(設(shè)計方案)某酸洗廢水處理及回用工藝設(shè)計

1、1 / 17封面作者：PanHongliang僅供個人學(xué)習(xí)第一章 總論1.1 設(shè)計的依據(jù)和目的 本次設(shè)計主要針對鋼材酸洗工段的酸洗廢水的2 / 17處理及回用提供 工藝設(shè)計，該工藝實現(xiàn)“零”排放，主要參照吉林中國一汽富奧標(biāo)準(zhǔn)3 / 17件公司酸洗廢水車間工藝流程，根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的水質(zhì)水量，選擇合 適的工藝流程.處理任務(wù)酸洗廢水量為 20 噸，且含有大量的硫酸亞鐵.以往通過 加入堿性藥劑進行中和處理的方法，不僅造成了大量的酸堿物料的浪 費，同時在中和過程中產(chǎn)生的大量亞鐵沉淀物給后處理工作造成了很 大的困難.因此結(jié)合以往同類硫酸廢液的治理經(jīng)驗， 提出了采取冷卻結(jié)晶工 藝分別回收硫酸及水和硫酸亞鐵的

2、綜合治理改造方案.根據(jù)硫酸亞鐵的溶解度特性，以及酸洗工序的工藝特點，因此將在酸洗溫度（65C左右）條件下接近硫酸亞鐵飽和狀態(tài)的硫酸廢液進行加酸冷凍結(jié)晶， 使其達到過飽和條件而結(jié)晶析出，從而實現(xiàn)廢硫酸母液的回收利用及 副產(chǎn)硫酸亞鐵水合沉淀物.1.2 處理廢水的技術(shù)指標(biāo)1.2.1 設(shè)計的主要條件及技術(shù)參數(shù)：表 1 廢水水質(zhì):指標(biāo)進水出水硫酸含量 25%5-8%水量20 噸20 噸1.3 酸洗廢水的來源鋼廠的酸洗工序是將鋼材侵入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%左右的硫酸洗槽中進行酸洗.隨著酸洗的進行，硫酸濃度逐漸降低，硫酸亞鐵濃度不 斷增高，當(dāng)溶液中硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至6% 8%,生成的硫酸亞鐵質(zhì)量濃度超過 2002

3、50g/l 時，酸洗速率下降，必須更換酸洗液， 排放酸洗廢液.酸洗好的鋼材必須用清水進行沖洗以去除表面的酸性 物質(zhì)，又造成了廢酸水的外排.另外也可用鹽酸代替硫酸，形成鹽酸 廢水.第二章工藝方法論證2.1 硫酸酸洗廢水的方法（1）提高廢酸濃度，在低溫或高溫下使硫酸亞鐵從廢液中析出， 回收 的硫酸再用于酸洗.低溫分離有濃縮冷凍、蒸汽噴射真空結(jié)晶（簡稱蒸 噴真空結(jié)晶 ）. 產(chǎn)品為 FeSO4.7H2O 和再生酸 .（2）某一物質(zhì)于廢液內(nèi)， 在一定的條件下使之與游離酸反應(yīng)生成其他 有4 / 17用的物質(zhì)后予以回收 . 如加入鐵屑使之全部生成硫酸亞鐵的鐵屑法、 加鐵屑和苛性鈉處理的氧化鐵紅法、 加氨處理

4、的氧化鐵紅硫酸銨 法（HA法）等.（2）廢液中硫酸亞鐵重新變?yōu)榱蛩岷脱趸F （或純鐵） ，以回收全部硫酸如用擴散滲析法電解法、氯化氫置換法 （ 魯茲鈉法 ） 等.酸洗過程中， 在鋼件表面的氧化鐵得到去除的同時， 也使大量單 質(zhì)鐵與硫酸反應(yīng)而進入酸洗液中，這是酸洗液硫酸消耗的主要因素 . 當(dāng)酸洗液硫酸濃度降低到 10%左右時，酸洗速度就會影響到生產(chǎn)進度， 從而需要重新調(diào)整酸洗液硫酸濃度或全部進行置換 .對于酸洗硫酸廢液的處理， 國內(nèi)一般傳統(tǒng)工藝一是采用焚燒法回 收硫酸和氧化鐵，但由于耗能較高、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重等問題， 以被廢棄。 二是采用石灰中和法進行中和處理， 但由于產(chǎn)生大量的泥渣給后續(xù)處 理造成

