硫酸烧渣酸浸废盐酸资源化及MVR蒸馏工艺设计

发布时间：2017-07-16 06:21

  本文关键词：硫酸烧渣酸浸废盐酸资源化及MVR蒸馏工艺设计

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【摘要】：硫铁矿制酸是我国硫酸制造行业的主要生产工艺,该过程产生的硫酸烧渣常采用盐酸或硫酸浸出处理以回收其中的资源,但酸浸产生的高酸度、高重金属离子的硫酸烧渣酸浸废液却鲜少得到资源化处理利用。硫酸烧渣酸浸废液中含有大量的盐酸及铁、铜、锌、砷等重金属离子,处理难度较高,若将其直接排放不仅会对水体、土壤、构筑物甚至人体造成严重污染及危害,而且还是极大的资源浪费。因此,寻找一种经济可行的硫酸烧渣酸浸废液资源化处理方法是非常有必要的。近年来,减压蒸馏结晶法越来越多的被用于处理工业废水,该法能够实现易挥发组分从废水蒸发分离、高浓度组分在浓缩过程中结晶分离,因而十分适用于处理含有大量盐酸和高浓度铁离子的硫酸烧渣酸浸废盐酸。本研究采用减压蒸馏结晶法处理取自云南省建水县某公司500t/d硫酸渣综合回收利用建设项目的硫酸烧渣酸浸废盐酸,探讨了蒸馏过程中蒸馏速率、蒸汽浓度的变化情况并对产生的结晶进行了XPS和XRD成分分析。通过正交试验研究了蒸馏时间、蒸馏温度与真空度对硫酸烧渣酸浸废盐酸减压蒸馏的盐酸回收率、回收盐酸质量分数与结晶产量的影响,得出减压蒸馏的最佳工艺条件,并以此为依据设计了MVR减压蒸馏工艺,为硫铁矿制酸企业提供了一种经济可行的硫酸烧渣酸浸废盐酸的资源化处置方法。本文主要研究内容与结果如下：(1)在115℃温度条件下对硫酸烧渣酸浸废盐酸进行常压蒸馏,结果表明其蒸馏过程可分为快速蒸水阶段、加速蒸酸阶段和高速蒸酸阶段。以蒸馏量80%作为蒸馏终点时的盐酸回收率能够达到64.93%,回收盐酸质量分数约为5.54%；蒸馏结晶产量为7.4335g/L,主要成分为FeCl3等。(2)考察了蒸馏时间、蒸馏温度与真空度对硫酸烧渣酸浸废盐酸减压蒸馏效果的影响,选择盐酸回收率、回收盐酸质量分数与结晶产量作为考察目标,设计了三因素五水平正交试验。实验结果表明其最佳实验条件为蒸馏时间130min、蒸馏温度120℃、真空度0.09MPa,该条件下的盐酸回收率为75.86%、回收盐酸质量分数为6.69%、结晶产量为14.0826g。考虑能耗时的最佳工艺条件为蒸馏时间130min、蒸馏温度110℃、真空度0.06MPa,该条件下的盐酸回收率为77.41%、回收盐酸质量分数为6.71%、结晶产量为11.2373g。(3)设计了一套以板式蒸发器、丝网分离器、罗茨式压缩机等作为装置主体的MVR减压蒸馏装置。设计计算结果为：当处理规模100t/d、废水盐酸含量7%、铁含量18g/L时,该工艺需要的预热器换热面积为11.13m2,外部电加热功率为79.5620kW板式蒸发器换热面积为138.84m2;罗茨式压缩机功率为88.8823kW;分离器尺寸为Φ1.41×2.11m,容积为3.27m3。而该装置总投资179.79万元,运行费用为123.55万元／年,产品出售可获利121.14万元／年,考虑节省了原委托处理费用50万元／年,该工艺在4年后开始盈利。
【关键词】：硫酸烧渣酸浸废盐酸 蒸馏 结晶 MVR 资源化 工艺设计
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X781.3
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第一章 绪论14-32
• 1.1 引言14-15
• 1.2 硫酸烧渣酸浸废液综述15-22
• 1.2.1 硫酸烧渣酸浸废液的来源及危害15-17
• 1.2.2 硫酸烧渣酸浸废液的处理现状17-22
• 1.2.2.1 中和沉淀法17-18
• 1.2.2.2 铁粉法18
• 1.2.2.3 硫化物沉淀法18-19
• 1.2.2.4 吸附法19
• 1.2.2.5 离子交换法19
• 1.2.2.6 膜分离法19-20
