一种粘胶纤维硫酸钠废液多级处理系统转让专利
申请号 : CN201811310461.3
文献号 : CN109336064B
文献日 : 2022-03-18
发明人 : 邓传东 , 贺敏 , 夏长林 , 徐绍贤 , 王云
申请人 : 宜宾海丝特纤维有限责任公司 , 宜宾丝丽雅股份有限公司 , 宜宾丝丽雅集团有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种粘胶纤维硫酸钠废液多级处理系统,包括多级处理装置和用以提供导电溶液的极水罐(1);每一级处理装置包括硫酸钠循环罐(2)、硫酸循环罐(3)、氢氧化钠循环罐(4)和膜堆(5),其特征在于:所述硫酸钠循环罐(2)、硫酸循环罐(3)、氢氧化钠循环罐(4)分别与同一膜堆(5)经不同进出口形成独立循环的通道且构成一级处理装置;所述硫酸钠循环罐(2)、硫酸循环罐(3)、氢氧化钠循环罐(4)再分别通过各自的管道与下一级的硫酸钠循环罐(2)、硫酸循环罐(3)、氢氧化钠循环罐(4)分别进行连接,且下一级的硫酸钠循环罐(2)的进口与上一级硫酸钠循环罐(2)的出口连接,且下一级的硫酸循环罐(3)和氢氧化钠循环罐(4)的出口分别与上一级的硫酸循环罐(3)和氢氧化钠循环罐(4)的进口连接;第一级处理装置中的硫酸循环罐(3)、氢氧化钠循环罐(4)又分别与硫酸成品箱(31)和氢氧化钠成品箱(32))连通;所述的处理装置至少两级以上;每一级处理装置的膜堆(5)包括间隔设置的膜片单元(110)和膜板(120),端部均为膜板(120),两个膜板(120)分别和极板(130)连接;极板(130)上设置有电源接口(140)、极水进口(150)和极水出口(160);一个极板(130)通过电源接口(140)连接电源正极,另一个极板(130)通过电源接口(140)连接电源负极;所述极水罐(1)内装有分别与每一级处理装置的膜堆(5)的极水进口(150)和极水出口(160)连接;
所述膜片单元(110)包括多对重叠设置的膜片,每一对膜片包括阴膜(112)、阳膜(113)和双极膜(114);还包括隔板Ⅰ(111),所述膜片单元(110)按照双极膜(114)、隔板Ⅰ(111)、阴膜(112)、隔板Ⅰ(111)、阳膜(113)、隔板Ⅰ(111)、双极膜(114)、隔板Ⅰ(111)、阴膜(112)、隔板Ⅰ(111)、阳膜(113)、隔板Ⅰ(111)的排列重复设置。
2.如权利要求1所述的粘胶纤维硫酸钠废液多级处理系统,其特征在于:所述隔板Ⅰ(111)的一端连接有盐水进口(170)、酸水进口(180)和碱水进口(190),在隔板Ⅰ(111)内部形成分别形成盐水进口通道(171)、酸水进口通道(181)和碱水进口通道(191);隔板Ⅰ(111)的另一端连接有盐水出口(200)、酸水出口(210)和碱水出口(220),在隔板Ⅰ(111)内部形成盐水出口通道(201)、酸水出口通道(211)和碱水出口通道(221)。
3.如权利要求1所述的粘胶纤维硫酸钠废液多级处理系统,其特征在于:所述隔板Ⅰ(111)的厚度为2~3mm;所述隔板Ⅰ(111)包括边框的硅橡胶和中间的衬网;所述隔板Ⅰ(111)、双极膜(114)、阴膜(112)和阳膜(113)的两端均设置有多个开孔(230);所述隔板Ⅰ(111)上的开孔(230)对应设置有流道(240)。
