作者：胡 聪，辛 叶，陈宇露，邰光平，金宇庭 ( 贵州大学 化学与化工学院化工系，贵州 贵阳 550025)

摘要: 综述了丙烯腈工艺废水处理的各种方法和新技术、新装置在丙烯腈工艺废水四效蒸发技术中的应用。指出将膜分离、热力蒸汽再 压缩、闪蒸 － 降膜式蒸发器等技术与四效蒸发处理工艺相结合，经过蒸发浓缩，不仅提浓了原料液，使其满足后续处理的要求，而且节省 了大量的水资源和一定量的蒸汽，对整个处理系统的节能减排具有重要的实际意义。

关键词: 丙烯腈废水; 废水处理; 四效蒸发; 节能减排

丙烯腈是一种化学性质非常活泼的物质，它极易发生聚 合、水解醇解、双键加成等反应，在各个生产环节中都显得极为 重要，因此它是工业生产过程中一种重要材料。例如我们生活 中经常都能听到或者随处可见合成纤维和合成橡胶以及合成 树脂等，在它们的原材料中都有丙烯腈的身影，除此之外在有 机合成工业和医学药学工业等其他领域中丙烯腈也在发挥着 它的作用［1］。总之对于化工行业乃至其他生产行业来说，丙烯 腈都尤为重要。 正因为丙烯腈对各个行业的不可或缺，丙烯腈的生产也要 紧跟需求的步伐。其生产方法有丙烯氨氧法、环氧乙烷法和乙 炔法等，工业上目前最有价值的是丙烯氨氧法，但在其生产过 程中会产生氢氰酸、乙腈、丙烯醛和丙烯酸等有毒有害的副产 物。此外，在腈纶和 ABS 塑料等工业生产过程中所产生的废水 中含有丙烯腈、丁二腈、丙烯酸甲酯、丙烯酰胺、氰化物的等污 染物以及以丙烯腈二聚体和丙烯腈衍生物的含有氖基的有机 化合物，这类废水处理起来很有难度［2］。因此，在我国对环境 问题日益高度重视和对节能减排的严格要求下，对丙烯腈工艺 废水的处理更是迫在眉睫。 随着近几年国内外工业废水处理技术的迅猛发展，各类丙 烯腈废水处理技术在数量上和质量上都在增长和进步，其中工 业上经常采用的方法包括蒸发法、湿式催化氧化法、加压水解 法、焚烧法、生物法和膜分离法等。其中，湿式催化氧化法，这 是一种利用加入催化剂对废水中的有害物质进行转化的处理 方法，杨润昌等人也在这种方法的后续研究发展上取得一定成 果，但这种方法对于生产设备的要求过高，造成设备投资费用 增加。然后就是加压水解法，这种方法虽然经过改进也同样可 以达到较好的处理效果并且设备费用上也可以接受，但此法容 易造成二次污染，在国家对环境日益重视的情况下，此法也并 不完全适用。还有一个就是焚烧法，但是这种处理方法有一个 弊端就是需要大量燃油，并且在其处理过程中由于结垢等问题 会对设备造成损害，因此这种方法也不适用于工业上长期连续 的处理。而生物法和膜分离法这两种方法也暂时还没有在实 际生产过程中的到广泛应用［3］。总的来说，很大一部分方法在 实际生产中并不能达到完全理想的效果甚至的不到真正的实 施。 最后要说的就是蒸发法，它的处理原理主要是利用废水中 各物质的沸点不同对其进行分离，我们这次研究的四效蒸发法 就属于蒸发法，此法最大的特点就是在它整个工作过程中只需 要加入一次新鲜蒸汽，所以这种方法在节能方面就展现出了它 的优势，并且该法在工业生产中的接纳度也比较高，因此具有 很好的研发价值和发展前景。