5、了較大的困難 （采用碳酸那種和也同樣要產(chǎn)生大量的碳酸鐵沉 淀），而且，中和處理法本身也造成了資源的浪費 .2.2 工藝基本原理根據(jù)硫酸亞鐵的溶解度特性， 以及酸洗工序的工藝特點， 我們處 理含硫酸小于 10%勺廢液，因此將在酸洗溫度（65C左右）條件下接近 硫酸亞鐵飽和狀態(tài)的硫酸廢液進行加酸冷凍結(jié)晶， 加酸是使酸度增加 勺同時硫酸亞鐵勺溶解度減?。?此過程在沉降池中完成， 并且同時實 現(xiàn)自然冷卻，使溫度接近硫酸亞鐵析出所需勺臨界溫度， 因為在酸度 一定勺條件下，溫度越低， 硫酸亞鐵勺溶解度越小，所以要繼續(xù)降低 廢液溫度， 此過程在結(jié)晶罐里完成， 用冷凍鹽水冷卻將廢液溫度降低 至 0 度左右，使

6、其達到過飽和條件，硫酸亞鐵結(jié)晶析出，從而實現(xiàn)廢 硫酸母液勺回收利用及副產(chǎn)硫酸亞鐵水合沉淀物 .比較于其他勺回收利用方法， 加酸冷凍結(jié)晶法集濃縮冷凍法和蒸 噴真空結(jié)晶法勺優(yōu)點于一身， 它勺主要優(yōu)點是無需蒸發(fā)濃縮， 減少蒸 氣耗能這一項，操作簡便，但需要冷凍設(shè)備，勞動強度大 .2.3 處理工藝可行性分析在處理過程中通過加酸的方式，使得酸洗廢水中的 SQ2+濃度升高, 使FeSQ 的溶解平衡向著結(jié)晶析出的方向移動，從而使 Fe2 +以結(jié)晶的 形式析出，達到綜合利用的目的。析出 FeSQ4 后的酸液經(jīng)過處理后可 回用于鋼5 / 17材的酸洗工藝，間接減少了新酸的消耗.其工藝原理是基于 不同溫度、H2S

7、Q濃度條件下 FeSQ 的溶解度(質(zhì)量分?jǐn)?shù)).見圖 1通過理論計算得出，將原廢水硫酸濃度調(diào)到 25%時2.4 工藝流程2.5 工藝流程簡介(1) 向酸洗廢液中加工業(yè)硫酸，硫酸濃度由 10%提高到 2425% 以提高廢液的酸度和硫酸亞鐵的飽和度；(2) 含硫酸濃度 24 25%勺廢酸液加入冷卻槽，自然降溫冷卻 到30C.以降低硫酸亞鐵的溶解度；(3) 30C的廢酸液泵入結(jié)晶器中，加冷凍鹽水冷卻至5C,間歇操作，繼續(xù)降低硫酸亞鐵的溶解度；(4) 為達到析出臨界溫度，廢酸液被冷卻到5C,大部分硫酸亞鐵呈七水硫酸亞鐵結(jié)晶析出.(5) 結(jié)晶料漿流入人工卸料的三足式離心機中間歇操作，分離硫酸亞鐵回收利用，

8、此回收晶體采用人工包裝，人力運輸入庫.(6) 母液自流入母液槽，然后泵送母液進入酸洗槽，并加入水調(diào) 節(jié)硫酸濃度至 25%左右，可以直接送入酸洗槽中進行酸洗，即達到回 收利用作用，實現(xiàn)“零”排放.6 / 17第三章物料衡算硫酸含量硫酸亞鐵含量已知數(shù)據(jù) 25%選取數(shù)據(jù)10%25%3.1 硫酸消耗總量（沉降池中加酸）10%（+Q=（Q+Q）25% Qi=20t/dQ2=4nVd3.2 硫酸亞鐵晶體回收總量/d3.3 耗水量表 3進水出水加算量硫酸含量10%25%4m3/d進水出水晶體回收量硫酸亞鐵含量25%:6% 3.87m3/d循環(huán)水1.71m3/d第四章熱量衡算表 4 已知數(shù)據(jù)：指標(biāo)進水出水硫酸

9、含量25%5-8%水量20t/d20t/d溫度55C-65C表 5 選取數(shù)據(jù)：指標(biāo)進水出水硫酸含量10%25%硫酸亞鐵含量25%6%水量20t20t溫度65C5C4.1 冷卻沉降池（廢液池）此過程為自然冷卻過程，根據(jù)實驗冷卻時間為 24h.設(shè)沉降池的出口溫度為 30C.7 / 17式中：cl-30%H2SO4 比熱，0.74kcal/kg T-溫度變化，Cp- H2SQ 密度,kg/lV-廢液體積4.2 冷卻結(jié)晶器4.2.1 總制冷量設(shè)進口溫度為 30C,出口溫度為 5C,則總體需要完成的制冷量 為：4.2.2 單位制冷量設(shè)每天為 4 個處理周期，每個處理周期為 3h,則按量完成的制冷量應(yīng) 為

