甘蔗糖蜜酒精生产废液浓缩污垢分析及控制方案

甘蔗糖蜜酒精生产废液是一种难以处理的工业废水。多效闪蒸浓缩法是目前较多采用的处理方法。废液浓缩工艺中,物料在高温负压条件下会产生大量污垢附着于换热设备表面,难以清洗。积垢问题影响传热、阻碍流体流动,导致了生产成本的增加,还会导致换热器局部过热、腐蚀损伤设备。本文对污垢进行了成分测定,晶相分析;通过模拟实验研究了浓缩处理中污垢的生成机理;采用除垢与阻垢相结合的多种方法进行了实验室试验,提出了污垢控制的可行方案。其研究结果如下:
　　(1)通过化学滴定分析法确定污垢的主要成分为无机难溶性盐,主要为钙盐和硫酸盐,碳酸钙、硅酸盐等其他金属盐所占比例极少,此外还有有机物成分、胶体粒子等。通过带能谱的电镜扫描观察到污垢的典型晶型为表面光滑的斜立方体,测定其元素主要构成为 S、O、Ca,通过计算钙硫摩尔比(Ca:S)约为1确定了污垢的主要成分是CaSO4。
　　(2)1＃换热器中换热面温度高达115℃,测得此处的灰分含量较低,硫酸盐占绝大部分,观察其污垢晶型发现晶型较小较密、不规则、表面粗糙、有聚结现象,能谱图表明此时晶体元素有S、Ca、O、K,钾盐易溶,其主要来源为沉积的酵母细胞。测得废液的表观污垢值较大表明此处有大量污垢产生,测得表观热解污垢值较高表明此处有相当一部分的有机物处于悬浮状态可在重力条件下沉积,现场调研发现换热面上有结焦现象,推测其高温破坏了废液物料中的有机物及大胶体粒子的稳定状态,有机物、大分子的胶体物质的聚结使悬浮的硫酸钙小晶体失去稳定沉积为垢,有机物遇热变性结焦于换热面导致此时的污垢致密不易清除。2＃换热器中为100℃,温度下降,硫酸钙过饱和度升高,促进晶型的生长。通过电镜图和能谱图我们可以观察到硫酸钙的两种不同晶型状态。有机物被破坏后,对硫酸钙晶体颗粒的分散悬浮作用消失,所以在2＃换热器中主要为硫酸钙晶体析出。测定3＃换热器中废液的表观污垢值、表观热解污垢值表明此时能在重力条件下析出的污垢值减少,表观热稳污垢值所代表的无机物比例有所上升,测定其污垢的化学成分表明此时有多种无机盐析出,此时晶体较大,表面光滑、晶型疏松,废液中各种金属盐的晶体发育、混晶析出形成污垢,此时的污垢的性状表现为结构松散,沉积量少,易清除。
　　(3)相比于静置除垢法,离心除垢法效果较明显。单一的化学阻垢剂阻垢实验中,最适添加量分别为1号化学阻垢剂和3号化学阻垢剂50mg?L-1,4号化学阻垢剂25mg?L-1。将化学阻垢剂进行最适添加量1:1:1进行复配,进行正交试验优化其环境因素,得到最佳条件为:温度70℃,搅拌速度120 r?min-1,作用时间40min,此时污垢控制率达到了33.4％。超声波阻垢实验作用时间为40min时,频率为120Hz的条件下其阻垢效果最好,污垢控制率达到了20.2%。
　　(4)本文对F厂的脉冲沉淀装置进行阻垢效果评价,脉冲沉淀装置的阻垢效果为26.47%。对F厂脉冲沉淀装置中添加的聚铝复合絮凝剂进行实验分析。研究发现,絮凝剂过量残留会对后续阻垢实验造成影响,要严格控制絮凝剂的添加量。实验表明,絮凝剂的添加量为6ppm时实验室阻垢效果最好,污垢控制率达到36.23%。絮凝剂的添加量超过6ppm时,会抑制污垢控制效果。
　　(5)制定综合污垢控制方案为“先除垢后阻垢”,即添加絮凝剂离心除垢→化学复合阻垢剂阻垢→超声波阻垢,污垢控制率可达到39.82%。