一种用于苯酚和丙酮合成反应的污水处理装置的制作方法

本发明涉及化工废水处理设备领域，具体涉及一种用于苯酚和丙酮合成反应的污水处理装置。

背景技术：

苯酚俗名石炭酸，为无色针状或白色块状有芳香味的晶体，是生产染料、医药中间体、炸药、塑料等产品的重要原料。丙酮是重要的有机溶剂，同时又是表面活性剂、药物、有机玻璃、环氧树脂的原料。苯酚和丙酮常用的生产方法有异丙苯法、甲苯-苯甲酸法、氧化法等。目前世界上有90％以上的苯酚采用异丙苯法生产，主要经过苯与丙烯烃化反应、氧化、水解、浓缩四个主要工序。

异丙苯法生产过程中会产生一定量的高浓度有机废水，主要成分为苯酚、丙酮、α-甲基苯甲醇等有毒有害难降解有机物及大量的硫酸盐。具有20万吨苯酚丙酮年产量的上海高桥石化，检测装置中的废水含量，主要成分含量如下：苯酚2.6mg/l，甲醛13.7mg/l，甲醇17.2mg/l，丙酮102.9mg/l，异丙苯6.9mg/l，羟基酮类343.1mg/l，硫酸钠1681.1mg/l。经研究发现，苯酚丙酮生产废水主要有以下特点：1)废水中缺少n、p、微量元素等营养物质；2)从苯酚、丙酮、石油类等组份性质分析，这些有机物均在水中有较大的溶解度，用物理方法如吸附、吹脱等难以直接去除；3)含盐量高；4)组分均具有一定程度的可生物降解性，但同时底物在达到一定浓度时，同样具有较强的生物抑制性，当超过某一浓度后将直接导致生物中毒死亡，该废水具有较强的生物抑制性，生物必须经过严格的驯化，且驯化的菌种须具备耐盐的特性；5)原废水表现出较强的碱性，实际ph值在9～10之间，具有较强的刺激性气味。

目前国内外报道的苯酚丙酮生产废水治理方法有絮凝-吸附-强氧化法、生物氧化法、常温二氧化氯催化氧化法、电解法结合化学催化氧化法、湿式催化氧化、efp光电子脉冲法，化学需氧量的指标均为≤500mg/l。现有的用于苯酚丙酮合成反应污水处理的装置及方法仍然存在以下问题：1、原料苯酚、丙酮具有良好的水溶性，几乎可以与水以任意比混溶，较难分离；羟基酮、甲醛、甲醇、异丙苯等成分溶解在有机溶剂中；硫酸钠含量高，分离提纯率低，处理后残留率高；2、经过污水处理装置的处理后，苯酚去除率达不到99％以上，丙酮、甲醇、codcr的去除率达不到98％以上；3、结晶提纯后的硫酸钠产率低，纯度小于95％。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种用于苯酚和丙酮合成反应的污水处理装置，由中和釜、油水分离器、沉降槽、降膜蒸发器、精馏塔、蒸发结晶室等设备通过管道组装连接而成，精馏塔产生的废水中以低沸有机物、硫酸钠盐为主，进入降膜蒸发器后，进行多效操作，实现充分的气液分离，高沸的硫酸钠水溶液进入第二蒸发结晶室后，与第一蒸发结晶室产生的硫酸钠晶体，在离心分离、洗涤后，完成硫酸钠的高纯度提成，回收率高，可以直接回收利用，大大降低了污水处理成本，污水经处理后苯酚去除率达到99.5％以上，丙酮、甲醇、codcr的去除率达到98.5-99.6％，硫酸钠提取率达到92％以上，纯度大于95％。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种用于苯酚和丙酮合成反应的污水处理装置，包括第一中和釜、第一水循环室、油水分离器、循环碱液塔、精馏塔、第二中和釜、降膜蒸发器，所述第一中和釜内盛有naoh溶液，用于将异丙苯法合成苯酚丙酮过程中产生的污水进行中和反应；第一中和釜的釜底与第一水循环室通过管道连接，第一中和釜的侧壁通过管道连接有移液泵，第一水循环室与油水分离器通过移液泵连接；

所述第一水循环室用于将第一中和釜产生的固相沉淀物进行水循环加热搅拌；所述移液泵用于将第一中和釜蒸馏冷凝后的液相部分吸入油水分离器；

所述第一水循环室通过管道连接有第一蒸发结晶室，油水分离器通过管道连接有焦油回收罐和沉降槽；焦油回收罐用于对油水分离器产生的焦油加以回收利用，沉降槽用于对油水分离器产生的水层进行逆流萃取脱除苯酚；