1 丙烯腈工艺废水四效蒸发技术研究概述

1． 1 蒸发的原理 蒸发是一种是可将富含不挥发溶质的溶液加热并使其中 部分溶剂汽化并除去，从而增加溶液浓度的相变过程，是最基 本的化工单元操作。四效蒸发是一种节能技术，该技术利用蒸 发系统自身产生的二次蒸汽作为能源，减少了对外部能源的需 求，而仅在第一效中消耗生蒸汽。

1． 2 效的含义 一般地，在多效蒸发过程中，我们将每一个单独的蒸发器 及其蒸发过程称为一效。第一效蒸发器即是通入新鲜加热蒸 汽( 即生蒸气) 的蒸发器，从第一效蒸发器的出来的二次蒸汽被 压缩机压缩，温度和压力提高，热焓值增大，然后送入下一效蒸 发器的加热室作为加热蒸汽使用，该蒸发器即为第二效。三效、四效依此类推。四效蒸发即有四台蒸发器，除了第一台蒸 发器采用了新鲜蒸汽，其余蒸发器的加热蒸汽均是二次蒸汽， 且均来源于前一台蒸发器。使用四效蒸发的目的是使能源( 即 蒸汽) 得到再利用，降低能耗，提高经济性。

1． 3 流程概述 某 260kt /A 丙烯腈工艺废水四效蒸发浓缩工艺流程示意图 如图 1 所示。该工艺废水温度 113℃，操作压力 600kPa，流速 7148． 1kg /h，且丙烯腈聚合物( C6H8N2O 计算) 含量 816kg /h。 通过四效蒸发操作系统，大部分工艺水可被回收，而只有一小 部分废水被送入焚化炉或生化处理系统。要求废水中有至少 83% 的水分能够被蒸发掉，冷凝后的纯净水可作为生产过程中 的循环水 使 用，浓缩液中丙烯腈聚合物的质量浓度可达到 5. 9% 以上。 从上图可以看出，该四效蒸发系统在真空中运行，并流操 作。首先是包含重组分的废水被送入第一蒸发器，同时新鲜蒸 汽被送入以加热其中的废水，并将产生的二次蒸汽引入第二台 蒸发器，使第二效的废液在比第一效低的温度下蒸发，该过程 将依次进行到第四蒸发器浓缩后的废水由残液泵送到废水焚 烧系统，第一、第二、第三、第四蒸发器蒸出的二次蒸汽经冷凝、 汽提后送回丙烯腈装置再利用［4］。 利用化工流程模拟软件对该工艺过程进行模拟研究得出 最终浓缩液中丙烯腈聚合物( C6H8N2O) 的质量分数为 5． 98% ＞ 5． 9% ，满足废水的分离要求。原废水中水含量为: 75148． 1 － 816 = 74332． 1kg /h，经过四效蒸发工艺蒸发后的水量为: 12414. 4kg /h，则蒸发率为( 74332． 1 － 12414． 4) /74332． 1 = 83． 3% ，达到工艺要求。 故得出: 由于丙烯腈工艺废水四效蒸发中第二、第三、第四 效蒸发器的热源均来自于前一台蒸发器的二次蒸汽，节省了一 定量的生蒸汽，降低了装置的能耗。

2 新技术、新装置在丙烯腈工艺废水四效蒸发技术中 的应用 随着当代化工对丙烯腈的需求越来越高，研究者们开始在 原有方法上进行工艺改进以及一些新装置研究，以此来提升丙 烯睛工业废水的处理能力，减少处理成本。

2． 1 膜分离在四效蒸发中的应用 膜分离技术是一种当代新的分离技术，具有分离条件温 和，无相变和化学变化，选择性好，能耗低，生产成本低等优点。 因而被应用于如药学以及与食品、化工、冶金、环境保护等行 业。王华同等人［5］通过研究对比化学氧化法技术，铁炭微电解 法技术，混凝法技术，四效蒸发技术四种技术对丙烯腈废水进 行了预处理，得到研究结果显示只有四效蒸发法预处理后的废 水满足膜分离的进水要求。 通过四效蒸发浓缩技术进行预处理过后的废水，再用膜分 离技术的反渗透处理，通过调节废水的酸碱度，及采纳不同的 分离膜展开对比研究，得丙烯腈工业废水的除 CN － 率获得了极 大的提升，而且在处理的过程中避免了二次污染。能耗低，资 源消耗少，达到了一个节约成本的效果。所以选用四效蒸发浓 缩技术与膜分离技术互相融合来妥善处理丙烯腈废水应是当 前化工行业一个被广泛应用的方式。