4.如权利要求1所述的粘胶纤维硫酸钠废液多级处理系统,其特征在于:1对膜片对应设置有一个盐室(115)、一个酸室(116)和一个碱室(117);一个盐室(115)对应一个盐水进口通道(171)和一个盐水出口通道(201);一个酸室(116)对应一个酸水进口通道(181)和一个酸水出口通道(211);一个碱室(117)对应一个碱水进口通道(191)和一个碱水出口通道(221)。
5.如权利要求1所述的粘胶纤维硫酸钠废液多级处理系统,其特征在于:所述双极膜(114)的膜电压为1.2V;水分解效率≥98%;破裂强度≥0.4Mpa;厚度为0.22mm。
6.如权利要求1所述的粘胶纤维硫酸钠废液多级处理系统,其特征在于:阳膜(113)为强酸性阳膜(113);膜阻抗为1.9Ωcm²;破裂强度大于0.35 Mpa;厚度为0.15mm。
7.如权利要求1所述的粘胶纤维硫酸钠废液多级处理系统,其特征在于:阴膜(112)为弱碱性阴膜(112);膜阻抗为2.6Ωcm²;破裂强度大于0.15 Mpa;厚度为0.11mm。
8.如权利要求1所述的粘胶纤维硫酸钠废液多级处理系统,其特征在于:所述硫酸钠循环罐(2)、硫酸循环罐(3)、氢氧化钠循环罐(4)、极水罐(1)均为循环罐,循环罐包括罐体(10),还包括隔板Ⅱ(13)、上横板(20)和下横板(15),隔板Ⅱ(13)与罐体(10)的顶面和侧面连接,且与底面形成通道一(18),隔板Ⅱ(13)的一面与罐体(10)的侧面形成一个回流腔(19),另一面与罐体(10)的侧面形成一个混合腔(14),回流腔(19)设置有回流口(11)和溢流口(21),溢流口(21)的下方设置上横板(20),混合腔(14)设置有进口(12)和出口(16),出口(16)的下方设置下横板(15);所述上横板(20)为半圆环形,所述上横板(20)固定连接在隔板Ⅱ(13)和罐体(10)的侧面上,且与隔板Ⅱ(13)形成通道二(22);所述下横板(15)为半圆环形,所述下横板(15)固定连接在隔板Ⅱ(13)和罐体(10)的侧面上,且与隔板Ⅱ(13)形成通道三(17)。
9.如权利要求1所述的粘胶纤维硫酸钠废液多级处理系统,其特征在于:所述硫酸钠循环罐(2)、硫酸循环罐(3)、氢氧化钠循环罐(4)和极水罐(1)分别依次通过循环泵(23)、过滤器(24)、降温装置(25)进入至膜堆(5)的进口;所述硫酸钠循环罐(2)、硫酸循环罐(3)、氢氧化钠循环罐(4)和极水罐(1)在进入膜堆(5)的进口之前还设置有进阀门和压力变送器;所述过滤器(24)内部滤芯的孔径为25~50μm;所述过滤器(24)的两端还设置有压力变送器;
所述降温装置(25)的出口端还设置有温度计;所述膜堆(5)的出口处设置有出阀门和电导率仪。
说明书 :
一种粘胶纤维硫酸钠废液多级处理系统
技术领域
背景技术
副反应生成的Na2CS3、多硫化合物等副反应产物均会与凝固浴中的硫酸反应生成硫酸钠。粘
胶纤维生产中包括消耗硫酸的酸浴工序,还包括消耗氢氧化钠的浆粕浸渍工序、碱纤维素
磺酸酯溶解工序、废气吸收工序、精练压洗工序和酸水中和处理工序。
低硫酸的离解度,使丝束在离开凝固浴时仍具有一定的剩余酯化度,但凝固浴中的硫酸钠
也不宜过高,否则会使纤维凝固过速,不能形成微细结构,而生成粗大的结晶粒子,纤维的
