专利名称：废酸浓缩多级处理方法
技术领域：
本发明涉及一种低浓度废酸回收减排方法，具体地讲是涉及一种利用浴液减压闪 蒸的蒸发特性，使浴液中的水分蒸发出来，达到废酸浓缩回收利用的目的的废酸浓缩多级 处理的方法。
背景技术：
硫酸是硫酸法生产钛白粉的主要原料，生产过程中有大量的废酸产生。根据工艺 不同，一般将浓度17% -22%的水解废酸称为浓硫酸，4-10%为漂白废酸，一般而言，生产 It成品可产生3. 5t稀硫酸，其中稀酸总量的15% -20%返回酸解工序，用以稀释浓硫酸之 用。但传统的废酸浓缩存在能耗高、设备投资大、浓缩后浓度达不到使用要求。邹建新等人在“钛铁矿制备钛白副产废硫酸浓缩回用研究”《化工矿物与加工》， 2005年第3期16页-18页，一文中，指出采用普通废酸浓缩装置就水蒸气浓缩废酸方法进 行探讨，其设备主要由扩散器、造雾器、汽化器、热交换器和汽液分离器组成。实施步骤是将 废酸沉降、过滤、除渣后打入废酸浓缩装置，通入水蒸气进行热交换，通过造雾、汽液分离， 排放汽水，获得37%的浓缩硫酸，工艺流程如图1所示，并且在文件中指出若在37%浓酸基 础上再提高质量分数，会再度提高废酸回用率，但会对浓缩设备和浓缩流程提出很大的挑 战，影响设备运行的成熟度，并将增大成本，因为随着浓酸质量分数的提高，硫酸的沸点迅 速升高，热能效率降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种废酸浓缩多级处理的方法。为解决上述技术问题，本发明是这样实现的废酸浓缩多级处理方法，包括以下的步骤废酸经I效蒸发加热器加热后、I效分离器分离后，液体状物料的一部分经循环泵 返回I效蒸发加热器，另一部分输入II效蒸发加热器，经II效蒸发加热器以及II效分离 器分离后，一部分经循环泵返回II效蒸发加热器，另一部分经冷却器冷却，结晶器结晶、分 离器分离后滤渣回收利用，滤液输入III效蒸发加热器加热、蒸发分离器分离后排出浓酸；I效蒸发加热器以饱和蒸汽作热源，冷凝水输入预热器内用于加热废酸，预热器的 冷凝水回收利用；III效蒸发加热器利用蒸汽作为热源，冷凝水回收利用；II效蒸发分离器和蒸发分离室排出的蒸汽经喷淋冷凝器的冷却水冷却后作废水处理。前述的废酸浓缩多级处理方法，所述的I效、II效蒸发加热器为降膜石墨列管蒸 发加热器；III效蒸发加热器为浮头列管式石墨换热器。前述的废酸浓缩多级处理方法，其特征在于蒸发加热器内的废酸量达到循环量之 前，物料经循环泵只在蒸发加热器以及蒸发分离器内循环，
前述的废酸浓缩多级处理方法，其特征在于在废酸进入I效蒸发加热器之前经预 热器预热，预热器的热源是I效蒸发加热器的冷凝水。本发明有以下积极的效果降膜蒸发器的蒸发效率较高，其总传热系数最高可以达到2000KCal/m2h°C，但其 高效蒸发的关键是必须将冷态的原料水在蒸发器的管子内部形成一层均勻的液体薄膜，液 体分布器可以将进入蒸发器的原料水强制形成沿管子内壁的环状均勻的液体薄膜，该发明 作为一个系列设计，蒸发水能力从2. 5吨到10吨，级数为3级或更多。可以替代现在普遍 应用的单效或者双效蒸发工艺，从而节省大量蒸汽和冷却水，减少对环境的污染。减小设备换热面积30%，相应地节省了材料降低了制造成本。蒸汽的热量得到充 分利用，节省蒸汽35%以上，同时可以节省冷却水30%以上。
