精餾塔在不飽和聚酯樹脂廢水處理環(huán)節(jié)的應(yīng)用

＊崔北永

（漳州新陽科技有限公司 福建 363200）

1.不飽和聚酯樹脂的概念

(1)不飽和聚酯樹脂的起源與定義

不飽和聚酯樹脂最初是由美國在20世紀40年代實現(xiàn)工業(yè)化的。1966年常州建材253廠引進英國Scott-Bader公司的工藝與設(shè)備，推動了我國不飽和聚酯樹脂和玻璃鋼工業(yè)的發(fā)展。進入21世紀，我國不飽和聚酯樹脂工業(yè)則開始飛速發(fā)展[1]。

不飽和聚酯樹脂是一種由二元羧酸（主要是順丁烯二酸酐和鄰苯二甲酸酐等）、二元醇（主要是丙二醇、乙二醇、二乙二醇等）通過加熱在常壓下發(fā)生縮聚反應(yīng)而生成的聚合物。其分子結(jié)構(gòu)中含有非芳族的不飽和鍵而稱之為不飽和聚酯（相對分子量約1000～3000），再和苯乙烯單體進行稀釋混合后，形成的一種有機化工原料。它可用適當?shù)囊l(fā)劑引發(fā)交聯(lián)反應(yīng)而成為一種熱固性塑料如圖1所示。

圖1 二元羧酸和二元醇的反應(yīng)[2]

這種反應(yīng)為官能度2:2的反應(yīng)。一般來說2:2聚合反應(yīng)除少數(shù)情況產(chǎn)生環(huán)狀化合物外，大多數(shù)產(chǎn)生長鏈型大分子，并在聚合反應(yīng)過程中排出水或其他副產(chǎn)物。

(2)不飽和聚酯樹脂反應(yīng)過程中排出廢水的成分分析

化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）是在一定的條件下，采用一定的強氧化劑處理水樣時，所消耗的氧化劑量)。實驗檢測不飽和聚酯樹脂反應(yīng)排出廢水COD為20000～150000mg/L。

由表1的數(shù)據(jù)分析可以看出，在不飽和聚酯樹脂生產(chǎn)中產(chǎn)生的副產(chǎn)物廢水，含有一定量可回收原料，可再次用于生產(chǎn)不飽和聚酯樹脂。其中有機物的含量為利用精餾塔進行有效組分分餾提取，提供了科學的數(shù)據(jù)支持，同時，廢水精餾的必要性也越顯突出。

表1 廢水COD及GS-MS分析結(jié)果[3]

2.廢水通過精餾塔處理的概況

(1)精餾系統(tǒng)工作原理簡述[4]

在日常的化工生產(chǎn)當中，精餾操作是分離互溶液體混合物的最典型操作單元，這類操作的實質(zhì)就是分多個級別的蒸餾，在壓力一定的情況下，依據(jù)液體混合物各物質(zhì)的沸點和飽和蒸氣壓的不同而使輕組分（沸點較低或飽和蒸汽壓較高的組分）汽化，經(jīng)過多次的不同蒸餾使互溶液體部分液相汽化和部分氣相冷凝，導致各組分濃度升高，以此達到分離效果。

(2)精餾系統(tǒng)設(shè)備組成

精餾過程中的主要設(shè)備有：精餾塔、再沸器、冷凝器、預(yù)熱器、回流罐和輸送設(shè)備等。如圖2所示，精餾塔以進料板為界，上部為精餾段，下部為提留段。一定溫度和壓力的料液進入精餾塔后，輕組分在精餾段逐漸濃縮，離開塔頂后全部冷凝進入回流罐，一部分作為塔頂產(chǎn)品（也叫餾出液），另一部分被送入塔內(nèi)作為回流液?；亓饕旱哪康氖茄a充塔板上的輕組分，使塔板上的液體組成保持穩(wěn)定，保證精餾操作連續(xù)穩(wěn)定地進行。而重組分在提留段中濃縮后，一部分作為塔釜產(chǎn)品（也叫殘液），為精餾操作提供一定量連續(xù)上升的蒸氣氣流。

圖2 精餾塔結(jié)構(gòu)示意[5]

圖3 現(xiàn)實中精餾塔照片[5]

圖4 廢水精餾處理簡易工藝流程圖

(3)廢水精餾處理工藝

不飽和聚酯樹脂聚合排出的廢水，經(jīng)過冷凝器冷卻后進入車間的隔油沉降池，進行初級液、固體分離后，通過化工泵將需處理的液態(tài)廢水集中收集到指定的儲罐內(nèi)等待精餾處理。精餾前廢水COD濃度約為120000～150000mg/L，精餾處理后，提留段回收的重組分濃縮液COD濃度為1000000mg/L左右，精餾段排出處理后的廢水COD濃度在10000mg/L左右，精餾處理后的廢水輸送到污水處理站進行進一步處理。通過精餾塔處理后，不飽和聚酯樹脂廢水的有機物去除率達到96%。