内外层也不均一。
加而无法储存,只能定时定量的将凝固浴排放,其中的酸、盐、金属离子等将引起严重的环
境污染、给污水处理带来巨大的压力并且造成资源的巨大浪费。而将酸浴中多余的硫酸钠
进行高温结晶,分离出硫酸钠晶体,使酸浴中的硫酸钠的含量符合工艺要求,不需每天排掉
酸来平衡酸浴,通过加料后直接供纺丝车间继续使用,可减少排酸,产出元明粉,降低环保
压力,但是由于凝固浴中硫酸钠高温结晶生产出来的元明粉含杂质多、本身附加值低使得
其并不能产生经济效益,大量的固体盐无法处理,仍然给环保带来了一定的压力。
作用下,双极膜可将水离解,在膜两侧分别得到氢离子和氢氧根离子。利用这一特点,将双
极膜与其他阴阳离子交换膜组合成的双极膜电渗析系统,能够在不引入新组分的情况下将
水溶液中的盐转化为对应的酸和碱,这种技术称为双极膜电渗析技术。与传统工艺相比,双
极膜电渗析技术具有高效节能、环境友好、操作便捷等突出技术优势。近年来,双极膜电渗
析技术技术在研究及应用两方面均获得了快速发展,膜制备技术和操作参数优化不断取得
新的进步,应用范围从化工领域的脱盐和酸碱制备、生物领域的蛋白和氨基酸提纯拓展到
环保领域中工业废水的纯化、浓缩、高纯水制备等领域,在传统化工分离工艺的更新改造、
发展清洁生产和循环经济过程中扮演着日益重要的角色。
双极膜仅是由两片阴阳离子交换膜直接压制,性能很差,水分解电压比理论压降高几十倍,
应用研究还处在以水解离为基础的实验室阶段;第二阶段从20 世纪80 年代初至90年代
初,由于双极膜制备技术的改进,成功地研制了单片型双极膜,其性能大大提高,已经在制
酸碱和脱硫技术中得到了成功应用,这一阶段出现了商品双极膜。从20 世纪90 年代初至
今,是双极膜迅速发展的时期,随着对双极膜工作过程机理的深入研究,从膜结构、膜材料
和制备过程上进行了重大改进,使双极膜的性能有了较大提高,其中主要是对阴膜和阳膜
接触界面的改进,从最初简单的“压层型”或“涂层型”结构到20 世纪80 年代初开始出现的
“单片型”结构,随后又出现带有中间“催化层”的复杂结构,大大降低了膜电压。
的技术难题带入新的生机和活力,同时为解决人类面临的环境、资源、能源等问题提供了有
效手段。
膜电渗析装置生产硫酸和氢氧化钠的方法,该方法是将硫酸钠溶液注入到阴离子选择膜和
阳离子选择膜形成的隔室中,将水注入到双极膜与阴离子选择膜、阳离子选择膜形成的隔
室中,在直流电场力作用下,在阳离子选择膜与双极膜面向阳极的阴离子选择面形成的隔
室和/或阳离子选择膜与阴极形成的隔室中得到氢氧化钠,在阴离子选择膜与双极膜面向
阴极的阳离子选择面形成的隔室和/或阴离子选择膜与阳极形成的隔室中得到硫酸。本发
明采用的方法能够重新利用硫酸钠废液,生产出可以二次利用的硫酸和氢氧化钠,使其变
废为宝,具有显著的经济效益和环境效益。
置之前的预处理步骤,会导致膜装置内的流道堵塞、膜电阻增加、再生酸碱能力降低,并且
设备使用寿命短。
粘胶纤维硫酸钠废液采用双极膜电渗析法回收酸碱的系统,包括双极膜电渗析膜组器,硫
酸回收管道和碱回收管道,还包括预处理装置和蒸发浓缩装置,所述预处理装置的出液端
与双极膜电渗析膜组器的进液端连通,所述双极膜电渗析膜组器的出硫酸端与蒸发浓缩装
置的进硫酸端连通,出碱端与蒸发浓缩装置的进碱端连通,所述蒸发浓缩装置的出硫酸端
