申请日2014.11.10
公开(公告)日2015.02.25
IPC分类号C07C233/05; C07C231/24
摘要
含少量低沸物和高沸物的废水中低浓度DMAc的蒸馏纯化方法及设备，涉及蒸馏纯化含较少二甲基乙酰胺废水的方法及设备;包括减压、低温多级浓缩的步骤和蒸发、精馏的步骤。设备包括：一级浓缩塔、二级浓缩塔、三级浓缩塔、蒸发罐、四级浓缩塔、精馏塔、脱酸塔。本发明的目的是解决上述现有技术的不足，具有能耗低、回收率高，DMAc分解少，不污染环境、塔顶水中COD含量少，节能环保等优点。
权利要求书
1.一种含少量低沸物和高沸物的废水中低浓度DMAc的蒸馏纯化方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：将含有1-10%DMAc、低沸物和高沸物的废水经原液泵送入一级浓缩塔进行一级浓缩，一级浓缩塔塔底温度42-46℃，塔顶温度39-43℃;
步骤2：待一级浓缩塔的塔釜液中DMAc浓度提升0.2%-0.5%时由一级出料泵送入二级浓缩塔进行二级浓缩，二级浓缩塔塔底温度55℃-59℃，塔顶温度52℃-56℃;
步骤3：待二级浓缩塔的塔釜液中DMAc浓度提升0.6%-1.5%时由二级出料泵送至三级浓缩塔进行三级浓缩，三级浓缩塔塔底温度68℃-72℃，塔顶温度65℃-69℃;
步骤4：待三级浓缩塔的塔釜液中DMAc浓度提升2%-3%时由三级出料泵送入蒸发罐，然后进入进料加热器，与蒸汽进行换热至沸腾后，进入蒸发罐内闪蒸，使气、液分离，气相进入四级浓缩塔进行四级浓缩，四级浓缩塔塔底温度81℃-85℃，塔顶温度78℃-82℃;蒸发罐内未蒸发的液相与三级出料泵送入蒸发罐的液体混合后经进料循环泵进入进料加热器继续蒸发;
步骤5：待四级浓缩塔的塔釜液中DMAc浓度达到18%-25%时由四级出料泵送至精馏塔中部，在精馏塔再沸器与塔顶回流的共同作用下，水易汽化而逐板上升，DMAc则逐板下降;
步骤6：待精馏塔塔釜中DMAc含水<150ppm时，由精馏塔塔釜液相采出进入脱酸塔，DMAc产品由脱酸塔上部侧线采出，经纯DMAc冷却器冷却后进入DMAc出料罐;
上述步骤中一至三级浓缩塔用热设备的温度控制由蒸汽调节阀调节蒸汽流量控制;各级浓缩塔、蒸发罐、精馏塔和脱酸塔的能量利用方法为：四级浓缩塔的再沸器、进料加热器、精馏塔再沸器和脱酸塔再沸器能源为一次蒸汽加热;四级浓缩塔塔顶蒸汽加热三级浓缩塔的再沸器，冷凝水进入四塔塔顶液罐;三级浓缩塔塔顶蒸汽加热二级浓缩塔的再沸器，冷凝水进入三塔塔顶液罐;二级浓缩塔塔顶蒸汽加热一级浓缩塔的再沸器，冷凝水进入二塔塔顶液罐;一级浓缩塔塔顶蒸汽进入一级浓缩塔塔顶冷凝器与循环水换热成液态塔顶水后进入一塔塔顶液罐;
一级浓缩塔塔顶水一部分由一级浓缩塔回流泵送回一级浓缩塔、一部分由一级浓缩塔出水泵送至二塔塔顶液罐，二级浓缩塔塔顶水一部分由二级浓缩塔回流泵送回二级浓缩塔、一部分由二级浓缩塔出水泵送至三塔塔顶液罐，三级浓缩塔塔顶水一部分由三级浓缩塔回流泵送回三级浓缩塔、一部分由三级浓缩塔出水泵送至四塔塔顶液罐，四级浓缩塔塔顶水一部分由四级浓缩塔回流泵送回四级浓缩塔、一部分由四塔出水泵送入罐区塔顶水罐回生产线重复使用或者送入污水处理池进行处理;
