合成革业DMF蒸馏回收系统中废水废渣的产生与排放研究.docx

合成革业DMF蒸馏回收系统中废水废渣的产生与排放研究2011-2-12 10:28:25在PU（聚氨酯树脂）合成革行业中，DMF（二甲基甲酰胺）蒸馏回收系统具有举足轻重的地位，一方面解决了合成革湿法工艺含DMF废水因排放造成的环境污染问题；一方面又可以通过回收高纯度的DMF（纯度99.5%）给企业带来可观的经济效益。但是从另一方面来看，DMF蒸馏回收系统在使用操作过程中本身所产生的废水、废渣等环境问题，长期以来却没有得到环保部门足够的了解与重视，本文试就DMF蒸馏回收系统的工作原理及流程，废水与废渣的产生与排放等情况作简要的介绍与粗浅的分析。一、工作原理及流程1.1工作原理在合成革行业，DMF蒸馏回收系统工作原理主要是利用DMF回收废液中各成分（主要是水与DMF）的沸点也即挥发性的不同（常压下DMF沸点 152.8、水100），通过控制系统各个操作过程的温度，形成气液分离，将水及其他杂质逐一从DMF回收废液中分离出来，从而达到提纯回收DMF的目的。在实际操作过程中，一般要使系统处于真空负压状态下，控制一定的温度，通过不断的加热与冷凝，完成多次热交换过程，根据沸点不同，使各成分在一定温度控制下完成由液相到气相，再由气相到液相的热交换分离过程，从而实现提纯DMF的目的。1.2系统主要构成在现今合成革行业中，双塔式DMF蒸馏回收系统以其较高的回收效率（每小时一般可回收810吨废水），被合成革企业所普遍采用（温州合成革企业一般均采用该回收方式）。该系统主要构成有：（1）脱水塔（高度稍矮于精馏塔），主要作用是浓缩回收的DMF废液，将部分水分离出来；（2）精馏塔，主要作用是通过多级蒸馏使分离更完全，实现提纯DMF的目的；（3）蒸发器，主要作用是进行热交换，初步提纯DMF；（4）再沸器，一般有两个，分别用于加热脱水塔和精馏塔；（5）冷凝器，完成热交换，分离回收DMF和水；（6）脱酸和脱胺装置，主要作用是去除DMF受热分解产生的甲酸和二甲胺等杂质；（7）真空泵等。1.3工作流程 在合成革行业中，虽然DMF蒸馏回收系统的产地与出处不尽相同（国内一般以烟台和石家庄两地产为主），但其设计原理与工作流程却基本相似。一般首先是废水的排放收集过程，在PU合成革湿法生产过程中，一般DMF溶剂要占聚氨酯树脂浆料总用量的70以上，为了使浆料中树脂等成分在基布上形成凝固，需要通过水洗，将浆料中DMF溶剂置换出来，当生产线凝固槽废水中的DMF浓度达到一定值时（视生产工艺和产品要求不同，一般在1520间），为不影响树脂的凝固性（废水中DMF浓度越高，树脂凝固性越差），保证产品质量，必须将该浓度的废水排放，一般首先用储罐收集，然后再进入DMF蒸馏回收系统进行处理。在PU（聚氨酯树脂）合成革行业中，DMF（二甲基甲酰胺）蒸馏回收系统具有举足轻重的地位，一方面解决了合成革湿法工艺含DMF废水因排放造成的环境污染问题；一方面又可以通过回收高纯度的DMF（纯度99.5%）给企业带来可观的经济效益。但是从另一方面来看，DMF蒸馏回收系统在使用操作过程中本身所产生的废水、废渣等环境问题，长期以来却没有得到环保部门足够的了解与重视，本文试就DMF蒸馏回收系统的工作原理及流程，废水与废渣的产生与排放等情况作简要的介绍与粗浅的分析。一、工作原理及流程1.1工作原理在合成革行业，DMF蒸馏回收系统工作原理主要是利用DMF回收废液中各成分（主要是水与DMF）的沸点也即挥发性的不同（常压下DMF沸点 152.8、水100），通过控制系统各个操作过程的温度，形成气液分离，将水及其他杂质逐一从DMF回收废液中分离出来，从而达到提纯回收DMF的目的。在实际操作过程中，一般要使系统处于真空负压状态下，控制一定的温度，通过不断的加热与冷凝，完成多次热交换过程，根据沸点不同，使各成分在一定温度控制下完成由液相到气相，再由气相到液相的热交换分离过程，从而实现提纯DMF的目的。1.2系统主要构成在现今合成革行业中，双塔式DMF蒸馏回收系统以其较高的回收效率（每小时一般可回收810吨废水），被合成革企业所普遍采用（温州合成革企业一般均采用该回收方式）。该系统主要构成有：（1）脱水塔（高度稍矮于精馏塔），主要作用是浓缩回收的DMF废液，将部分水分离出来；（2）精馏塔，主要作用是通过多级蒸馏使分离更完全，实现提纯DMF的目的；（3）蒸发器，主要作用是进行热交换，初步提纯DMF；（4）再沸器，一般有两个，分别用于加热脱水塔和精馏塔；（5）冷凝器，完成热交换，分离回收DMF和水；（6）脱酸和脱胺装置，主要作用是去除DMF受热分解产生的甲酸和二甲胺等杂质；（7）真空泵等。