紡織印染廠廢堿液資源化利用研究

紡織印染廠廢堿液資源化利用研究

蒸發(fā)技術(shù)廣泛應用于化工、食品、制藥等行業(yè)。蒸發(fā)操作需要大量的熱量。在蒸發(fā)過程中，高蒸發(fā)轉(zhuǎn)化為低蒸汽。因此，低次蒸發(fā)的使用在很大程度上決定了蒸發(fā)過程的經(jīng)濟性。熱泵蒸發(fā)與多效蒸發(fā)是提高蒸發(fā)操作能量利用經(jīng)濟性的兩條最主要的途徑。多效蒸發(fā)是將多個蒸發(fā)器串聯(lián)起來,前一個蒸發(fā)器的二次蒸汽作為下一個蒸發(fā)器的加熱蒸汽,以此來利用二次蒸汽,提高經(jīng)濟性。但是多效蒸發(fā)裝置體積龐大,系統(tǒng)和操作復雜,從而使得其運行的穩(wěn)定性很差,并且這種多效蒸發(fā)系統(tǒng)蒸汽最后仍然是直接排放進入環(huán)境,沒有從根本上充分利用蒸汽熱量,其熱效率沒有得到切實的提高。熱泵蒸發(fā)系統(tǒng)是將二次蒸汽進行壓縮,提高其溫度和壓力后,重新作為一次蒸汽來使用,大大提高了二次蒸汽的能源利用率。西安交通大學的馮霄等從節(jié)能效果和經(jīng)濟效益兩個方面對多效蒸發(fā)和熱泵蒸發(fā)進行比較,得出機械壓縮式熱泵蒸發(fā)的節(jié)能效果非常顯著,一次能源利用系數(shù)高于八效蒸發(fā)系統(tǒng),經(jīng)濟效益介于三效與四效蒸發(fā)系統(tǒng)之間的結(jié)論。本文采用雙效逆流機械壓縮式熱泵,對紡織印染廠的廢堿液進行蒸發(fā)濃縮回收再利用,不僅可以解決紡織印染廠的污水問題,還具有很高的經(jīng)濟效益,具有節(jié)能環(huán)保的雙重功效。1實驗系統(tǒng)和原理實驗系統(tǒng)流程如圖1所示,系統(tǒng)采用雙效逆流板式升膜蒸發(fā)工藝。主要包括二次蒸汽以及堿液循環(huán),稀堿經(jīng)冷凝蒸餾水和濃堿預熱后,先進入二效蒸發(fā)器蒸發(fā),經(jīng)二效氣液分離后堿液再進入一效蒸發(fā)器蒸發(fā),二效氣液分離出來的二次蒸汽經(jīng)羅茨鼓風機后進入到一效蒸發(fā)器中加熱堿液,一效氣液分離出來的二次蒸汽進二效蒸發(fā)器中加熱堿液。為了提高換熱性能,采用升膜蒸發(fā)工藝(圖1中預熱器及蒸發(fā)器皆為板式換熱器),利用被蒸發(fā)溶液受熱沸騰汽化產(chǎn)生的蒸汽帶動料液上升,在壁面形成一個穩(wěn)定的液膜,從而加快蒸發(fā),提高了換熱系數(shù)。實驗的數(shù)據(jù)由西門子PLC和力控組態(tài)軟件進行采集和存儲,系統(tǒng)排出蒸餾水冷凝液的pH用酸度計檢測。實驗系統(tǒng)的設(shè)計要求是將廢液中質(zhì)量分數(shù)為x0=6%的NaOH稀堿液蒸發(fā)濃縮到25%。實驗采用雙效熱泵蒸發(fā)系統(tǒng),通過改變泵和壓縮機的頻率來改變系統(tǒng)流量和蒸汽溫度、壓力,改變系統(tǒng)性能。在壓縮機頻率為36Hz,稀堿液的質(zhì)量流量為m=1.188kg/s,即4276.8kg/h時,中間質(zhì)量分數(shù)為16%,最終濃堿液質(zhì)量分數(shù)為25.5%,實驗中測得的各效參數(shù)如表1所示。