 |
Физико-химические основы процесса
|
|
|
|
Жидкостная экстракция применяется для очистки производствен- ных сточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, анилин, ионы металлов и др. при относительно высоком их содержа- нии, что позволяет компенсировать затраты на извлечение. Для боль- шинства продуктов применение экстракции целесообразно при кон- центрации их выше 3-4 г/л.
Наиболее широко методы экстракции используются для очистки сточных вод предприятий по термической переработке твердых топлив (каменного и бурых углей, сланцев, торфа), содержащих значительное количество фенолов. Эффективность извлечения фенолов из сточных вод достигает 92-98 %.
Экстракционный метод основан на распределении загрязняю- щего вещества между взаимонерастворимыми жидкостями соответст- венно его растворимости в них. Извлеченное вещество распределяется между водой и добавленным растворителем согласно закону равновес- ного распределения:
Кр = Сэ/Св,
где Сэ и Св - концентрации извлекаемого вещества соответственно в экстраген- те и в воде при установившемся равновесии.
Коэффициент распределения Кр характеризует динамическое рав- новесие при экстракции и зависит от природы компонентов системы, наличия примесей в воде и экстрагенте и температуры.
При достижении равновесия концентрация экстрагируемого вещества в экстрагенте значительно выше, чем в сточной воде. Скон- центрированное в экстрагенте вещество отделяется от растворителя и может быть утилизировано. Экстрагент после этого возвращается в технологический процесс очистки.
В ряде случаев процесс экстракции усложняется вследствие хи- мической реакции, протекающей в объеме или на поверхности раздела фаз, в результате чего молекулы растворенного вещества реагируют с компонентами растворителя. Химическая реакция приводит к образо-
|
|
|
ванию новых химических соединений, влияет на скорость экстракции. Это, например, имеет место при экстрагировании кислых органических соединений - уксусной и бензойной кислот, фенола из водных раство- ров.
В качестве экстрагентов для извлечения примесей из воды ис- пользуют различные органические растворители: простые и сложные эфиры (бутил- и изобутилацетаты, диизопропиловый и диэтиловый эфиры), спирты, четыреххлористый углерод, бензол, толуол, хлорбен- зол. Применяется экстракция смесью растворителей. В качестве экст- рагентов экономически выгодно использовать различные технические продукты и отходы производства.
К экстрагенту для очистки сточных вод предъявляются следую- щие требования: высокий коэффициент распределения, селективность, он должен иметь наибольшую растворяющую способность по отноше- нию к извлекаемому компоненту и низкую растворимость в воде, зна- чительно отличаться по плотности от плотности воды, иметь большую разницу в температурах кипения с экстрагируемым веществом, не взаимодействовать с экстрагируемым веществом, быть безвредным, взрыво- и огнебезопасным, не вызывать коррозию материалов аппара- та, иметь низкую стоимость.
Методы экстрагирования
Очистка сточных вод экстракцией состоит из нескольких стадий: смешение сточной воды с органическим экстрагентом, разделение об- разующихся жидких фаз, регенерация экстрагента из экстракта и ра- фината.
Методы экстрагирования по способу контакта экстрагента и сточной воды подразделяются на перекрестноточные (одно- и много- кратная обработка воды свежими порциями экстрагента), ступенчато- противоточные (перемешивание воды и экстрагента в ряде аппаратов, работающих по принципу противотока) и непрерывно-противоточные (перемешивание воды и экстрагента в одном аппарате по принципу противотока с последующим разделением). Практическое применение получили два последних метода.
|
|
|
При многоступенчатой перекрестноточной схеме процесс проис- ходит в статических условиях, требует большого расхода экстрагента, поэтому неэкономичен и в практике водоочистки не применяется. При ступенчато-противоточной экстракции (рис.14.14.а) вода и экстрагент движутся навстречу друг другу, при этом достигается высокая эффек-
тивность очистки. Каждая ступень включает смеситель фаз и отстой- ник для их гравитационного разделения.
 |
Рис.14.14. Схемы экстракции: а - ступенчато-противоточная; б - непре- рывно-противоточная
1 - смеситель; 2 - отстойник; 3 - колонна
Конечная концентрация экстрагируемого вещества в воде может быть определена из уравнения материального баланса:
СнQ = CкQ + CэW.
Отсюда, учитывая, что К=Сэ/Ск:
Cк = Сн/( 1 + вКр)n,
где Сн и Ск соответственно начальная и конечная концентрация извлека емого вещества в воде; n - число ступеней экстракции; в=W/Q - удельный расход экс- трагента, равный отношению объема экстрагента W к объему воды Q.
При непрерывно-противоточной экстракции (рис.14.14.б) вода и экстрагент движутся навстречу друг другу в одном аппарате, обеспе- чивающем диспергирование экстрагента в воде, при этом примеси сточной воды непрерывно переходят в экстрагент. Удельный расход экстрагента составит:
в = Сн - Ск.
КрСн
Применение противоточных экстракционных колонн непре- рывного действия целесообразно при многоступенчатой экстракции.
|
|
|