与出碱端分别与硫酸回收管道与碱回收管道连通。
发明内容
废液闭环处理,实现零排放。
征在于:所述硫酸钠循环罐、硫酸循环罐、氢氧化钠循环罐分别与同一膜堆经不同进出口形
成独立循环的通道且构成一级处理装置;所述硫酸钠循环罐、硫酸循环罐、氢氧化钠循环罐
再分别通过各自的管道与下一级的硫酸钠循环罐、硫酸循环罐、氢氧化钠循环罐分别进行
连接,且下一级的硫酸钠循环罐的进口与上一级硫酸钠循环罐的出口连接,且下一级的硫
酸循环罐和氢氧化钠循环罐的出口分别与上一级的硫酸循环罐和氢氧化钠循环罐的进口
连接;第一级处理装置中的硫酸循环罐、氢氧化钠循环罐又分别与硫酸成品箱和氢氧化钠
成品箱连通;所述的处理装置至少两级以上。
正极,另一个极板通过电源接口连接电源负极。
连接,每一级的极水进口和极水出口均设置在该级处理装置的极板上。
水出口,在隔板内部形成盐水出口通道、酸水出口通道和碱水出口通道。
通过流道进入膜片之间。
+
口通道移动。盐室两侧为阳膜和阴膜, Na穿过阳膜,SO4²¯穿过阴膜,穿过盐室的盐浓度降
低。然后与盐水出口通道连接。
+
从隔板的酸水进口通道向隔板的酸水出口移动。酸室两侧为双极膜和阴膜, H穿过双极膜
阳膜,SO4²¯穿过阴膜,穿过酸室的酸浓度升高。然后与酸水出口通道连接。
+
从隔板的碱水进口通道向隔板的碱水出口通道移动。碱室两侧为阳膜和双极膜, Na穿过
阳膜,OH¯穿过双极膜阴膜,穿过碱室的碱浓度升高。然后与碱水出口通道连接。
1200mm*420mm,其有效面积0.5m,其有效面积占比66.67%。
板的一面与罐体的侧面形成一个回流腔,另一面与罐体的侧面形成一个混合腔,回流腔设
置有回流口和溢流口,溢流口的下方设置上横板,混合腔设置有进口和出口,出口的下方设
置下横板。
新物料混合,可提高出料口位置盐水浓度,从而提高电渗析效率。
效率。
部,硫酸钠和水被分解,生成硫酸和氢氧化钠,因此物料经过膜堆后,盐水循环回流浓度会
降低,酸、碱循环回流浓度会升高,物料回流至循环罐内时与补进的新物料造成返混,造成
硫酸钠浓度降低,硫酸和氢氧化钠浓度增加,反应速度降低,造成膜堆运行效率不高,因此
将循环罐内部进行分割,使循环回流物料优先溢流,再在特定区域混合,减少物料返混程
度,提高运行效率。
罐的压力一致,减少压力不一致对膜片的损伤。
动,控制了膜堆的进水温度可间接控制出水温度。
~15Mpa。
氢氧化钠溶液。
再形成逐级连通的通路。本发明中,硫酸钠溶液的浓度经过膜堆处理后浓度减小,且逐级运
行后其浓度也减小。硫酸溶液和氢氧化钠溶液的浓度经过膜堆处理后浓度升高,且逐级运
行后其浓度也升高。本发明能够生产得到浓度更高的硫酸和氢氧化钠,降低了硫酸和氢氧
化钠中硫酸钠的浓度,返回至生产过程后对粘胶质量影响小。
附图说明
进口,200盐水出口,210、酸水出口,220碱水出口,171、盐水进口通道,181、酸水进口通道,
191、碱水进口通道, 201盐水出口通道,211、酸水出口通道,221、碱水出口通道,230、开孔,
240、流道,115、盐室,116、酸室,117、碱室,250、压紧板,260、紧固螺栓,270、机架,280、机架
梁,290、油压机活塞柱,10、罐体,11、回流口,12、进口,13、隔板、14、混合腔,15、下横板,16、