不飽和聚酯樹脂廢水精餾處理各節(jié)點工藝參數(shù)和操作規(guī)程如下：

①檢查各設(shè)備及閥門狀態(tài)。

②打開廢水儲罐底閥，啟動廢水進料泵，緩慢打開廢水進料調(diào)節(jié)閥，控制流量在600～1000L/h。

③當再沸器液位達到200cm時，緩慢打開再沸器加熱系統(tǒng)，再沸器的液位控制在230～260cm。

④當回流罐的液位達到30cm時，打開回流閥，啟動輕組分回流泵，進行回流，回流量控制在300～1500L/h。當分液罐液位達到50cm時，開始采出，采出量根據(jù)實際分液罐的液位的高低而定，分液罐的液位控制在30～50cm。

⑤當再沸器經(jīng)過加熱塔內(nèi)溫度上升后，塔底溫度達到105℃左右，打開重組分回流泵（泵壓控制在0.2～

0.25MPa），進行全回流。

⑥重組分采出時間，根據(jù)重組分取樣比色情況來定，采出量根據(jù)再沸器液位情況來調(diào)整。

⑦當系統(tǒng)運行正常后,逐步提升廢水進料流量。

⑧工藝參數(shù)控制：

廢水進料量：300～1100L/h；

輕組分回流罐液位：30～50cm；

輕組分采出量：100L/h（根據(jù)具體情況調(diào)整）；

再沸器液位：230～260cm；

重組分采出量：100L/h（根據(jù)具體情況調(diào)整）；

精餾塔底溫度：120℃以下；

精餾塔塔頂溫度：95～105℃；

精餾塔塔頂壓力：0.13MPa。

⑨裝置停車。

3.精餾系統(tǒng)投資總額與經(jīng)濟效益分析

(1)廢水精餾系統(tǒng)投資明細

供熱系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)利用工廠內(nèi)的公用設(shè)備，精餾塔、再沸器等主體設(shè)備約36萬元，管道、閥門、輸送泵等輔助設(shè)備約4萬元，設(shè)備基礎(chǔ)等土建部分約5萬元，設(shè)備安裝費約5萬元，共計總投入50萬左右。

(2)精餾系統(tǒng)運行成本分析

主成本構(gòu)成：①設(shè)備折舊：50萬元分10年折舊完，每年折舊費用為5萬元；②人員工資：三班制每班一人操作，共需要操作人員3名，工資約5000元/人·月，每年工資總額為18萬元；③能源消耗：年電耗約3.5萬元，年熱耗約72萬元（依年開工300天核算）。以上合計，一套不飽和廢水處理系統(tǒng)年運行成本約為98.5萬元。

(3)經(jīng)濟效益分析

以年產(chǎn)6萬噸不飽和聚酯樹脂生產(chǎn)線為例，反應(yīng)收率取94%，反應(yīng)出水量約為3800噸（60000÷0.94-60000）?？苫厥盏闹亟M分濃縮液量約為456噸（3800×0.12）。將回收的重組分濃縮液用于生產(chǎn)不飽和聚酯樹脂，經(jīng)過多次試驗，產(chǎn)出的不飽和聚酯樹脂性能良好，可很好地用于不飽和聚酯樹脂生產(chǎn)。經(jīng)過多次生產(chǎn)收率計算，重組分濃縮液實際利用為60%左右，可得不飽和聚酯樹脂成品約270噸。每年創(chuàng)造的總價值為270萬元（270噸×1萬元/噸），扣除運行費用后，實際創(chuàng)造的經(jīng)濟效益為171.5萬元（270-98.5）。廢水經(jīng)處理后，COD濃度由120000～150000mg/L下降到10000mg/L左右，廢水COD濃度縮小了10倍，無形中使污水處理站的處理能力提高了10倍，減輕了企業(yè)的環(huán)保壓力。

4.總結(jié)

不飽和聚酯樹脂生產(chǎn)廢水經(jīng)過精餾處理，可回收廢水中大部分原料及聚合中間體，回收率可達93%～96%；餾出液COD約10000mg/L，大幅降低廢水后續(xù)處理難度。精餾回收重組分濃縮液COD約為1000000mg/L，可用于生產(chǎn)不飽和聚酯樹脂，且性能良好，產(chǎn)品投入市場后客戶非常認可，為企業(yè)帶來了非常可觀的經(jīng)濟效益。同時，企業(yè)生產(chǎn)的“NEWSOLAR”牌不飽和聚酯樹脂——廢水樹脂項目還獲得了漳州市科學技術(shù)進步獎。精餾塔在不飽和聚酯樹脂廢水處理環(huán)節(jié)的應(yīng)用，非常符合國家提倡的“環(huán)保經(jīng)濟、循環(huán)經(jīng)濟”政策，也是受政府鼓勵的科研項目，利國利民。