精馏塔塔顶蒸汽进入精馏塔塔顶冷凝器与循环水换热成液态塔顶水，一部分由精馏塔回流泵送回精馏塔重复使用，一部分由精馏塔出水泵送至四塔塔顶水罐;脱酸塔塔顶蒸汽进入DMAc冷凝器与循环水换热成液态DMAc，全部由DMAc回流泵送回脱酸塔;四个浓缩塔、精馏塔及脱酸塔均为真空操作，其真空度分别为：一级浓缩塔在-0.09MPa至-0.095MPa之间、二级浓缩塔在-0.08MPa至-0.086MPa之间、三级浓缩塔在-0.06MPa至-0.07MPa之间、四级浓缩塔在-0.04MPa至-0.052MPa之间、精馏塔在-0.085MPa至-0.095MPa之间、脱酸塔在-0.08MPa至-0.09MPa之间。
2.根据权利要求1所述的含少量低沸物和高沸物的废水中低浓度DMAc的蒸馏纯化方法，其特征在于所述的蒸发罐内未蒸发的液相在工作120小时后，每处理1~3小时废水，由蒸发罐的排渣口排出蒸发罐容积1%~3%的液相进入干燥机预干燥，每处理6天废水，干燥机内干燥后的流体由PVP浓液泵泵送入螺杆挤出机挤出PVP。
3.用于实现上述方法的一种含少量低沸物和高沸物的废水中低浓度DMAc的蒸馏纯化设备，其特征在于包括：一级浓缩塔、二级浓缩塔、三级浓缩塔、蒸发罐、四级浓缩塔、精馏塔、脱酸塔;一级浓缩塔塔顶蒸汽出口经塔顶冷凝器与一级浓缩塔塔顶液罐进口相连，一级浓缩塔塔顶液罐出口分别经一级回流泵和一级出水泵与一级浓缩塔加水口和二级浓缩塔塔顶液罐入口相连，一级浓缩塔出料泵与二级浓缩塔进料口相连，二级浓缩塔塔顶蒸汽出口与一级浓缩塔的再沸器热源入口相连，一级浓缩塔的再沸器热源出口与二级浓缩塔的塔顶液罐入口相连，二级浓缩塔塔顶液罐出口分别经二级回流泵和二级出水泵与二级浓缩塔加水口和三级浓缩塔塔顶液罐入口相连;二级浓缩塔出料泵与三级浓缩塔进料口相连，三级浓缩塔塔顶蒸汽出口与二级浓缩塔的再沸器热源入口相连，二级浓缩塔的再沸器热源出口与三级浓缩塔的塔顶液罐入口相连;三级浓缩塔塔顶液罐出口分别经三级回流泵和三级出水泵与三级浓缩塔加水口和四级浓缩塔塔顶液罐相连;三级浓缩塔出料泵与蒸发罐的入料一口相连，蒸发罐的出料口经进料循环泵与进料加热器入口相连，进料加热器出口与蒸发罐的入料二口相连，蒸发罐的气相出口与四级浓缩塔进料口相连，四级浓缩塔塔顶蒸汽出口与三级浓缩塔的再沸器热源入口相连，三级浓缩塔的再沸器热源出口与四级浓缩塔的塔顶液罐入口相连，四级浓缩塔的塔顶液罐出口分别经四级回流泵和四级出水泵与四级浓缩塔加水口和废水箱相连;四级浓缩塔出料泵与精馏塔进料口相连，精馏塔塔顶蒸汽出口经精馏塔冷凝器与精馏塔塔顶液罐入口相连，精馏塔塔顶液罐出口分别经精馏塔回流泵和精馏塔出水泵与精馏塔加水口和四级浓缩塔塔顶液罐入口相连，精馏塔出料泵与脱酸塔进料口相连，脱酸塔塔顶蒸汽出口经DMAc冷凝器与DMAc冷凝液罐入口相连，DMAc冷凝液罐出口经DMAc回流泵与脱酸塔回流口相连，脱酸塔侧线出料口经纯DMAc冷却器与DMAc出料罐入口相连;一级浓缩塔、二级浓缩塔、三级浓缩塔、四级浓缩塔、精馏塔、脱酸塔的真空口连接到真空泵。
4.根据权利要求3所述的含少量低沸物和高沸物的废水中低浓度DMAc的蒸馏纯化设备，其特征在于所述的蒸发罐放料排渣口连接有干燥机，干燥机的出料口经PVP浓液泵与PVP挤出机相连。