出口,17、通道三,18、通道一,19、回流腔,20、上横板,21、溢流口,22、通道二,23、循环泵,
24、过滤器,25、降温装置, 31、硫酸成品箱,32、氢氧化钠成品箱。
具体实施方式
5,其特征在于:所述硫酸钠循环罐2、硫酸循环罐33、氢氧化钠循环罐4分别与同一膜堆5经
不同进出口16形成独立循环的通道且构成一级处理装置;所述硫酸钠循环罐2、硫酸循环罐
33、氢氧化钠循环罐4再分别通过各自的管道与下一级的硫酸钠循环罐2、硫酸循环罐33、氢
氧化钠循环罐4分别进行连接,且下一级的硫酸钠循环罐2的进口12与上一级硫酸钠循环罐
2的出口16连接,且下一级的硫酸循环罐33和氢氧化钠循环罐4的出口16分别与上一级的硫
酸循环罐33和氢氧化钠循环罐4的进口12连接;第一级处理装置中的硫酸循环罐33、氢氧化
钠循环罐4又分别与硫酸成品箱 31和氢氧化钠成品箱32连通;所述的处理装置至少两级以
上。
环罐4、极水罐1的压力一致,减少压力不一致对膜片的损伤。
有波动,控制了膜堆5的进水温度可间接控制出水温度。
紧贴设置。压紧板250的压力为12~15Mpa。
电的氢氧化钠溶液。
流腔19,另一面与罐体10的侧面形成一个混合腔14,所述回流腔19设置有回流口11和溢流
口21,所述溢流口21的下方设置上横板20,所述混合腔14设置有进料口和出口16,所述出口
16的下方设置下横板15。
边与隔板13固定连接。
边与隔板13固定连接。
内部,硫酸钠和水被分解,生成硫酸和氢氧化钠,因此物料经过膜堆5后,盐水循环回流浓度
会降低,酸、碱循环回流浓度会升高,物料回流至循环罐内时与补进的新物料造成返混,造
成物料(硫酸钠)浓度降低、产物(硫酸、氢氧化钠)浓度增加,反应速度降低,造成膜堆5运行
效率不高,因此将循环罐内部进行分割,使循环回流物料优先溢流,再在特定区域混合,减
少物料返混程度,提高运行效率。
断补加物料,且回流物料不断回流,液位升高,高于溢流口21便从溢流口21溢流至成品罐。
的循环罐一、回收酸的循环罐二和回收碱的循环罐三,如图1所示,
(即补水量不变)混合后浓度为:
(16.94+3.06)=67.76g/l。
度盐水或高浓度酸碱溢流后在通过隔板13导流,在图示所示出料口位置与补加物料混合,
可提高出料口位置盐水浓度或降低出料口位置酸碱浓度,从而提高电渗析效率。
5,其特征在于:所述硫酸钠循环罐2、硫酸循环罐33、氢氧化钠循环罐4分别与同一膜堆5经
不同进出口16形成独立循环的通道且构成一级处理装置;所述硫酸钠循环罐2、硫酸循环罐
33、氢氧化钠循环罐4再分别通过各自的管道与下一级的硫酸钠循环罐2、硫酸循环罐33、氢
氧化钠循环罐4分别进行连接,且下一级的硫酸钠循环罐2的进口12与上一级硫酸钠循环罐
2的出口16连接,且下一级的硫酸循环罐33和氢氧化钠循环罐4的出口16分别与上一级的硫
酸循环罐33和氢氧化钠循环罐4的进口12连接;第一级处理装置中的硫酸循环罐33、氢氧化
钠循环罐4又分别与硫酸成品箱 31和氢氧化钠成品箱32连通;所述的处理装置至少两级以
上。
低至180盐水进口g/l,以5m³/h的流量溢流至二级盐循环罐,经过二级后,盐水浓度降低至
100g/l,以5m³/h的流量溢流至三级盐循环罐,经过三级后,盐水浓度降低至50g/l,以5m³/h
的流量溢流至稀盐罐或下一级盐循环罐。