所述沉降槽通过管道连接有循环碱液塔，循环碱液塔通过管道连接有碱液沉降槽、第二中和釜，碱液沉降槽通过管道连接有精馏塔；

所述循环碱液塔用于对脱除苯酚后的水层进行碱洗；所述精馏塔用于对碱液沉降槽反萃取生成的水相进行精馏；所述第二中和釜用于对循环碱液进行中和反应；

所述精馏塔通过管道依次连接有降膜蒸发器、第二蒸发结晶室、离心分离室、洗涤室。

作为本发明进一步的方案，所述精馏塔通过管道连接有丙酮回收罐、甲醇回收罐。

作为本发明进一步的方案，所述第一蒸发结晶室通过管道与离心分离室连接，第一蒸发结晶室与第二蒸发结晶室产生的晶体经离心分离室、洗涤室的分离洗涤后得到固体硫酸钠晶体。

作为本发明进一步的方案，所述异丙苯法合成苯酚丙酮过程中产生的污水中，各主要成分的含量如下：丙酮80-110mg/l，羟基酮320-360mg/l，苯酚6-15mg/l，甲醛15-18mg/l，甲醇16-20mg/l，异丙苯5-10mg/l，硫酸钠3200-3800mg/l。

作为本发明进一步的方案，所述降膜蒸发器包括外筒体、上管板、下管板、内筒体、降膜蒸发通道，外筒体的外壁上部设有原料进口，外壁中部设有加热蒸汽进口，外壁下侧设有冷凝水出口；

所述降膜蒸发通道的截面具有上平稳段、下平稳段、曲面段，曲面段对称设置在该降膜蒸发器中轴线的两侧，上平稳段设于曲面段的顶部，下平稳段设于曲面段的底部。

作为本发明进一步的方案，所述曲面段呈若干连续弧线状，且从中间到两侧的弧线的弧度与弧长不断减小。

作为本发明进一步的方案，所述外筒体内设有环绕降膜蒸发通道外围设置的热蒸汽管道，热蒸汽管道的一端与加热蒸汽进口连接。

作为本发明进一步的方案，该污水处理装置的工作方法如下：

s1、将异丙苯法合成苯酚丙酮过程中产生的污水，一起通入盛有naoh溶液的第一中和釜进行中和反应，100-105℃下蒸馏40-50min，使得中和反应产生的固相沉淀物从釜底放出后通入第一水循环室，蒸馏冷凝后的液相部分使用移液泵吸入油水分离器；

s2、将第一水循环室内的循环水加热至80-90℃，机械搅拌30-40min后，静置分层，水层通入第一蒸发结晶室，油层通入油水分离器；

s3、油水分离器进行连续的油水分离，油层为含有苯酚类有机物的焦油，输送入焦油回收罐加以回收利用；水层通入沉降槽进行逆流萃取脱除苯酚；

s4、脱除苯酚后的水层通入循环碱液塔进行碱洗，碱洗后通入碱液沉降槽进行反萃取，反萃取生成的水相送入精馏塔，循环碱液通入盛有盐酸溶液的第二中和釜进行中和反应；

s5、精馏塔精馏提取出丙酮、甲醇等低沸有机物成分；

s6、精馏塔的废水从塔釜流出，送入降膜蒸发器，在85-95℃下进行蒸发除去低沸有机物，再送入第二蒸发结晶室里结晶，晶体与与第一蒸发结晶室产生的晶体经离心分离室、洗涤室的分离洗涤后得到固体硫酸钠晶体。

本发明的有益效果：

1、本发明的用于苯酚和丙酮合成反应的污水处理装置，由中和釜、油水分离器、沉降槽、降膜蒸发器、精馏塔、蒸发结晶室等设备通过管道组装连接而成，精馏塔产生的废水中以低沸有机物、硫酸钠盐为主，进入降膜蒸发器后，进行多效操作，实现充分的气液分离，高沸的硫酸钠水溶液进入第二蒸发结晶室后，与第一蒸发结晶室产生的硫酸钠晶体，在离心分离、洗涤后，完成硫酸钠的高纯度提成，回收率高，可以直接回收利用，大大降低了污水处理成本，污水经处理后苯酚去除率达到99.5％以上，丙酮、甲醇、codcr的去除率达到98.5-99.6％，硫酸钠提取率达到92％以上，纯度大于95％。

2、污水通入盛有naoh溶液的第一中和釜，残留的硫酸会与氢氧化钠反应生成硫酸钠盐，100-105℃下的蒸馏使得大量的低沸丙酮、甲醇、甲醇、水等成分变成蒸汽，冷凝形成液相后被移液泵吸入油水分离器；固相沉淀物中会存在大量的硫酸钠和高沸有机物成分，方便对固相沉淀物中硫酸钠的分离和提纯。

3、固相沉淀物进入第一水循环室后，配合机械搅拌，足量的水可以将过饱和的硫酸钠溶解，静置分层后，硫酸钠不饱和溶液会与苯酚、羟基酮等有机物形成的油层分层，油溶性物质也会充分进入油层，进入蒸发结晶室的水层可以蒸发掉水分，使得高浓度、高纯度的硫酸钠结晶聚合，脱除水分。