2． 2 热力蒸汽再压缩 ( MVＲ) 机械式蒸汽再压缩技术是一种新型的蒸发节能技术，节能 效果明显，但是其关键技术主要被国外掌握，目前广泛应用于 饮料、食品、化工等行业。随着近几年我国开始有许多学者开 始研究该技术的可行性与经济学分析，我国一些企业开始应用 该技术，因而该技术在我国具有一个良好的发展前景与空间。 与传统四效蒸发相比，能够提高制热效能，使蒸发量大，减少换 热面积，提高蒸汽利用率。 MVＲ 技术替代多效蒸发，气液分离是其中关键的设备之 一。李凯等人［6］通过分析对比重力沉降分离器，惯性分离器， 管柱式气液分离器，旋流板式气波分离器等几种常见气液分离 器的结构和特点，同 MVＲ 处理技术相结合，因为管柱式气液分 离器具有结构简单，造价低，应用前景广泛，以及在 MVＲ 技术 中能更好的应用它的优势，最后选择管柱式气液分离器进行研 究。模拟了进料温度，压缩比对整个蒸发浓缩过程的影响，并 且研究了最佳分离器的柱体高度，当其不小于 1000mm 时，分离 效果较好，基于这个研究，工业上能更好的设计出分离器，使得 能更加容易与丙烯腈废水处理结合。丙烯腈废水处理量有所 提高，并且降低其处理成本。

2． 3 闪蒸 － 降膜式蒸发器 高浓度、高粘度、高热敏性的物料使用降膜式蒸发器进行 蒸发浓缩，能达到一个较好的分离效果，并且降膜式蒸发器具 有蒸发能力高、生产成本、低能源消耗低、结构简单、连续操作 时较稳定、处理量大、真空低温操作、物料停留时间短和保证物 料不变性特点和优势，并且真空低温操作。丙烯腈废水的处理 恰好是一个低温真空下的操作且该废水属于热敏性物料，故降 膜式蒸发器更适合应用于丙烯腈废水四效蒸发处理的过程中。 然而把降膜式蒸发器应用于 MVＲ 丙烯腈废水研究报道却是极 少。 郝帅等人［7］通过使用现代化工设计软件，对降膜式蒸发器 的结构进行设计以及研究其性能。研究结果显示降膜式蒸发 器应用于 MVＲ 技术能大大的节约能源的消耗，并且浓缩使丙 烯腈废水中有害物质的含量大大降低。研究结果还显示出最 佳的壳程流场均匀性的导流筒，和最合适的布膜器以及最佳成膜位置的设计，对其关键的结构叶轮进行了设计。基于上述设 计的结论，可以更好的设计降膜式蒸发器，把其应用于丙烯腈 废水处理过程中，能达到一个很好的处理污水效果，基本实现 零排放。

4 结论 随着国家对环境保护的重视，化工行业废水的排放标准也 越来越高，因而丙烯腈工艺废水的排放标准已经成为制约企业 生产丙烯腈发展的重要因素。论文综述了丙烯腈工艺废水处 理的各种方法和新技术、新装置与丙烯腈工艺废水四效蒸发处 理技术相结合的使用，同时重点论述四效蒸发处理工艺，经过 蒸发浓缩处理，不仅浓缩的液体原料能满足随后的处理站的要 求，而且节约了大量的水和水蒸汽的量，整个工艺具有节能降 耗的意义。