的硫酸循环罐3中。二级制备的酸的出料流量为2~11m /h,浓度为35~150g/L,回流至一级
的硫酸循环罐3中。一级制备得到的成品酸的出料流量为2~11m3/h,浓度为45~160g/L,一
级硫酸循环罐3连接酸成品箱。
g /L,回流至一级的氢氧化钠循环罐4中。一级制备得到的成品碱的出料流量为1.7~
10.1m3/h,浓度为45~160 g /L,一级氢氧化钠循环罐4连接碱成品箱。
个极板130通过电源接口140连接电源正极,另一个极板130通过电源接口140连接电源负
极。
水出口16连接,每一级的极水进口12和极水出口16均设置在该级处理装置的极板130上。
水出口16、酸水出口210和碱水出口16,在隔板13内部形成盐水出口16通道、酸水出口通道
211和碱水出口通道221。
水、碱水和盐水通过流道240进入膜片之间。
道240。
口12通道向隔板13的盐水出口16通道移动。盐室115两侧为阳膜和阴膜, Na+穿过阳膜,SO4
²¯穿过阴膜,穿过盐室115的盐浓度降低。然后与盐水出口16通道连接。
过与开孔230连接的酸流道240,从隔板13的酸水进口12通道向隔板13的酸水出口210移动。
酸室116两侧为双极膜和阴膜, H+穿过双极膜阳膜,SO4²¯穿过阴膜,穿过酸室116的酸浓
度升高。然后与酸水出口通道211连接。
过与开孔230连接的碱流道240,从隔板13的碱水进口12通道向隔板13的碱水出口通道221
移动。碱室117两侧为阳膜和双极膜, Na+穿过阳膜,OH¯穿过双极膜阴膜,穿过碱室117的
碱浓度升高。然后与碱水出口通道221连接。
1200mm*420mm,其有效面积0.5m,其有效面积占比66.67%。
环罐4、极水罐1的压力一致,减少压力不一致对膜片的损伤。
有波动,控制了膜堆5的进水温度可间接控制出水温度。
电的氢氧化钠溶液。
5;三级盐循环罐、三级酸循环罐、三级碱循环罐对应设置有三个膜堆5,依次为三级膜堆5Ⅰ、
三级膜堆5Ⅱ和三级膜堆5Ⅲ;二级盐循环罐、二级酸循环罐、二级碱循环罐对应设置有二个
膜堆5,依次为二级膜堆5Ⅰ和二级膜堆5Ⅱ;一级盐循环罐、一级酸循环罐、一级碱循环罐对
应设置有一个膜堆5,为一级膜堆5。
向三级酸循环罐补充除盐水,除盐水的流量为4.0~14.3m³/h;从三级膜堆5Ⅰ、三级膜堆5Ⅱ
和三级膜堆5Ⅲ出来的酸的浓度为45~160g/L,流量为4.0~14.3m³/h。向三级碱循环罐补
充除盐水,除盐水的流量为4.0~14.3m³/h;从三级膜堆5Ⅰ、三级膜堆5Ⅱ和三级膜堆5Ⅲ出
来的碱的浓度为45~160g/L,流量为4.6~16.6m³/h。
补充除盐水,除盐水的流量为2.8~10.1m³/h;从二级膜堆5Ⅰ和二级膜堆5Ⅱ出来的酸的浓
度为45~160g/L,流量为2.8~10.1m³/h。向二级碱循环罐补充除盐水,除盐水的流量为2.8
~10.1m³/h;从二级膜堆5Ⅰ和二级膜堆5Ⅱ出来的碱的浓度为45~160g/L,流量为2.8~
10.1m³/h。
流量为1.1~4.0m³/h;从一级膜堆5出来的酸的浓度为45~160g/L,流量为1.1~4.0m³/h。
向一级碱循环罐补充除盐水,除盐水的流量为1.3~4.6m³/h;从一级膜堆5出来的碱的浓度
为45~160g/L,流量为1.3~4.6m³/h。
利用盐水。