• 1.2.2.7 电解法20
• 1.2.2.8 高温培烧法20
• 1.2.2.9 蒸馏结晶法20-22
• 1.3 MVR蒸馏工艺综述22-28
• 1.3.1 MVR蒸馏工艺22
• 1.3.2 MVR蒸馏装置的组成22-27
• 1.3.2.1 预热器23
• 1.3.2.2 蒸发器23-26
• 1.3.2.3 分离机26
• 1.3.2.3 压缩机26-27
• 1.3.3 MVR蒸馏工艺的国内外研究现状27
• 1.3.4 MVR蒸馏工艺的应用27-28
• 1.3.4.1 制盐27-28
• 1.3.4.2 海水淡化28
• 1.3.4.3 废水处理28
• 1.3.4.4 其他领域28
• 1.4 本课题研究的目的、意义与内容28-32
• 1.4.1 研究目的与意义28-29
• 1.4.2 研究内容29-30
• 1.4.3 论文创新点30-32
• 第二章 试验样品及方法32-38
• 2.1 实验原料、试剂及设备32
• 2.1.1 实验原料32
• 2.1.2 实验试剂及设备32
• 2.2 分析测定方法32-38
• 2.2.1 酸度的测定32-34
• 2.2.2 氯离子的测定34-35
• 2.2.3 铁离子的测定35
• 2.2.4 砷离子的测定35-36
• 2.2.5 测定结果36-38
• 第三章 蒸馏过程组分走向研究38-46
• 3.1 实验方法38
• 3.2 结果与讨论38-45
• 3.2.1 蒸馏速率的变化38-40
• 3.2.2 冷凝液酸度的变化40-41
• 3.2.3 蒸馏过程酸平衡41-42
• 3.2.4 结晶成分分析42-45
• 3.2.4.1 X射线衍射(XRD)42-43
• 3.2.4.2 光电子能谱(XPS)43-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第四章 减压蒸馏最佳实验条件研究46-56
• 4.1 实验及测定方法46-47
• 4.2 正交实验结果讨论47-55
• 4.2.1 对盐酸回收率的影响50-52
• 4.2.2 对回收盐酸质量分数的影响52-53
• 4.2.3 对结晶产量的影响53-54
• 4.2.4 最佳条件54-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第五章 工艺设计56-70
• 5.1 设计背景56-57
• 5.2 工艺流程57-58
• 5.3 设备选型与组合58-61
• 5.3.1 蒸发器选型58-59
• 5.3.2 气液分离器选型59
• 5.3.3 压缩机选型59-60
• 5.3.4 设备组合60-61
• 5.4 设计计算61-66
• 5.4.1 相关参数设定61-62
• 5.4.2 预热器设计计算62-63
• 5.4.3 板式蒸发器计算63-64
• 5.4.4 压缩机功率计算64
• 5.4.5 分离器设计计算64-65
• 5.4.6 MVR减压蒸馏设备设计汇总表65-66
• 5.5 工程经济分析66-68
• 5.5.1 工程投资概算66-67
• 5.5.1.1 主要设备费66
• 5.5.1.2 其他费用66-67
• 5.5.1.3 总投资67
• 5.5.2 运行费用67
• 5.5.2.1 热电费及水费67
• 5.5.2.2 人工费用67
• 5.5.2.3 总运行费用67
• 5.5.3 产品收益67-68
• 5.5.4 经济可行性分析68
• 5.6 本章小结68-70
• 第六章 结论与展望70-74
• 6.1 结论70-72
• 6.2 展望72-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-82
• 附录A 攻读硕士期间发表论文目录82-84
• 附录B 攻读硕士学位期间参与科研项目84

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