１背景

我廠采用氨堿法工藝生產純堿，該工藝具有產品純度好、生產成本低、勞動效率高等優點，但該方法存在排放大量廢渣液的缺點，每生產１ｔ純堿將排放約１０ｍ３的廢液，廢液組成如表１。目前，我廠產生的蒸氨廢液首先采取筑壩堆積存放，經自然澄清后流入廢清液儲存池，用于生產氯化鈣，其含有的固體廢渣筑壩存放。廢液ｐＨ值約１１．５左右，超過海水水質標準ＧＢ３０９７－１９９７中第四類的ｐＨ在６．８～８．８的范圍，同時也超過附近地下鹵水ｐＨ值在７．５左右的范圍。

廢液中含有約１０％～１５％的廢渣（濕基），渣內含有大量的堿性物質和能與酸反應的其他固體物質，如：碳酸鈣、氫氧化鎂、氧化鈣、氧化鐵、化鋁等堿性物質，而我公司內的氯堿樹脂公司又有大量的液氯難以消化，制成濃鹽酸后用其調節廢渣液ｐＨ值，即可使廢液和澄清后的廢清液ｐＨ值達標，又可消化掉氯堿樹脂公司的液氯，同時可提高廢清液的氯化鈣濃度，縮短復曬周期，還可以延長渣場使用壽命，產生較大經濟和環保效益。

 

2、技術方案

２．１工藝流程

自原廢液管線接數條支路，送入靜態混合反應器。氯堿樹脂公司液氯與氫氣燃燒生成氯化氫氣體，經軟水吸收后制成３１％的鹽酸，鹽酸分多點進入靜態混合反應器，在反應器內與廢液按比例混合反應，時間約５ｍｉｎ，ｐＨ值達到７～９時，經隔離池自流入緩沖池，由廢渣液加壓泵送至渣場。靜態混合反應器和緩沖池上部排出的反應氣，經引風機抽送到洗滌塔，用淡水噴淋洗滌達標后排空。洗滌塔洗水經換熱器降溫后，繼續由循環洗滌泵送入洗滌塔循環使用。

 

自緩沖池取廢液用泵加壓后分成兩路，一路給備用廢液加壓泵入口管線作反沖水，另一路用于靜態混合反應器折流板底部的排砂口沖堵。

 

事故狀態的廢渣液自緩沖池上部溢流，經管道送到應急事故池，應急池內存放的應急廢液用泵打回緩沖池，再送入新渣場。簡要流程如圖１。

２．２反應裝置

因用濃鹽酸調節廢液ｐＨ值在行業內沒有先例，同時各純堿廠廢液量、流速和成份等不盡相同，沒有成熟的經驗可以借鑒，且關鍵處理設備是靜態混合反應器，屬于非標設備，處理量大，同時介質腐蝕、廢渣液內含有大量砂子易淤積，因而需要根據介質的特點，解決反應器選用的材質、反應時間、停留時間、防止砂子淤積、反應放出的氣體處理等問題。

 

反應裝置分三部分：靜態混合反應器、隔離池和 緩沖池，如圖２、圖３。

２．２．１靜態混合反應器

根據廢液泵汽蝕余量，反應器液位至少需保持２ｍ。反應時間取５ｍｉｎ，廢液流量按照３３００ｍ３／ｈ計算，反應器底板取１６ｍ×９ｍ。

 

該設備的關鍵因素有２個，一是防止砂子淤積；二是反應器液位保持２ｍ。

１）非常好個因素

關鍵是確定砂子不淤積的臨界流速，從而確定排砂口流速，進而確定反應器坡度大小，該項無經驗借鑒，在此選取３．８３ｍ／ｓ流速作為砂子不沉積的設計流速（此時坡度為１５０／１０００，即傾角８．５３°），同時選取廢液的２０％左右通過排砂口流走（為確保停留時間，排砂口流通量越小越好，但選取過低，排砂口尺寸過小、排砂口數量少、間隔遠，將不利于砂子排走），

