精餾塔在不飽和聚酯樹脂廢水處理環節的應用

＊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年代實現工業化的。1966年常州建材253廠引進英國Scott-Bader公司的工藝與設備，推動了我國不飽和聚酯樹脂和玻璃鋼工業的發展。進入21世紀，我國不飽和聚酯樹脂工業則開始飛速發展[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生縮聚反應而生成的聚合物。其分子結構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。它可用適當的引發劑引發交聯反應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[2]

這種反應為官能度2:2的反應。一般來說2:2聚合反應除少數情況產生環狀化合物外，大多數產生長鏈型大分子，并在聚合反應過程中排出水或其他副產物。

(2)不飽和聚酯樹脂反應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排出廢水COD為20000～150000mg/L。

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

表1 廢水COD及GS-MS分析結果[3]

2.廢水通過精餾塔處理的概況

(1)精餾系統工作原理簡述[4]

在日常的化工生產當中，精餾操作是分離互溶液體混合物的最典型操作單元，這類操作的實質就是分多個級別的蒸餾，在壓力一定的情況下，依據液體混合物各物質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)精餾系統設備組成

精餾過程中的主要設備有：精餾塔、再沸器、冷凝器、預熱器、回流罐和輸送設備等。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，一部分作為塔頂產品（也叫餾出液），另一部分被送入塔內作為回流液。回流液的目的是補充塔板上的輕組分，使塔板上的液體組成保持穩定，保證精餾操作連續穩定地進行。而重組分在提留段中濃縮后，一部分作為塔釜產品（也叫殘液），為精餾操作提供一定量連續上升的蒸氣氣流。

圖2 精餾塔結構示意[5]

圖3 現實中精餾塔照片[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廢水集中收集到指定的儲罐內等待精餾處理。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點工藝參數和操作規程如下：

①檢查各設備及閥門狀態。

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節閥，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，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當再沸器經過加熱塔內溫度上升后，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，根據重組分取樣比色情況來定，采出量根據再沸器液位情況來調整。

⑦當系統運行正常后,逐步提升廢水進料流量。

⑧工藝參數控制：

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（根據具體情況調整）；

再沸器液位：230～260cm；

重組分采出量：100L/h（根據具體情況調整）；

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.精餾系統投資總額與經濟效益分析

(1)廢水精餾系統投資明細

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

(2)精餾系統運行成本分析

主成本構成：①設備折舊：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年運行成本約為98.5萬元。

(3)經濟效益分析

以年產6萬噸不飽和聚酯樹脂生產線為例，反應收率取94%，反應出水量約為3800噸（60000÷0.94-60000）。可回收的重組分濃縮液量約為456噸（3800×0.12）。將回收的重組分濃縮液用于生產不飽和聚酯樹脂，經過多次試驗，產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。經過多次生產收率計算，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，實際創造的經濟效益為171.5萬元（270-98.5）。廢水經處理后，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，減輕了企業的環保壓力。

4.總結

不飽和聚酯樹脂生產廢水經過精餾處理，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，大幅降低廢水后續處理難度。精餾回收重組分濃縮液COD約為1000000mg/L，可用于生產不飽和聚酯樹脂，且性能良好，產品投入市場后客戶非常認可，為企業帶來了非常可觀的經濟效益。同時，企業生產的“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進步獎。精餾塔在不飽和聚酯樹脂廢水處理環節的應用，非常符合國家提倡的“環保經濟、循環經濟”政策，也是受政府鼓勵的科研項目，利國利民。