一、丙烯腈工藝廢水四效蒸發技術研究概述

　　1.1蒸發的原理

　　蒸發是一種是可將富含不揮發溶質的溶液加熱并使其中部分溶劑汽化并除去，從而增加溶液濃度的相變過程，是最基本的化工單元操作。四效蒸發是一種節能技術，該技術利用蒸發系統自身產生的二次蒸汽作為能源，減少了對外部能源的需求，而僅在第一效中消耗生蒸汽。

　　1.2效的含義

　　一般地，在多效蒸發過程中，我們將每一個單獨的蒸發器及其蒸發過程稱為一效。第一效蒸發器即是通入新鮮加熱蒸汽(即生蒸氣)的蒸發器，從第一效蒸發器的出來的二次蒸汽被壓縮機壓縮，溫度和壓力提高，熱焓值增大，然后送入下一效蒸發器的加熱室作為加熱蒸汽使用，該蒸發器即為第二效。三效、四效依此類推。四效蒸發即有四臺蒸發器，除了第一臺蒸發器采用了新鮮蒸汽，其余蒸發器的加熱蒸汽均是二次蒸汽，且均來源于前一臺蒸發器。使用四效蒸發的目的是使能源(即蒸汽)得到再利用，降低能耗，提高經濟性。

　　1.3流程概述

　　某260kt/A丙烯腈工藝廢水四效蒸發濃縮工藝流程示意圖如圖1所示。該工藝廢水溫度113℃，操作壓力600kPa，流速7148.1kg/h，且丙烯腈聚合物(C6H8N2O計算)含量816kg/h。通過四效蒸發操作系統，大部分工藝水可被回收，而只有一小部分廢水被送入焚化爐或生化處理系統。要求廢水中有至少83%的水分能夠被蒸發掉，冷凝后的純凈水可作為生產過程中的循環水使用，濃縮液中丙烯腈聚合物的質量濃度可達到5.9%以上。

　　從上圖可以看出，該四效蒸發系統在真空中運行，并流操作。首先是包含重組分的廢水被送入第一蒸發器，同時新鮮蒸汽被送入以加熱其中的廢水，并將產生的二次蒸汽引入第二臺蒸發器，使第二效的廢液在比第一效低的溫度下蒸發，該過程將依次進行到第四蒸發器濃縮后的廢水由殘液泵送到廢水焚燒系統，第一、第二、第三、第四蒸發器蒸出的二次蒸汽經冷凝、汽提后送回丙烯腈裝置再利用。

　　利用化工流程模擬軟件對該工藝過程進行模擬研究得出最終濃縮液中丙烯腈聚合物(C6H8N2O)的質量分數為5.98%>5.9%，滿足廢水的分離要求。原廢水中水含量為：75148.1-816=74332.1kg/h，經過四效蒸發工藝蒸發后的水量為：124144kg/h，則蒸發率為(74332.1-12414.4)/74332.1=83.3%，達到工藝要求。

　　故得出：由于丙烯腈工藝廢水四效蒸發中第二、第三、第四效蒸發器的熱源均來自于前一臺蒸發器的二次蒸汽，節省了一定量的生蒸汽，降低了裝置的能耗。

　　二、新技術、新裝置在丙烯腈工藝廢水四效蒸發技術中的應用

　　隨著當代化工對丙烯腈的需求越來越高，研究者們開始在原有方法上進行工藝改進以及一些新裝置研究，以此來提升丙烯睛工業廢水的處理能力，減少處理成本。

　　2.1膜分離在四效蒸發中的應用

　　膜分離技術是一種當代新的分離技術，具有分離條件溫和，無相變和化學變化，選擇性好，能耗低，生產成本低等優點。因而被應用于如藥學以及與食品、化工、冶金、環境保護等行業。王華同等人通過研究對比化學氧化法技術，鐵炭微電解法技術，混凝法技術，四效蒸發技術四種技術對丙烯腈廢水進行了預處理，得到研究結果顯示只有四效蒸發法預處理后的廢水滿足膜分離的進水要求。