從而確定排砂口的流通面積。同時剩余的流量通過溢流口流走，流速、排砂口數量驗算分析過程如下：

 

理論上計算：折流板底部出砂口兩個，每個長寬１８０ｍｍ×１５０ｍｍ時：出砂口流通面積Ａ＝０．１８×０．１５×２＝０．０５４ｍ２濕周長Ｐ＝２×（２×０．１８＋２×０．１５）＝１．３２ｍ

靜態混合反應器傾角取８．５３°，即１５０／１０００

查資料取瓷磚與液體的粗糙度系數ｎ＝０．０１２

 

根據謝才公式計算：Ｖ１＝１／ｎＲ２／３Ｉ１／２＝１／ｎ（Ａ／Ｐ）２／３Ｉ１／２＝１／０．０１２×（０．０５４／１．３２）２／３×（１５０／１０００）１／２＝３．８３ｍ／ｓ根據資料和經驗判斷，該流速下廢液中的固體顆粒難以沉降（應大于臨界沉降流速，但該數值查不到，且難計算，與顆粒粒度、比重、粘度等許多因素有關，一般采用試驗方法取得），為此，折流板相關尺寸設計取該流速為依據。折流板溢流口流速和寬度計算：折流板排砂口流量計算：

０．１８×０．１５×２×３．８３×３６００＝７４４．５５ｍ３／ｈ

通過折流板的溢流口流量（進入反應器內各部分總流量３３６２．５ｍ３／ｈ）３３６２．５－７４４．５５＝２６１８ｍ３／ｈ根據謝才公式計算溢流口處的平均流速，設溢流口寬度Ｂ，液位深度取２ｍ，此時，溢流口濕周長Ｐ＝２＋２＋Ｂ＝４＋Ｂ則Ｖ２＝１／ｎＲ２／３Ｉ１／２＝１／ｎ（Ａ／Ｐ）２／３Ｉ１／２＝１／０．０１２×［２Ｂ／（４＋Ｂ）］２／３×（１５０／１０００）１／２另，溢流口流量Ｑ＝２Ｂ×Ｖ２×３６００＝２６１８解聯合方程得Ｖ２＝４．０２５ｍ／ｓ；Ｂ＝９０ｍｍ

 

２）第二個因素

液位２ｍ的保持方案有兩種，一是通過２ｍ高的溢流墻；二是控制溢流口的流速來保持液位。由于折流槽內的流體處于層流狀態，溢流墻將會造成下部變成死液位，池內體積不能充分利用，因而采用方案二，而方案二中，溢流口流速應該與排砂口流速

接近（應略高），從而計算出的溢流口寬度為９０ｍｍ。至于該數值是否準確，關鍵在于傾角８．５３°時的流速是否就是３．８３ｍ／ｓ，由于流速的不確定性，考慮余量，將溢流口寬度增加至４００ｍｍ。此時液位的控制用百葉窗式的插板控制，通過調節百葉窗流通面積來控制液位保持在２ｍ，這樣可保證２ｍ

深的液體每層都能流通，非常大限度提容積利用率。

 