5.根据权利要求3所述的含少量低沸物和高沸物的废水中低浓度DMAc的蒸馏纯化设备，其特征在于所述的一级浓缩塔一侧设有进料预热器，进料预热器的出口与原液泵进口相连。
说明书
含少量低沸物和高沸物的废水中低浓度DMAc的蒸馏纯化方法及设备
技术领域
本发明涉及一种蒸馏纯化含较少二甲基乙酰胺(DMAc)废水的方法;详细讲是一种能量利用率高，节约能源，DMAc分解少，避免排污污染的含少量低沸物和高沸物的废水中低浓度DMAc的蒸馏纯化方法及设备。
背景技术
随着中国水资源的短缺和污染，膜法水处理技术越来越广泛地应用于市政用水、企业污水等多个水处理领域。而中空纤维膜作为膜法水处理技术的核心和易耗品，需求量飞速增长。中空纤维膜制造过程中DMAc主要用作溶剂，例如合成纤维纺丝时聚合物的溶剂，或作为中空纤维膜制备时聚合物的溶剂等等。为了能够在中空纤维膜纺丝中获得高质量的产品，要求使用的DMAc满足以下规格：水含量<200ppm，乙酸<50ppm，二甲胺<30ppm，pH为6.5-7.5，电导率<0.6μS/cm。满足上述规格要求的DMAc在下文中称作纯DMAc
据了解，中国目前拥有超过500家中空纤维膜生产企业，而其中绝大部分是中小规模，产生的废水DMAc含量均低于10%，且企业不具备自主回收纯化含DMAc废液的能力。这些废水如果得不到有效处理，将会严重污染土壤、地下水乃至整个生态环境。含DMAc废水的纯化难点在于处理成本，其中能耗成本是其中最重要的部分，且单位质量DMAc的纯化，所需处理成本(包括能耗成本、人力成本、设备折旧成本等)与初始废液中DMAc浓度成反比。现有的对于DMAc浓度在10%左右的废水处理设备和方法，分离纯化处理后回收的纯DMAc价值可与处理成本平衡，而对于DMAc浓度低于10%的废水处理，处于亏损状态，且浓度越低，亏损越严重。在环保要求日趋严格的形势下，长三角地区相关企业往往将产生的DMAc废水集中送至专业分离纯化单位进行处理。而高额的废水处理费，使得原本就处于恶性竞争利润微薄的企业雪上加霜。中国专利(公开号：102030672 A)的发明专利公开的DMAc纯化方法，用于氨纶生产过程中回收超高纯DMAc溶剂，然而其适用范围仅局限于DMAc浓度在20%至70%的废水，对于DMAc浓度低于10%的废水，难以通过该方法获得高纯度DMAc。另一项中国专利(公开号:100341848)公开的DMAc纯化方法，采用常压或略高于常压条件，精馏塔塔顶温度约为70℃-115℃、塔釜温度约为150℃-180℃，得到了纯DMAc。然而，该方法由于操作温度较高，增加了能耗，也容易使DMAc分解成乙酸、二甲胺等小分子物质，增加了成品脱酸和塔顶水脱胺的负担并且容易造成二次污染。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种能耗低、回收率高，DMAc分解少，不污染环境、塔顶水中COD含量少，节能环保的含少量低沸物和高沸物的废水中低浓度DMAc的蒸馏纯化方法及设备。
本发明解决上述现有技术的不足,所采用的技术方案是：
一种含少量低沸物和高沸物的废水中低浓度DMAc的蒸馏纯化方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：将含有1-10%DMAc、低沸物和高沸物的废水经原液泵送入一级浓缩塔进行一级浓缩，一级浓缩塔塔底温度42-46℃，塔顶温度39-43℃;