　　通過四效蒸發濃縮技術進行預處理過后的廢水，再用膜分離技術的反滲透處理，通過調節廢水的酸堿度，及采納不同的分離膜展開對比研究，得丙烯腈工業廢水的除CN-率獲得了極大的提升，而且在處理的過程中避免了二次污染。能耗低，資源消耗少，達到了一個節約成本的效果。所以選用四效蒸發濃縮技術與膜分離技術互相融合來妥善處理丙烯腈廢水應是當前化工行業一個被廣泛應用的方式。

　　2.2熱力蒸汽再壓縮(MVR)

　　機械式蒸汽再壓縮技術是一種新型的蒸發節能技術，節能效果明顯，但是其關鍵技術主要被國外掌握，目前廣泛應用于飲料、食品、化工等行業。隨著近幾年我國開始有許多學者開始研究該技術的可行性與經濟學分析，我國一些企業開始應用該技術，因而該技術在我國具有一個良好的發展前景與空間。與傳統四效蒸發相比，能夠提高制熱效能，使蒸發量大，減少換熱面積，提高蒸汽利用率。

　　MVR技術替代多效蒸發，氣液分離是其中關鍵的設備之一。李凱等人通過分析對比重力沉降分離器，慣性分離器，管柱式氣液分離器，旋流板式氣波分離器等幾種常見氣液分離器的結構和特點，同MVR處理技術相結合，因為管柱式氣液分離器具有結構簡單，造價低，應用前景廣泛，以及在MVR技術中能更好的應用它的優勢，最后選擇管柱式氣液分離器進行研究。模擬了進料溫度，壓縮比對整個蒸發濃縮過程的影響，并且研究了最佳分離器的柱體高度，當其不小于1000mm時，分離效果較好，基于這個研究，工業上能更好的設計出分離器，使得能更加容易與丙烯腈廢水處理結合。丙烯腈廢水處理量有所提高，并且降低其處理成本。

　　2.3閃蒸-降膜式蒸發器

　　高濃度、高粘度、高熱敏性的物料使用降膜式蒸發器進行蒸發濃縮，能達到一個較好的分離效果，并且降膜式蒸發器具有蒸發能力高、生產成本、低能源消耗低、結構簡單、連續操作時較穩定、處理量大、真空低溫操作、物料停留時間短和保證物料不變性特點和優勢，并且真空低溫操作。丙烯腈廢水的處理恰好是一個低溫真空下的操作且該廢水屬于熱敏性物料，故降膜式蒸發器更適合應用于丙烯腈廢水四效蒸發處理的過程中。然而把降膜式蒸發器應用于MVR丙烯腈廢水研究報道卻是極少。

　　郝帥等人通過使用現代化工設計軟件，對降膜式蒸發器的結構進行設計以及研究其性能。研究結果顯示降膜式蒸發器應用于MVR技術能大大的節約能源的消耗，并且濃縮使丙烯腈廢水中有害物質的含量大大降低。研究結果還顯示出最佳的殼程流場均勻性的導流筒，和最合適的布膜器以及最佳成膜位置的設計，對其關鍵的結構葉輪進行了設計。基于上述設計的結論，可以更好的設計降膜式蒸發器，把其應用于丙烯腈廢水處理過程中，能達到一個很好的處理污水效果，基本實現零排放。

　　三、結論

　　隨著國家對環境保護的重視，化工行業廢水的排放標準也越來越高，因而丙烯腈工藝廢水的排放標準已經成為制約企業生產丙烯腈發展的重要因素。論文綜述了丙烯腈工藝廢水處理的各種方法和新技術、新裝置與丙烯腈工藝廢水四效蒸發處理技術相結合的使用，同時重點論述四效蒸發處理工藝，經過蒸發濃縮處理，不僅濃縮的液體原料能滿足隨后的處理站的要求，而且節約了大量的水和水蒸汽的量，整個工藝具有節能降耗的意義。