4、含有苯酚、羟基酮的油层进入油水分离器后，可以进行进一步细化的油水分离，大部分的苯酚会进入油层，收集后可以加以回收利用；水层中仍然存在小含量、水溶性好的苯酚，通过逆流萃取可以脱除苯酚。

5、降膜蒸发器中，加热蒸汽通过环绕加热的方式，提高了加热蒸汽的对流传热效率，减少了蒸汽的乱流和用量成本，提高了降膜蒸发器的蒸发浓缩效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明用于苯酚和丙酮合成反应的污水处理装置的结构示意图，其中箭头表示污水中成分的流向。

图2是本发明降膜蒸发器的剖面视图。

图中：1、第一中和釜；2、第一水循环室；3、移液泵；4、油水分离器；5、第一蒸发结晶室；6、焦油回收罐；7、沉降槽；8、循环碱液塔；9、碱液沉降槽；10、精馏塔；11、第二中和釜；12、丙酮回收罐；13、甲醇回收罐；14、降膜蒸发器；15、第二蒸发结晶室；16、离心分离室；17、洗涤室；141、外筒体；142、上管板；143、下管板；144、内筒体；145、降膜蒸发通道；146、原料进口；147、加热蒸汽进口；148、冷凝水出口；149、上平稳段；150、下平稳段；151、曲面段；152、热蒸汽管道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参阅图1-2所示，本实施例提供一种用于苯酚和丙酮合成反应的污水处理装置，包括第一中和釜1、第一水循环室2、油水分离器4、循环碱液塔8、精馏塔10、第二中和釜11、降膜蒸发器14。

其中，第一中和釜1内盛有naoh溶液，用于将异丙苯法合成苯酚丙酮过程中产生的污水进行中和反应；第一中和釜1的釜底与第一水循环室2通过管道连接，第一中和釜1的侧壁通过管道连接有移液泵3，第一水循环室2与油水分离器4通过移液泵3连接。第一水循环室2用于将第一中和釜1产生的固相沉淀物进行水循环加热搅拌；所述移液泵3用于将第一中和釜1蒸馏冷凝后的液相部分吸入油水分离器4。

第一水循环室2通过管道连接有第一蒸发结晶室5，油水分离器4通过管道连接有焦油回收罐6和沉降槽7；焦油回收罐6用于对油水分离器4产生的焦油加以回收利用，沉降槽7用于对油水分离器4产生的水层进行逆流萃取脱除苯酚。沉降槽7通过管道连接有循环碱液塔8，循环碱液塔8通过管道连接有碱液沉降槽9、第二中和釜11，碱液沉降槽9通过管道连接有精馏塔10。

循环碱液塔8用于对脱除苯酚后的水层进行碱洗；所述精馏塔10用于对碱液沉降槽9反萃取生成的水相进行精馏；所述第二中和釜11用于对循环碱液进行中和反应。

精馏塔10通过管道依次连接有降膜蒸发器14、第二蒸发结晶室15、离心分离室16、洗涤室17，所述第一蒸发结晶室5通过管道与离心分离室16连接，第一蒸发结晶室5与第二蒸发结晶室15产生的晶体经离心分离室16、洗涤室17的分离洗涤后得到固体硫酸钠晶体。

参阅图2所示，降膜蒸发器14包括外筒体141、上管板142、下管板143、内筒体144、降膜蒸发通道145，外筒体141的外壁上部设有原料进口146，外壁中部设有加热蒸汽进口147，外壁下侧设有冷凝水出口148。降膜蒸发通道145的截面具有上平稳段149、下平稳段150、曲面段151，曲面段151对称设置在该降膜蒸发器中轴线的两侧，上平稳段149设于曲面段151的顶部，下平稳段150设于曲面段151的底部。曲面段151呈若干连续弧线状，且从中间到两侧的弧线的弧度与弧长不断减小。外筒体141内设有环绕降膜蒸发通道145外围设置的热蒸汽管道152，热蒸汽管道152的一端与加热蒸汽进口147连接。

精馏塔塔釜流出的废水从原料进口146进到外筒体141内，加热蒸汽从加热蒸汽进口147进到内筒体144内，当内筒体144内料液的液位涨到上管板142处时，就会从上管板142流入降膜蒸发通道145内，降膜蒸发通道145内壁会形成不均匀的环状液膜，环状液膜在重力作用下向下流动时会沿着曲面段151的内壁所形成的螺旋通道，周期性地改速度和方向，随着弧面的变化趋势，使蒸发溶液始终处于先增大、后减小的乱流状态。在螺旋降膜蒸发器中，环状液膜在向下流动的过程中迅速吸收热蒸汽管道152内蒸汽的热能，使液膜温度升高，达到沸点蒸发，蒸发产生的二次蒸汽从液膜表面脱离进入降膜蒸发通道145的中心，并带动曲面段151内壁环状液膜一起向下螺旋流动。在螺旋降膜蒸发器中，加热蒸汽通过环绕加热的方式，提高了加热蒸汽的对流传热效率，减少了蒸汽的乱流和用量成本，提高了降膜蒸发器蒸发浓缩效率。