系統(tǒng)排放冷凝水pH經(jīng)酸度計檢測在6.8～7.2,溫度在45℃左右。2水蒸汽網(wǎng)絡(luò)安全在一效、二效蒸發(fā)器中,蒸發(fā)器蒸汽側(cè)的放熱量Qh可由蒸發(fā)器進口蒸汽焓值與出口冷凝水焓值確定,溶液側(cè)的吸熱量Qc可由濃縮過程中水蒸發(fā)的吸熱量來估算,對于NaOH溶液,由于存在稀釋熱,引入修正系數(shù)ηi=0.98-0.07Δxi,其中Δx為進出口質(zhì)量分數(shù)差,即:在一效、二效蒸發(fā)器中,忽略散熱損失,蒸發(fā)器的換熱量可由蒸汽冷凝側(cè)的放熱量確定,即:式中:Q為換熱量,W;mw為冷凝水流量,kg/s;hi為蒸汽進口焓值,J/kg;ho為冷凝水焓值,J/kg;K為蒸發(fā)器總的換熱系數(shù),W/(m2·℃);A為蒸發(fā)器換熱面積,一效、二效均為50m2;Δtm為蒸發(fā)器兩側(cè)換熱流體的對數(shù)平均溫差,℃。由于蒸發(fā)器冷凝側(cè)水蒸汽放熱量可以由實驗數(shù)據(jù)直接得到,因此用水蒸汽冷凝放熱量代替換熱量。冷凝水流量由流量計直接測量得出,水蒸汽進出口溫度壓力由Pt100鉑電阻和壓力傳感器直接測量得到。堿液預熱后基本達到飽和溫度,過冷過熱段對蒸發(fā)器換熱影響不大,因此在計算中可忽略,對數(shù)平均溫差Δtm直接取兩側(cè)飽和溫度的差值,不同質(zhì)量分數(shù)堿液沸點不同,取平均質(zhì)量分數(shù)對應的沸點值。借助水蒸汽熱力性質(zhì)表及NaOH水溶液杜林曲線,得表2。2.1效、二效維護系統(tǒng)由以上參數(shù)可得一效、二效所獲得的加熱量分別為:在運行過程中消耗的總的電功率W=47kW,則一效COP1=Qh1/W=5.26二效COP2=Qh2/W=7.06系統(tǒng)COP=COP1+COP2=12.26一效、二效換熱系數(shù)為:由上可以看到該系統(tǒng)在濃縮過程中節(jié)能效果顯著,一效蒸發(fā)器換熱性能小于二效蒸發(fā)器,主要是因為一效堿液質(zhì)量分數(shù)較高,由NaOH水溶液杜林曲線可得,隨著堿液質(zhì)量分數(shù)的增加,溶液沸點升高增大,導致一效換熱溫差逐漸減小,引起溫差損失,因此換熱效果遠不如二效蒸發(fā)器。2.2效蒸發(fā)器蒸發(fā)側(cè)熱一效NaOH溶液流量:一效蒸發(fā)器和二效蒸發(fā)器NaOH溶液側(cè)吸熱量如下:一效蒸發(fā)器冷凝側(cè)與蒸發(fā)側(cè)熱損失為:冷凝側(cè)和蒸發(fā)側(cè)的熱量差主要是因為蒸發(fā)側(cè)的吸熱量在計算時只考慮了溶液中水蒸發(fā)吸收的潛熱,忽略了全部溶液的顯熱,其次系統(tǒng)存在散熱損失。3升膜蒸發(fā)系統(tǒng)運行結(jié)果本系統(tǒng)針對NaOH堿液的濃縮回收,經(jīng)實驗證明可以把質(zhì)量分數(shù)6%的稀堿液濃縮到25.5%。系統(tǒng)運行結(jié)果表明,以板式換熱器作為蒸發(fā)器,采