图1为传统的废酸处理工艺的流程图；图2为废酸浓缩多级处理装置的连接关系示意图；图3为可换管式列管石墨换热器的结构示意图；图3中主要部件的标记说明 A酸出口、B试镜、C冷凝液排净口、D不凝性气体出口、E酸进口、F蒸汽入口、G备 用口、H不凝性气体出口、J冷凝液出口、M、折流板、Kl汽液出口、K2液位计备用口 ；图4是图3的俯视图；图5是降膜部分的结构示意图；图5中主要部件的标记说明1上封头、2、分散布液盘、3、第一层布液盘、4、第二 层布液盘、5、石墨螺栓、6、石墨分液头、7、石墨密封螺母、8、橡胶密封圈、10、石墨换热管、 11、石墨管板、12、石墨降液管图6是换热管与管板密封结构示意图；图6中主要部件的标记说明9、密封石墨环；图7是筒体与管板密封结构示意图；图7中主要部件的标记说明14、筒体、16、垫片。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明做进一步的详细说明。图2为废酸浓缩多级处理装置的连接关系示意图。参照图2所示，废酸浓缩多级 处理装置，包括预热器、I效蒸发加热器、I效蒸发分离器、II效蒸发加热器、II效蒸发分离 器、冷却器、结晶器、分离器、III效蒸发加热器、蒸发分离器、各部件之间用管道依次串联。并且在I效蒸发加热器与I效蒸发分离器之间、II效蒸发加热器与II效蒸发分 离器之间均设置有循环泵实现物料的循环操作；冷却器上连接循环泵，使II效分离器输出 的酸反复通过冷却器，增强冷却效果；分离器与III效蒸发加热器之间、I效蒸发分离器与II 效蒸发加热器之间设置循环泵，实现物料的快捷输送。I效蒸发加热器由饱和水蒸汽加热，冷凝水输送至预热器，作为预热器热源。预热 器为块孔式石墨换热器，使进入的稀酸温度升高到70°C以上。I效蒸发分离器排出的二次蒸汽输入II效蒸发加热器，为II效蒸发加热器供热，冷凝水排出后作废水处理，II效蒸发 分离器以及蒸发分离器排出的二次蒸汽经喷淋冷凝器的冷却水冷却后作废水处理，III效蒸 发加热器由蒸汽加热，冷凝水回收利用。图3为I、II效蒸发加热器结构示意图，图4为图3的俯视图，参照图3、4所示，I、 II效蒸发加热器为降膜石墨列管蒸发加热器，为单根换管式石墨换热器，蒸发强度高，可以 达到50-80kg/m2. h，换热面积比普通换热器减少30%以上，物料循环量减少70%以上。图5是降膜部分的结构示意图，参照图5所示，需要被浓缩的废酸经降膜石墨列管 蒸发加热器顶部的酸进口 E输入后，经布第一层布液盘3、第二层布液盘4分布，从石墨分液 头6进入石墨换热管10中，以成膜的状态经过石墨换热管后酸和水汽进入分离器，其中石 墨换热器的蒸汽从蒸汽入口 F进入，壳程内经折流板M反复折流后从冷凝液出口输出，该冷 凝液可以作为其他设备的加热热源。参照图6、7所示，石墨换热管10采用石墨制品专用树脂_改性酚醛树脂与石墨粉 均勻混合经过高压(500吨压力)挤管机挤出管，再经过高温(200-800°C )碳化处理。管板11采用改性酚醛树脂浸渍石墨，碳钢衬石墨，衬层厚度50mm。上封头1采用椭圆形钢衬石墨结构替代传统的整体石墨结构，增加了其强度，拆 卸方便，便于设备检查和更换换热管；并且在上面增设了试镜，可以随时观察设备内的物料 状况。壳体采用碳钢衬胶或者搪铅，确保其耐腐蚀和使用寿命。