实施例2

参阅图1-2所示，本实施例提供一种适用于苯酚和丙酮合成反应的的污水处理方法，具体包括以下步骤：

s1、将异丙苯法合成苯酚丙酮过程中产生的污水，一起通入盛有naoh溶液的第一中和釜1进行中和反应，100-105℃下蒸馏40-50min，使得中和反应产生的固相沉淀物从釜底放出后通入第一水循环室2，蒸馏冷凝后的液相部分使用移液泵3吸入油水分离器4；其中，污水中各主要成分的含量如下：丙酮80-110mg/l，羟基酮320-360mg/l，苯酚6-15mg/l，甲醛15-18mg/l，甲醇16-20mg/l，异丙苯5-10mg/l，硫酸钠3200-3800mg/l；

异丙苯法合成苯酚丙酮过程中产生的污水，经过成分检测，含有的主要成分为丙酮、羟基酮、苯酚、甲醛、甲醇、异丙苯、硫酸钠，而且丙酮、羟基酮、硫酸钠的含量很高，分离难度大；原料苯酚、丙酮具有良好的水溶性，几乎可以与水以任意比混溶，较难分离；羟基酮、甲醛、甲醇、异丙苯等成分溶解在有机溶剂中；硫酸钠含量高，分离提纯率低，处理后残留率高。本发明步骤s1考虑到水解反应中使用强酸硫酸催化，污水的ph值呈酸性，先通入盛有naoh溶液的第一中和釜，残留的硫酸会与氢氧化钠反应生成硫酸钠盐，100-105℃下的蒸馏使得大量的低沸丙酮、甲醇、甲醇、水等成分变成蒸汽，冷凝形成液相后被移液泵吸入油水分离器；固相沉淀物中会存在大量的硫酸钠和高沸有机物成分，方便对固相沉淀物中硫酸钠的分离和提纯。

s2、将第一水循环室2内的循环水加热至80-90℃，机械搅拌30-40min后，静置分层，水层通入第一蒸发结晶室5，油层通入油水分离器4；

在固相沉淀物进入第一水循环室后，配合机械搅拌，足量的水可以将过饱和的硫酸钠溶解，静置分层后，硫酸钠不饱和溶液会与苯酚、羟基酮等有机物形成的油层分层，油溶性物质也会充分进入油层，进入蒸发结晶室的水层可以蒸发掉水分，使得高浓度、高纯度的硫酸钠结晶聚合，脱除水分。

s3、油水分离器4进行连续的油水分离，油层为含有苯酚类有机物的焦油，输送入焦油回收罐6加以回收利用；水层通入沉降槽7进行逆流萃取脱除苯酚；

在含有苯酚、羟基酮的油层进入油水分离器后，可以进行进一步细化的油水分离，大部分的苯酚会进入油层，收集后可以加以回收利用；水层中仍然存在小含量、水溶性好的苯酚，通过逆流萃取可以脱除苯酚。

s4、脱除苯酚后的水层通入循环碱液塔8进行碱洗，碱洗后通入碱液沉降槽9进行反萃取，反萃取生成的水相送入精馏塔10，循环碱液通入盛有盐酸溶液的第二中和釜11进行中和反应；

水层中仍然存在小部分硫酸钠，大量的丙酮、甲醇等成分，进一步碱洗可以将水层中的残留苯酚基本完全脱除，进入精馏塔后，可以进行丙酮、甲醇的分离提纯。

s5、精馏塔10精馏提取出丙酮、甲醇等低沸有机物成分，分别送入丙酮回收罐12、甲醇回收罐13加以回收利用；

s6、精馏塔10的废水从塔釜流出，送入降膜蒸发器14，在85-95℃下进行蒸发除去低沸有机物，再送入第二蒸发结晶室15里结晶，晶体与与第一蒸发结晶室5产生的晶体经离心分离室16、洗涤室17的分离洗涤后得到固体硫酸钠晶体。

精馏塔产生的废水中以低沸有机物、硫酸钠盐为主，进入降膜蒸发器后，进行多效操作，实现充分的气液分离，高沸的硫酸钠水溶液进入第二蒸发结晶室后，与第一蒸发结晶室产生的硫酸钠晶体，在离心分离、洗涤后，完成硫酸钠的高纯度提成，回收率高，可以直接回收利用，大大降低了污水处理成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。