一、技术背景

工业废水概述：工业高浓度有机废水指COD达2000mg/L以上的废水，主要包括石油/化工、焦化、制药、纺织/印染废水等行业。这些废水中的有机物具有可回收的价值，其特点如下：

1、有机物浓度高；

2、成分复杂；

3、色度高；

4、强酸碱性。

所以，研究符合节能、增效、环保理念的大规模工业化处理高浓度有机废水的工艺技术是未来的发展趋势。

精馏工艺能够分离出废水中各种组分，得到生产需求的目标产品， 且精馏装置占地面积小，投资费用低，操作简单，且处理过程无污染排放，符合节能、增效、环保的理念。精馏工艺现场如图1所示。

图1 精馏工艺现场

二、技术原理

（一）精馏技术简介

精馏是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法。

精馏是分离液体混合物最常用、最早实现工业化的单元操作，其原理是通过加热液体混合物产生气、液两相体系，利用混合物中各组分的挥发度之间的差异实现组分的分离与提纯的操作过程。广泛应用于化工、石油、生物、医药、食品、环保等领域。精馏工艺示意如图2所示，精馏塔系统结构分析如图3和图4所示。

图2 精馏工艺示意

图3 精馏塔系统结构分析

图4 精馏塔系统结构分析

（二）精馏流程模拟与优化

最新版本的流程模拟软件Aspen V10模拟精馏过程，使模拟数据更加真实，模拟结果更为可靠 ，用于精馏过程的稳态模拟、动态模拟，并且对工艺过程进行能量分析以及能量耦合，合理优化工艺过程，为工程计算提供技术支持。精馏流程模拟与能量分析如图5所示。

图5 精馏流程模拟与能量分析

（三）计算流体力学

计算流体力学 （ ComputationalFluid Dynamics，简称CFD）是流体力学的一个分支，是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和传热等相关物理现象的系统所做的分析。计算流体力学涉及计算机科学、流体力学、偏微分方程的数值计算、计算几何、数值分析等科学，如图6所示。

图6 计算流体力学模型建立

在精馏技术应用与研究过程中，计算流体力学主要用于模拟精馏塔内的流体流动状况，塔内件的结构改进等，如图7所示。

常用的商用流程模拟软件有PHOENICS软 件、 FLUENT软件、 CFX软件和STAR-CD 软件等。

图7 模拟精馏塔内的流体流动状况

（四）三维立体可视化

在精馏工程设计过程中采用三维立体可视，可直观看到设备、管道、仪表等布置，方便在进行精馏设计时工程人员对结构的分析和设计，自动对尺寸进行冲突检验，尺寸冲突时，软件会提醒设计人员修改，修改后， 马上就可以直观地看到重建后的三维图形。三维立体可视化画面如图8所示，

图8 三维立体可视化画面

（五）研究方法与平台

1、小试平台的搭建，如图9所示；

图9 小试平台的搭建

2、计算：采用Aspen Plus 、Pro-II、CFD软件 (fluent) 等进行计算与优化；

3、经过计算优化及其验证后，将以上研究方法与平台搭建应用到实际的生产装置，如图10所示。

图10 实际生产装置现场