步骤2：待一级浓缩塔的塔釜液中DMAc浓度提升0.2%-0.5%时由一级出料泵送入二级浓缩塔进行二级浓缩，二级浓缩塔塔底温度55℃-59℃，塔顶温度52℃-56℃;
步骤3：待二级浓缩塔的塔釜液中DMAc浓度提升0.6%-1.5%时由二级出料泵送至三级浓缩塔进行三级浓缩，三级浓缩塔塔底温度68℃-72℃，塔顶温度65℃-69℃;
步骤4：待三级浓缩塔的塔釜液中DMAc浓度提升2%-3%时由三级出料泵送入蒸发罐，然后进入进料加热器，与蒸汽进行换热至沸腾后，进入蒸发罐内闪蒸，使气、液分离，气相进入四级浓缩塔进行四级浓缩，四级浓缩塔塔底温度81℃-85℃，塔顶温度78℃-82℃;蒸发罐内未蒸发的液相与三级出料泵送入蒸发罐的液体混合后经进料循环泵进入进料加热器继续蒸发;
步骤5：待四级浓缩塔的塔釜液中DMAc浓度达到18%-25%时由四级出料泵送至精馏塔中部，在精馏塔再沸器与塔顶回流的共同作用下，水易汽化而逐板上升，DMAc则逐板下降;
步骤6：待精馏塔塔釜中DMAc含水<150ppm时，由精馏塔塔釜液相采出进入脱酸塔，DMAc产品由脱酸塔上部侧线采出，经纯DMAc冷却器冷却后进入DMAc出料罐，再用DMAc出料泵送至DMAc成品罐;
上述步骤中一至三级浓缩塔用热设备的温度控制由各浓缩塔的蒸汽调节阀调节蒸汽流量控制;各级浓缩塔、蒸发罐、精馏塔和脱酸塔的能量利用方法为：四级浓缩塔的再沸器、进料加热器、精馏塔再沸器和脱酸塔再沸器能源为一次蒸汽(经蒸汽源产生的)加热;四级浓缩塔塔顶蒸汽加热三级浓缩塔的再沸器，冷凝水进入四塔塔顶液罐;三级浓缩塔塔顶蒸汽加热二级浓缩塔的再沸器，冷凝水进入三塔塔顶液罐;二级浓缩塔塔顶蒸汽加热一级浓缩塔的再沸器，冷凝水进入二塔塔顶液罐;一级浓缩塔塔顶蒸汽进入一级浓缩塔塔顶冷凝器与循环水换热成液态塔顶水后进入一塔塔顶液罐;
一级浓缩塔塔顶水一部分由一级浓缩塔回流泵送回一级浓缩塔、一部分由一级浓缩塔出水泵送至二塔塔顶液罐，二级浓缩塔塔顶水一部分由二级浓缩塔回流泵送回二级浓缩塔、一部分由二级浓缩塔出水泵送至三塔塔顶液罐，三级浓缩塔塔顶水一部分由三级浓缩塔回流泵送回三级浓缩塔、一部分由三级浓缩塔出水泵送至四塔塔顶液罐，四级浓缩塔塔顶水一部分由四级浓缩塔回流泵送回四级浓缩塔、一部分由四塔出水泵送入罐区塔顶水罐回生产线重复使用或者送入污水处理池进行处理;
精馏塔塔顶蒸汽进入精馏塔塔顶冷凝器与循环水换热成液态塔顶水，一部分由精馏塔回流泵送回精馏塔，一部分由精馏塔出水泵送至四塔塔顶水罐;脱酸塔塔顶蒸汽进入DMAc冷凝器与循环水换热成液态DMAc，全部由DMAc回流泵送回脱酸塔;四个浓缩塔、精馏塔及脱酸塔均为真空操作，其真空度分别为：一级浓缩塔在-0.09MPa至-0.095MPa之间、二级浓缩塔在-0.08MPa至-0.086MPa之间、三级浓缩塔在-0.06MPa至-0.07MPa之间、四级浓缩塔在-0.04MPa至-0.052MPa之间、精馏塔在-0.085MPa至-0.095MPa之间、脱酸塔在-0.08MPa至-0.09MPa之间。真空度由真空泵进行抽吸、自动调节。
本发明中所述的蒸发罐内未蒸发的液相在设备工作120小时后，每处理1~3小时废水，由蒸发罐的排渣口排出蒸发罐容积1%~3%的液相进入干燥机预干燥，每处理6天废水，干燥机内干燥后的流体由PVP浓液泵泵送入螺杆挤出机挤出PVP。