10、：4.2.3 冷卻劑(25%CaCL 鹽水)(1)設(shè)冷卻劑進入結(jié)晶器的溫度為-15C,出口溫度為 10C.所需制冷劑的質(zhì)量：M2=24.244X103kg又因為 M=p2XV2p2-25%CaCL2鹽水密度V2-鹽水體積_33所以所需的制冷劑的體積:V2=24.244X10/1228=19.74m(3) 每天為 4 個處理周期，則每個處理周期需要的制冷劑質(zhì)量為：3M二M/4=24.244/4=6.061X10 kg(4) 每個處理周期需要的制冷劑體積為：V3=19.74/4=4.9m3第五章主體設(shè)備計算5.1 冷卻沉降池(廢酸池)5.1.1 作用：用以水量，酸量調(diào)節(jié)和水質(zhì)均合，主要起到對酸洗廢

11、液進行加酸8 / 17調(diào)節(jié)濃度的作用，并對較大的顆粒物有自然沉降的作用，減輕水質(zhì)水量變化對后續(xù)反應(yīng)構(gòu)筑物的沖擊.5.1.2 設(shè)計原則(1) 冷卻沉降池的容積可根據(jù)廢水的濃度和流量變化規(guī)律與要求 調(diào)節(jié)均勻程度來計算.(2) 在計算冷卻池時，要按最不利的情況，即濃度和流量在高峰時 的區(qū)間來計算.(3) 調(diào)節(jié)時間越長，廢水水質(zhì)越均勻，要根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w情況和處理 要求選擇合適的冷卻沉降時間.5.1.3 設(shè)計參數(shù)設(shè)計最大流量：Q=20m/d5.1.4 設(shè)計計算涉及 1 座冷卻沉降池，因有濃度和流量的變化，對比吉林氣標(biāo)廠 的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，確定自然沉降時間取 24h,自然冷卻至 30C.(1) 冷卻沉降池的容積表

12、 6 計算中所選取的數(shù)據(jù)進水出水硫酸含量10%25%因為:10%V+V2=(V1+V2)25%2+V=(20+V2)25%V2=4mV1-廢酸液體積 2omV2-需要加酸體積總體積:V=V1+V2=20+4=24rn(2) 冷卻沉降池的面積設(shè)溶液水高為 2mA=V/h=24/2=12mi(3) 冷卻沉降池的長，寬在池內(nèi)設(shè)折流隔墻，間距為 1m 取 n=4,則長 L=1X4=4m 寬 b二A/L=12/4=3m,則只有 1 個廊道 L=4m(4) 結(jié)構(gòu)示意圖9 / 17綜上所述，取整數(shù)，則 V=24m5.2 冷卻結(jié)晶器5.2.1 作用通過夾層中鹽水的冷卻作用，使攪拌釜內(nèi)的廢酸液冷卻至5C左右，設(shè)

13、有攪拌器使釜內(nèi)液體充分?jǐn)嚢韪魈帨囟葎蛞?，F(xiàn)eSQ7H2O 析出.5.2.2 設(shè)計原則(1) 設(shè)夾套內(nèi)各處溫度相同，釜內(nèi)液體充分?jǐn)嚢韪魈帨囟染唬?2) 此反應(yīng)為簡單的非定態(tài)傳熱過程；(3) 換熱量不小于所需制冷量；(4) 釜的有效容積不小于每個周期處理量；(5) 計算時按最不利的情況來計算，即溫差最大是.5.2.3 計算參數(shù)設(shè)廢液進入結(jié)晶釜時溫度為 30C，出口溫度為 5C.5.2.4 設(shè)計計算1.結(jié)晶器容積選擇結(jié)晶器，因為有換熱面積，有效容積的制約，所以首要的是確定 容積.總體需要完成的換熱量:(見 3.2.1)則每個周期需要的換熱量:q2/4=528.47X10 kj(b)設(shè)每天有 4 個