３）分析推算結論

①要確保停留時間５ｍｉｎ，反應器面積取９ｍ×１６ｍ，液位深度取２ｍ時，折流板溢流口寬度為９０ｍｍ。

②為防止計算流速高于實際流速，將溢流口寬度調整為４００ｍｍ，并用不同流通面積的百葉窗控制液位，通過試運行找到非常優方案后定型百葉窗。

③折流板排砂口尺寸

通過理論計算每個折流板底部設排砂口２個，尺寸為１８０ｍｍ×１５０ｍｍ時，排砂口流量為７４４．５５ｍ３／ｈ，占比為７４４．５５ｍ３／ｈ÷３３６２．５ｍ３／ｈ＝２２．１４％，依據是８．５３°的傾角下流速是３．８３ｍ／ｓ，但該流速是理論計算數據，難以確定，為此，為防止砂子淤積，每個折流板取３個排砂口，且尺寸加大到１８０ｍｍ×３００ｍｍ。根據以上測算分析將靜態混合反應器結構如下：反應器分三層，非常外層為鋼筋混凝土，中間鋪一層玻璃鋼，內部與反應液接觸的部位用耐酸水泥貼耐酸瓷磚。該反應器內部加７個鋼筋混凝土折流板，折流板底部設三個排砂口１８０ｍｍ×３００ｍｍ，反應器底部做成８．５３°傾角，便于沉積到底部的砂子流動。溢流口寬度４００ｍｍ，設百葉窗式插板。反應器頂部用玻璃鋼蓋板封蓋，上部有開孔用于反應氣流通。同時設有鹽酸進口、液位觀測口、清理孔（人孔）、反沖水進口、鹽泥進口、反應氣出口、呼吸閥接口等。

 

２．２．２隔離池

為使靜態反應混合器出現問題檢修時不影響生產，在混合器和緩沖池之間設隔離池。此部分與反應器一樣，鋼筋混凝土結構，頂部用玻璃鋼蓋板封閉，內部用耐酸水泥抹面。在靠近反應器的池壁底部留有排砂口，上部２ｍ左右留有中和液溢流口；隔離池靠緩沖池的池壁，只在底部設有排砂與排液合二為一的流體通道。

 

２．２．３緩沖池

鋼混結構，頂部用玻璃鋼蓋板封閉，內部用耐酸水泥抹面，上部加觀察孔、液位計接口、清理孔（人孔），側面有溢流管、底部有反應液出口管（至廢液泵入口）４個，中上部設廢液泵入口管線反沖水出水口。廢渣液緩沖池底部比廢液泵房的地面高４．０

ｍ，防止中和反應放出的不凝氣和水蒸汽在泵內集聚，從而造成渣漿泵氣蝕或不上量。

２．３控制系統

２．３．１廢液緩沖池液位測量與控制

因廢液中含有泡沫等，導致部分液位顯示可能

會不準確，因此采用多液位檢測同時使用，雷達液位計和靜壓式液位計，同時采用電極聲光報警系統，緩沖池液位多方面指示報警。

廢液泵采用變頻控制，根據緩沖池內雷達液位計顯示液位采用自動調節廢液泵流量。同時參考靜壓液位計和電極聲光報警系統進行手動調節。

２．３．２洗滌塔液位調節

洗滌塔內洗滌液因不斷循環，吸收效果變差，根據ｐＨ值通過自調閥將部分洗滌液送入混合反應池回收，繼續與廢液進行中和反應；同時補充部分淡水至指定液位增加吸收能力。

２．４廢氣處理

本項目產生的廢氣主要有靜態混合反應器中鹽酸與廢液中的碳酸鈣及堿性物質反應時放出的二氧化碳氣，以及揮發的ＨＣｌ氣體和氣態水。反應裝置上方設玻璃鋼封蓋，反應廢氣經噴淋洗滌塔吸收后由引風機排走。

 

２．５洗滌塔選型分析

１）ＨＣｌ含量３１％鹽酸供應量６２５００ｋｇ／ｈ，密度１．１５４ｇ／

ｍＬ，反應過程中鹽酸中ＨＣｌ氣體的損失（進入反應氣）取鹽酸中ＨＣｌ總量的１０％，則ＨＣｌ含量：６２．５ｔ／ｈ×１０００×３１％×１０％÷３６．５×２２．４Ｌ／ｍｏｌ＝１１８９Ｎｍ３／ｈ（１９３７．５ｋｇ／ｈ）

 