一种含少量低沸物和高沸物的废水中低浓度DMAc的蒸馏纯化设备，其特征在于包括：一级浓缩塔、二级浓缩塔、三级浓缩塔、蒸发罐、四级浓缩塔、精馏塔、脱酸塔;一级浓缩塔塔顶蒸汽出口经塔顶冷凝器与一级浓缩塔塔顶液罐进口相连，一级浓缩塔塔顶液罐出口分别经一级回流泵和一级出水泵与一级浓缩塔加水口和二级浓缩塔塔顶液罐入口相连，一级浓缩塔出料泵与二级浓缩塔进料口相连，二级浓缩塔塔顶蒸汽出口与一级浓缩塔的再沸器热源入口相连，一级浓缩塔的再沸器热源出口与二级浓缩塔的塔顶液罐入口相连，二级浓缩塔塔顶液罐出口分别经二级回流泵和二级出水泵与二级浓缩塔加水口和三级浓缩塔塔顶液罐入口相连;二级浓缩塔出料泵与三级浓缩塔进料口相连，三级浓缩塔塔顶蒸汽出口与二级浓缩塔的再沸器热源入口相连，二级浓缩塔的再沸器热源出口与三级浓缩塔的塔顶液罐入口相连;三级浓缩塔塔顶液罐出口分别经三级回流泵和三级出水泵与三级浓缩塔加水口和四级浓缩塔塔顶液罐相连;三级浓缩塔出料泵与蒸发罐的入料一口相连，蒸发罐的出料口经进料循环泵与进料加热器入口相连，进料加热器出口与蒸发罐的入料二口相连，蒸发罐的气相出口与四级浓缩塔进料口相连，四级浓缩塔塔顶蒸汽出口与三级浓缩塔的再沸器热源入口相连，三级浓缩塔的再沸器热源出口与四级浓缩塔的塔顶液罐入口相连，四级浓缩塔的塔顶液罐出口分别经四级回流泵和四级出水泵与四级浓缩塔加水口和废水箱相连;四级浓缩塔出料泵与精馏塔进料口相连，精馏塔塔顶蒸汽出口经精馏塔冷凝器与精馏塔塔顶液罐入口相连，精馏塔塔顶液罐出口分别经精馏塔回流泵和精馏塔出水泵与精馏塔加水口和四级浓缩塔塔顶液罐入口相连，精馏塔出料泵与脱酸塔进料口相连，脱酸塔塔顶蒸汽出口经DMAc冷凝器与DMAc冷凝液罐入口相连，DMAc冷凝液罐出口经DMAc回流泵与脱酸塔回流口相连，脱酸塔侧线出料口经纯DMAc冷却器与DMAc出料罐入口相连;一级浓缩塔、二级浓缩塔、三级浓缩塔、四级浓缩塔、精馏塔、脱酸塔的真空口连接到真空泵。
本发明中所述的蒸发罐放料排渣口连接有干燥机，干燥机的出料口经PVP浓液泵与PVP挤出机相连。
本发明中所述的一级浓缩塔一侧设有进料预热器，进料预热器的出口与原液泵进口相连。
工作时，四级浓缩塔的再沸器、蒸发器的进料加热器、精馏塔再沸器和脱酸塔再沸器的热源入口与蒸汽源相连，热源出口与收集水箱相连。一级浓缩塔、二级浓缩塔、三级浓缩塔、四级浓缩塔、精馏塔、脱酸塔为真空操作,其真空度分别为：一级浓缩塔在-0.09MPa至-0.095MPa之间、二级浓缩塔在-0.08MPa至-0.086MPa之间、三级浓缩塔在-0.06MPa至-0.07MPa之间、四级浓缩塔在-0.04MPa至-0.052MPa之间、精馏塔在-0.085MPa至-0.095MPa之间、脱酸塔在-0.08MPa至-0.09MPa之间。真空度由真空泵进行抽吸、自动调节。
本发明具有环保、超高回收率和节能等优点，使浓度低于10%的DMAc废水纯化能源消耗显著降低，且纯化后的DMAc成品各项指标均达到纯DMAc的标准，可以重复使用，使企业在废液处理和原料采购两方面降低了成本。处理过程中避免了DMAc在高温下分解成乙酸和二甲胺，减小了杂质增加、pH值和电导率的变化，避免污染环境。