14、處理周期，則每個處理周期處理量為 V/4=24/4=6m3, 不考慮備用，選用 2 臺容積為 5000L 的搪玻璃反應(yīng)罐，初步選用 QFK160 型.表 7 各項主要數(shù)據(jù)如下型號公稱設(shè)計壓力換熱罐體內(nèi)加套內(nèi)入孔尺寸容積罐體夾套面積徑徑(mm)(L)(MPa)(MPa)(m2)(mm)(mm)QFK160 5000 0.20.413160017500 | 300X4002. 每小時需要的換熱量（見 322）設(shè)每天為 4 個處理周期，每個處理周期為 3h,則每小時需要的換 熱量應(yīng)為：10 / 173. 換熱面積為便于計算，此過程可看為定態(tài)傳熱過程.入- 硫酸 的 導(dǎo)熱 系數(shù)，0.41w.m-1.k

15、-1, D1-D2=1750-1600=150mm因為Am2X103m,所以傳熱面積符合 QFK16C 型反應(yīng)罐，選擇合理.4. 冷卻劑選用 25%CaG 鹽水作為冷卻劑.T1-冷卻劑進入溫度，-15CT2-冷卻劑流出溫度，10C入2-25%CaCL2鹽水的導(dǎo)熱系數(shù)，0.57 w.m-1.k-1因為 Amq3,所以選型合適.表 8 制冷機的配套設(shè)備型號規(guī)格如下表冷凝設(shè)備LN 150蒸發(fā)設(shè)備LZL -200配套設(shè)備型號規(guī)油分離器YF -12511 / 17格貯氨器ZA -2.0集油器JY -300空氣分離器KF 32電動機型號JS136-8/180啟動設(shè)備GTZ-5301 53A5.4 離心機5

16、41 作用用來分離從冷卻結(jié)晶罐中流出的料漿，即硫酸亞鐵晶體和母液， 其結(jié)晶物由人工出料，人工包裝.5.4.2 選型原則(1) 能夠分離的固體量不小于硫酸亞鐵晶體的回收量。(2) 本著功率合適的原則。(3) 省時,省電.5.4.3 選型參數(shù)硫酸亞鐵晶體單位時間回收總量q3=3.78t/d(詳見 2.2 計算)；總流量約為 24m1/d.5.4.4 選擇設(shè)備設(shè)每次料漿分三次分離，則每次分離量約為24/3=8m3，查資料,采用三足式離心機 ss-1250, 2 臺.5.5 母液池5.5.1 作用儲存從離心機分離后的含硫酸水溶液，加水調(diào)節(jié)是存量為2om.5.5.2 設(shè)計原則(1) 池容積根據(jù)廢水的濃度

17、和流量變化規(guī)律與要求調(diào)節(jié)均勻程度 來計算.(2) 在計算儲量池時，要按最不利的情況，即濃度和流量在高峰 時的區(qū)間來計算.5.5.3 設(shè)計參數(shù) 設(shè)計最大流量 Q=20m3/d 硫酸含量為 29%5.5.4 設(shè)計計算 加水將硫酸濃度調(diào)至 25%(24-3.78)X29%+V=(24-3.78+V)X25%12 / 173V=1.132m33V總=24-3.78+1.132=20.008m母液池的長 , 寬長 L=4m 寬 b=3m,高為 2m 超高 0.5m，母液池面積 A=12rfi結(jié)構(gòu)示意圖第六章 管道計算6.1 沉降池至泵入口管路設(shè)計6.1.1 設(shè)計原則為了防腐 , 均采用襯膠管道 .6.1

18、.2 設(shè)計參數(shù)(1) 充滿度 0.6-0.8 。(2) 流速 u0.4m3/h.6.1.3 設(shè)計計算取 u=1.5m/s, Q=u.A所以可選擇 DN80 鋼塑復(fù)合管道，彎頭，管箍也是 DN80.6.2 泵出口至結(jié)晶器段管路設(shè)計 同理 , 取 u=1.5m/s, Q=u.A所以泵出口至結(jié)晶器段管路也選擇DN80 鋼塑復(fù)合管道，彎頭，管箍是 DN80.6.3 結(jié)晶器至離心機段管路設(shè)計 同理取 u=1.5m/s, Q=u.A結(jié)晶器至離心機段管路也選擇 DN80 鋼塑復(fù)合管道，彎頭,管箍是DN80.6.4 離心機出口至母液池段管路設(shè)計同理,取 u=1.5m/s, Q=u.A離心機出口至母液池段管路也