图6是换热管与管板密封结构示意图，参照图6所示，石墨换热管10与管板11采 用单管密封方式密封，用一套密封装置连接，密封装置包括密封胶圈8、密封石墨环9、密封 螺母7，密封胶圈采用氟橡胶材料。图7是筒体与管板密封结构示意图，参照图7所示，筒体 14与管板11之间借助垫片16达到密封效果。I、II效蒸发分离器为二端椭圆封头的碳钢内衬石墨结构，碳钢与石墨层之间增加 了复合材料防渗层，确保设备的整体防腐蚀性能。对外管口内衬整体石墨加工件，强度高， 设计的特殊密封面结构密封性好。使用温度80-180°C，使用压力-0. 088-0. 8MPa。石墨降温冷却器的结构与加热器基本相似，但是使用温度低-15_8(TC，使用压力 0. 2-0. 4MPa。III效石墨加热器为浮头列管式石墨换热器，不同于I、II效蒸发分离器之处在于 没有设置布液盘，因为酸经过I、II效阶段的浓缩，浓度将近60%，易于在设备表面结垢，无 需再采用降膜的方式加热，具有无障碍浮动的特点，使设备可以在温差很大的范围内工作， 不会因为材料的热胀冷缩造成损坏。使用温度高达220°C，温差150°C。蒸发分离器的结构和材料与I、II效蒸发分离器基本一致，但是使用温度更高，耐 腐蚀性要求更高。使用温度80-220°C，使用压力-0. 088-0. 8MPa。衬塑循环泵为钢衬氟塑料，为大流量低扬程循环泵，既耐腐蚀又耐高温，功率消耗 低。玻璃钢喷淋冷凝器是一种喷淋冷凝式结构，里面有四层淋盘，每层淋盘开有不同 的小孔，交错排列，喷淋均勻，冷却水消耗量少，同时产生真空。废酸浓缩多级处理工艺，包括以下的步骤废酸经预热器加热至70°C左右，经I效蒸发加热器加热后，加热的酸和水汽经I效分离器分离后，液体状物料的一部分经循环泵返回I效蒸发加热器，另一部分输入II效 蒸发加热器，经加热以及II效分离器分离后，一部分经循环泵返回II效蒸发加热器，另一 部分经冷却器冷却，结晶器结晶、分离器分离后滤渣回收利用，滤液输入III效蒸发加热器加 热、蒸发分离器分离后浓缩为65%的浓酸，III效蒸发加热器利用蒸汽作为热源，冷凝水回收 利用。二次蒸汽部分作为下一级加热器的热源，部分被冷却水喷淋冷凝。废酸浓缩多级处理工艺，具体设置如下20m3浓度20 %的废酸经预热器加热至70V -80°C，输入I效蒸发加热器，I效蒸 发加热器的壳程内输送的是饱和水蒸气加热，加热温度约120-125°C，压力约0. 25Mpa，获 得的酸和水汽混合物经I效分离器分离后，二次蒸汽输入II效蒸发加热器，废酸被浓缩至 25%的废酸，温度为98-99°C，该废酸的一部分经循环泵返回I效蒸发加热器，其中循环泵 循环输送入II效蒸发加热器的物料量与补充进入I效蒸发加热器的量基本相等，以保持I 效蒸发加热器物料平衡，另一部废酸输入II效蒸发加热器内继续加热分离；在II效蒸发加热器壳程是II效分离器排出的含酸的二次水蒸气，温度约86°C，压 力约0. IMpa，废酸经II效分离器分离后，二次蒸汽经喷淋冷凝器的冷却水冷却后作废水处 理，废酸是浓度约33%、温度约68-69°C，该废酸部分经循环泵输入II效蒸发加热器循环加 热，另一部分输送至第三阶段，在第三阶段，冷却器的壳程是冷冻水，温度是_6°C至-10°C，物料经循环泵循环冷 却后，输入至结晶器内，物料在结晶器内结晶，再经分离器分离后滤渣(主要成分为硫酸亚 铁)排出回收，滤液是温度0. 