由原料罐用加料泵输送，先后经过汽凝水预热器、蒸汽预热器预热后进入1#加热器，通过强制循环泵使物料在1#加热器和2#加热器循环，物料在列管中受热上升，并形成汽液混合物，通过导管进入分离器蒸发，蒸发提浓后的物料一部分从底部回流至1#加热器，另一部分合格浓缩液用出料泵打出。分离器工作状态为压力38.64 kPa，二次蒸汽温度为75℃，经过压缩机后二次蒸汽被压缩为72.9 kPa，温度为91℃，被压缩机升压后的蒸汽回用于加热 1#和 2#加热器[3]。

3 改造后的运行效果

改造后，加热列管内外温度差缩小，缓减了结垢现象，连续运行周期原来的1个月增加到4个月，提高了蒸发浓缩装置的生产稳定性，同时降低了蒸发浓缩过程中的综合能耗。

处理1 t氯化钙废水采用3效逆流蒸发工艺与MVR蒸发浓缩工艺消耗对比如表1所示。

从表1可以看出，采用MVR工艺每处理1 t废水，可比3效逆流蒸发工艺降低费用62.7元-43.35元=19.35元，生产1 t VDC可减少废水处理费用19.35元×5.0 m3/t×1.1 t/m3=106.42元。年降低成本156万元，并减少因结垢而导致停产损失48万元，降低检修费用21万元，提高了浓缩液产品的稳定性。

表1 蒸发浓缩技术改造前后效果对比Tab 1 Effect comparison before and after modification of evaporation and concentration technology