19、選擇DN80 鋼塑復(fù)合管道，彎頭,管箍是 DN80.6.5 母液池至泵入口管路設(shè)計13 / 17同理，取 u=1.5m/s, Q=u.A母液池至泵入口管路也選擇DN80 鋼塑復(fù)合管道，彎頭,管箍是DN80.6.6 鹽水管線6.6.1 設(shè)計原則為了防腐,均采鋼塑復(fù)合管道.6.6.2 設(shè)計參數(shù)(1) 充滿度 0.6-0.8。(2) 流速 u0.4m3/h6.6.3 設(shè)計計算根據(jù)實驗，確定每個制冷劑的冷卻周期約為 3h，則每個周期每天 需要的制冷劑體積為：所以可選擇 DN65 鋼塑復(fù)合管道，彎頭,管箍也是 DN65.6.7 酸洗液管線各部分水頭損失表 9 阻力系數(shù)如下表名稱L(m) 入口出口閘閥彎頭

20、三通入沉降池至泵入口1210.50.17X10.75X19.08614 / 17泵出口至結(jié)晶器220.510.17X20.75x51x19.086結(jié)晶器至離心機610.50.17X20.75x20.5x29.086離心機出口至母液池150.510.17X20.75x61x19.086母液池至泵入口510.50.17X20.75x29.0866.7.1 沿程水力損失便于計算按層流算，u=Q/A=m/s入=64/R=64/pud=23X64xQ/1831dA =9.086表 10 綜上所述各管線的沿程水頭損失如下表沉降池至泵入口泵出口至鄉(xiāng)士日竺三口晶器結(jié)晶器至離心機離心機出口至母液池母液池至泵入口

21、總水頭沿程損失沿程水頭損失(m)199.49365.71249.36106.399.75997.456.7.2 部水頭損失6.8 鹽水管線各部分水頭損失6.8.1 各段的阻力系數(shù)表 11名稱L(m)入出 閘閥彎頭三通 入型號15 / 17口口蒸發(fā)器至泵入口510.5 0.17X30.75X31X11.197D)N65泵出口至結(jié)晶器入3 0.510.17X20.75X81.197 )N65口100.17X40.75X10.7364DN40結(jié)晶器出口10110.17X50.7364DN40至蒸發(fā)器入口300.75X71.197 )N65便于計算,設(shè)流態(tài)全為層流.DN65DN406.82 冷凍機至泵

22、入口管線沿程水頭損失同理：泵出口至結(jié)晶器入口沿程水頭損失為：同理:結(jié)晶器出口至冷凍機入口沿程水力損失為 總的沿程水力損失為：6.8.3 局部水力損失同理：綜上所述，總的局部水頭損失為：hm=0.7557+1.122+1.178+8.074=11.13m6.9 酸泵選型6.9.1 作用把廢酸液提升吸入結(jié)晶釜，進行冷卻結(jié)晶692 選擇原則用泵的介質(zhì)為硫酸，故均選用耐酸，耐腐蝕泵，在此選用BK2 型玻璃鋼泵，其性能在初氫氟酸外的任何酸100C以內(nèi)的情況下勻耐腐16 / 17蝕.6.9.3 選泵參數(shù)處理水量 20t6.9.4 設(shè)備選型設(shè)允許吸上真空度為 3,則揚程 H二h+H=5.5m 總流量為 24

23、nVh,選 用2 臺酸水泵，型號為 80FZ13-30L,材料為襯 F4,電動機功率 11KW. 6.10 鹽水泵選型6.10.1 作用輸送提升冷卻劑的泵體.6.10.2 選型原則根據(jù)總流量 2om/h,冷卻劑溫度在-15C-10C之間,H=5.5m 則：選用 2臺鹽水泵，型號為 IMD65-50-130Z,2 臺，材料襯 F4,電動機 功率為 5.5KW.6.11 顯示儀表選擇(1)僅設(shè)溫度顯示。各泵出口設(shè)壓力表 PV0.3MP,共 4 塊；(4)冷凍介質(zhì)進口設(shè)溫度測量.版權(quán)申明本文部分內(nèi)容，包括文字、圖片、以及設(shè)計等在網(wǎng)上搜集整理。版權(quán)為潘宏亮個人所有This article in elu

24、des someparts, in cludi ng text, pictures,and desig n. Copyright is Pan Hon glia ngs pers onal own ership.用戶可將本文的內(nèi)容或服務(wù)用于個人學(xué)習(xí)、研究或欣賞，以及其他非商業(yè)性或非盈利性用途，但同時應(yīng)遵守著作權(quán)法及其他相關(guān)法律 的規(guī)定，不得侵犯本網(wǎng)站及相關(guān)權(quán)利人的合法權(quán)利。除此以外，將本文任何內(nèi)容或服務(wù)用于其他用途時，須征得本人及相關(guān)權(quán)利人的書面 許可，并支付報酬。17 / 17Users may use the contents or services of this articlefor pers onal study, research or appreciati on, and ot