２）反應生成ＣＯ２氣量（廢液量３３００ｍ３／ｈ，密度１．１２０ｇ／ｍＬ）根據廢液各組分的含量數據，與鹽酸反應的ＣａＣＯ３含量為６～１５ｇ／Ｌ，計算時取１１ｇ／Ｌ，反應的ＣａＣＯ３取廢液中的ＣａＣＯ３總量的５０％計，則ＣＯ２氣量：３３００ｍ３／ｈ×１１ｇ／Ｌ×５０％÷１００×２２．４Ｌ／ｍｏｌ＝４０６５．６Ｎｍ３／ｈ（７９８６ｋｇ／ｈ）考慮反應液溫度為９０℃左右，查有關數據，此時溶液中ＣＯ２含量極低，在此取反應放出的ＣＯ２氣全部進入反應氣。

 

３）反應氣中氣態水查設計手冊，９０℃時，飽和水蒸汽分壓為５２５．８ｍｍＨｇ，相當于６９．８８ｋＰａ。根據ＰＶ＝ｎＲＴ，推得ｎ／Ｖ＝Ｐ／ＲＴ，ｗ／Ｖ＝１８×Ｐ／ＲＴ可得出Ｈ２Ｏ（ｇ）的容重比ｗＨ２Ｏ（ｇ）＝１８×６９．８８×１０００÷８．３１４÷３６３＝４１７ｇ／Ｎｍ３＝０．４１７ｋｇ／Ｎｍ３設反應氣總體積為ＶＮｍ３／ｈ則Ｖ＝ＶＨＣｌ＋ＶＣＯ２＋ＶＨ２Ｏ＝１１８９Ｎｍ３／ｈ＋４０６５．６Ｎｍ３／ｈ＋Ｖ×０．４１７ｋｇ／Ｎｍ３÷１８×２２．４

 

由此得Ｖ＝１０９２４Ｎｍ３／ｈ其中，水蒸汽的數量為：１０９２４Ｎｍ３／ｈ×０．４１７ｋｇ／Ｎｍ３÷１８×２２．４＝５６６９Ｎｍ３／ｈ（４５５５．３ｋｇ／ｈ）由此得出反應氣體總質量為：１９３７．５ｋｇ／ｈ＋７９８６ｋｇ／ｈ＋４５５５．３ｋｇ／ｈ＝１４４７８．８ｋｇ／ｈ反應氣總量換算為工作狀態為：（１×１０９２４×３６３）÷（１×２７３）＝１４５２５ｍ３／ｈ（１４４７８．８ｋｇ／ｈ）考慮系統漏入空氣量以及其它因素，取進入洗滌塔的反應氣為：

１４５２５ｍ３／ｈ×１．５倍＝２１８７８ｍ３／ｈ查有關資料：空塔流速取１ｍ／ｓ則塔徑：２１８７８＝πｒ２×３６００×１可計算出ｒ＝１．４，故塔直徑取２．８ｍ。洗滌塔其它參數：塔高取１２～１３ｍ，其中儲液段２．５ｍｍ，噴淋段（３層）４～５ｍ，凈化段２．５ｍ，除霧段３ｍ。噴頭用碳化硅，噴角１２０°，噴霧壓力１×１０５Ｐａ，噴淋液滴直徑１．５ｍｍ，設備壓降５００～１０００Ｐａ。３實施效果該項目投用后，廢清液ｐＨ值可調節至７～９之間，符合海水四類水質標準中的ｐＨ值指標，與周邊地下鹵水ｐＨ值一致，實現良好的環境效益。

 

通過運行數據來看，每月可消耗掉氯堿樹脂有限公司富余的液氯１．２萬ｔ，扣除合成鹽酸費用４９０萬元和運行折舊費１２０萬元，節省液氯處理費用約２３０萬 元，為氯堿樹脂有限公司創造可觀的經濟效益。添加 鹽酸后，廢液中固體物相應減少，預計可延長渣場使用 周期２０％；還可提高了廢清液中氯化鈣的濃度，縮短復 曬周期，為氯化鈣廠的穩產高產創造了有利條件。