1.3工作流程 在合成革行业中，虽然DMF蒸馏回收系统的产地与出处不尽相同（国内一般以烟台和石家庄两地产为主），但其设计原理与工作流程却基本相似。一般首先是废水的排放收集过程，在PU合成革湿法生产过程中，一般DMF溶剂要占聚氨酯树脂浆料总用量的70以上，为了使浆料中树脂等成分在基布上形成凝固，需要通过水洗，将浆料中DMF溶剂置换出来，当生产线凝固槽废水中的DMF浓度达到一定值时（视生产工艺和产品要求不同，一般在1520间），为不影响树脂的凝固性（废水中DMF浓度越高，树脂凝固性越差），保证产品质量，必须将该浓度的废水排放，一般首先用储罐收集，然后再进入DMF蒸馏回收系统进行处理。 接着第二步就是废水的处理过程，首先废水进入系统脱水塔，通过再沸器加热，控制温度在100以上，使液体沸腾，将部分水蒸发分离出来，经塔顶排入系统蒸发器中，达到浓缩DMF的目的；其次浓缩的DMF（粗DMF）也进入蒸发器中，并在蒸发器内与分离出来的水（蒸汽）形成热交换，预热后的粗DMF经旋风分离处理后，再进入精馏塔中，水则一部分由系统向外排放，一部分继续回流至脱水塔以控制塔顶温度，保持系统平衡，同时有部分残渣产生；最后通过再沸器加热精馏塔，一般控制温度在120以上，对粗DMF进行精馏（多级蒸馏）提纯，将水及其他杂质分离出来，水与DMF分别经冷凝后以液态形式排放，其他杂质则以蒸馏残渣形式排放。 最后第三步是DMF的回收过程，经蒸馏提纯后的DMF（纯度99.5%）经罐装收集，但同时，蒸馏产生的副产物含微量DMF的塔顶蒸馏冷凝水，蒸馏残渣，DMF分解物甲酸和二甲胺等也同时被排放出来。二、废水的产生与排放2.1塔顶蒸馏冷凝水的产生与排放在DMF蒸馏回收过程中，最主要的处理是进行脱水，在PU合成革湿法工艺产生的废水中，其DMF含量一般在15%20，而水的含量会在80左右。 DMF的脱水过程主要在蒸馏回收系统的脱水塔和精馏塔中完成，如前所述，通过控制温度，将沸点低的水从DMF中蒸馏出来，期间有微量（0.1%0.5%）DMF也同时挥发出来，并溶于水中，在整个脱水过程中，大约有30的水是由系统脱水塔完成，而约70的水是由系统精馏塔完成的。如果DMF蒸馏回收系统的工作能力以每小时处理8吨废水为例，通过估算，系统每小时可排放67吨蒸馏冷凝水，经温州市环境监测中心站对该水水质的监测分析(参见温州长江合成革有限公司竣工验收监测分析报告)，其COD（化学需氧量）均值为1.18103mg/L，而DMF浓度均值为 1.24103mg/L,与进水DMF浓度均值2.57105 mg/L比较，约有0.48%的DMF留在了蒸馏冷凝水中，证实该冷凝水存在污染，如果排放将对环境造成影响，现在大多数的合成革企业，已经采取用罐装回收的办法，将该废水重新利用于湿法生产线作为补充用水，基本防止了污染的发生。2.2洗塔废水的产生与排放在DMF蒸馏回收系统的实际操作过程中，当系统运行一段时间后（一般在半年至一年左右），必须对系统进行清洗，一般主要清洗系统蒸发器与冷凝器等设备，该设备都属于热交换器，在运行一段时间后，设备内管道表面会产生结垢，影响工作效率，必须及时进行清洗。在现今合成革企业中，一般采用高压水枪冲洗的办法，由于该废水产生排放次数少，排放量不大，一般每次只有几吨水，污染性质较复杂（尚无具体监测数据），往往容易被忽视，随意排放而污染环境，建议合成革企业将该废水统一收集，纳入企业污水处理系统中，处理达标后排放。三、蒸馏残渣的产生与排放 在DMF蒸馏回收系统中，蒸馏残渣的产生与排放是对环境影响较大的系统副产物。通过对整个蒸馏回收过程的分析，可以看出残渣的产生首先是由于在湿法工艺水洗过程中，除了DMF被置换溶于水外，还有其他少量杂质如皮屑、树脂、填充物(木质纤维素、碳酸钙等)也被带入水中，并一起形成湿法回收废水。在现今合成革行业中，对该回收废水一般不进行预处理（降低悬浮物，去除杂质），直接进入回收处理系统，并通过蒸馏过程，使废水中的杂质形成残渣排放处理。在DMF蒸馏回收系统中，残渣是以高浓稠残液形式由系统的蒸发器与精馏塔产生排放的，具体过程是系统通过残液泵将残液排入残液塔中，同时残液中可利用部分再输回蒸发器中，形成循环再利用，以提高DMF回收率。在实际运行过程中，当残液塔中的残液量累积到一定程度时，系统必须将其外排，排放时间视系统工作量和回收水质的水质状况而定，一般少则35天，多则710天排放一次，每次排放量在数百公斤左右，据调查，在正常生产状况下，一般合成革企业每月可排放25吨蒸馏残渣。蒸馏残渣一般呈黑色热浓稠液体状由系统外排，冷却后迅速凝固，状如沥青，外表黑色内部偏黄