3°C -O0C，浓缩为40%的硫酸，该滤液经循环泵输入下一个阶 段，即在III效蒸发加热器、蒸发分离器后浓缩为浓度为65%、温度为99. 5°C的浓硫酸， III效蒸发加热器的壳程是饱和的水蒸气，工作温度为151°C，压力为0. 4Mpa，冷凝水回收利 用。物料经蒸发分离后获得约IOm3温度为99. 5-100. 5°C，浓度为65%的浓酸，蒸汽经喷淋 冷凝器冷却后作废水处理。应用循环泵将部分物料返回至蒸发加热器，另一部分物料进入下一个阶段的说 明，在蒸发加热器内的物料达到循环量(约150m3)之前，物料经循环泵在蒸发加热器内循 环加热，达到循环量之后，部分物料能进入下一个阶段。冷却器上连接的循环泵的工作情况 与此相同，在冷却器内的物料达到循环量之前，循环泵反复将物料通过冷却器。I、II、III效工艺阶段、冷却器的技术特性如表1、表2、表3、表4所示。表1是I效阶段的技术特性表
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权利要求
废酸浓缩多级处理方法，其特征在于包括以下的步骤废酸经I效蒸发加热器加热后、I效分离器分离后，液体状物料的一部分经循环泵返回I效蒸发加热器，另一部分输入II效蒸发加热器，经II效蒸发加热器以及II效分离器分离后，一部分经循环泵返回II效蒸发加热器，另一部分经冷却器冷却，结晶器结晶、分离器分离后滤渣回收利用，滤液输入Ⅲ效蒸发加热器加热、蒸发分离器分离后排出浓酸；I效蒸发加热器以饱和蒸汽作热源，冷凝水回收利用，作为预热器的热源；II效蒸发分离器和蒸发分离室排出的二次蒸汽经喷淋冷凝器的冷却水冷却后作废水处理；Ⅲ效蒸发加热器利用蒸汽作为热源，冷凝水回收利用。
2.根据权利要求1所述的废酸浓缩多级处理方法，其特征在于所述的I效、II效蒸发 加热器为降膜石墨列管蒸发加热器；III效蒸发加热器为浮头列管式石墨换热器。
3.根据权利要求1所述的废酸浓缩多级处理方法，其特征在于蒸发加热器内的废酸量 达到循环量之前，物料经循环泵只在蒸发加热器以及蒸发分离器内循环，
4.根据权利要求1所述的废酸浓缩多级处理方法，其特征在于在废酸进入I效蒸发加 热器之前经预热器预热，预热器的热源是I效蒸发加热器的冷凝水。
全文摘要
本发明涉及一种废酸浓缩多级处理方法，20-22％废酸经预热器加热，经I效、II效蒸发加热器蒸发，经冷却器冷却、结晶器结晶后，再经Ⅲ效蒸发加热器加热、分离器分离，获得65％的浓酸。而二次蒸汽部分作为下一级加热器的热源部分被冷却水喷淋冷凝。其中I效、II效蒸发加热器为降膜石墨列管蒸发加热器；Ⅲ效蒸发加热器为浮头列管式石墨换热器。本发明蒸发水能力从2.5吨到10吨，级数为3级或更多。节省大量蒸汽和冷却水，减少对环境的污染。减小设备换热面积30％，相应地节省了材料降低了制造成本。蒸汽的热量得到充分利用，节省蒸汽35％以上，同时可以节省冷却水30％以上。而蒸汽冷凝水部分作为预加热器的热源部分回收做他用。
文档编号C02F1/04GK101935077SQ20101026650
公开日2011年1月5日 申请日期2010年8月27日 优先权日2010年8月27日
发明者吴栋梁, 张茂海, 杨钧, 陈汉军, 陈汉明, 陈玉培 申请人:南通京通石墨设备有限公司