CWL-N高效萃取設備萃取脫酚體系液液相平衡關系的研究

CWL-N高效萃取設備萃取脫酚體系液液相平衡關系的研究

1液液相平衡關系的重要性

????萃取過程的本質是一個多種組分構成的多相平衡(兩相平衡)的過程。萃取脫酚過程，實質上是被萃取物質(酚類物質)從水相向有萃取溶劑相傳遞的過程。酚類物質從水相傳遞到溶劑相的極限，就是達到萃取平衡。當萃取達到平衡時，水相和萃取溶劑相中的被萃取物質(酚類物質)濃度之間存在一定的關系。

液液相平衡就是描述萃取達到平衡時，被萃取物質在兩相中的分配關系。它決定萃取過程的方向，推動力的大小和傳遞過程的極限。同時，液液相平衡關系是進行萃取過程計算和分析過程影響因素的基本依據(jù)之一。在選定萃取劑之后，必須對酚類物質在水相和萃取相的液液相平衡關系進行研究，為萃取工藝流程設計和設備設計計算提供基礎。（CWL-N高效萃取設備萃取脫酚體系液液相平衡關系的研究）

2液液相平衡關系的表達方法

????液液相平衡關系的表達主要有萃取分配系數(shù)、萃取平衡線和活度系數(shù)模型等方法。

????(1)萃取分配系數(shù)

????萃取分配系數(shù)是表達液液相平衡關系的最簡單的方法，它是當兩個液相達到平衡后，被萃取物質在萃取相和水相中的濃度之比，表達了某一組分在兩個平衡液相中的分配關系。分配系數(shù)越大，則萃取分離的效果越好。分配系數(shù)隨萃取溫度和被萃取物質的濃度而變。只有在一定被萃取物質的組成范圍內溫度變化不大或恒溫條件下的分配系數(shù)才可近似視作常數(shù)。因此，分配系數(shù)只能用來粗略計算萃取效果，不能用來進行萃取工藝設計和計算。（CWL-N高效萃取設備萃取脫酚體系液液相平衡關系的研究）

??????(2)萃取平衡線

????萃取平衡線是將被萃取物質的兩相平衡關系用一般直角坐標系表示時所得到的萃取平衡分配曲線，也稱萃取等溫線。與萃取分配系數(shù)相比，它能直觀地表示萃取平衡關系隨被萃取物質的濃度的變化，對不互溶或基本上不互溶的兩相萃取體系的平衡關系的表示較為方便，常用于萃取過程的化工計算中。

??????(3)活度系數(shù)模型

????當分配的被萃取物質濃度較大或油一水兩相的互溶度較大時，萃取過程的工藝設計就必須基于嚴格的液液相平衡計算。目前應用最普遍的方法就是活度系數(shù)模型，它是通過測定液液相平衡數(shù)據(jù)，結合熱力學模型，計算出活度系數(shù)，再由選定的活度系數(shù)模型擬合出活度系數(shù)模型參數(shù)。（CWL-N高效萃取設備萃取脫酚體系液液相平衡關系的研究）

????根據(jù)熱力學基本原理，在等溫等壓的條件下，當兩相達到平衡后，體系的Gibbs自由能變化應為零，即

按照Gibbs-Duhem定律，可以得到:

?

其中，n，是體系中組分1的物質的量含量;μi是組分i的化學勢。由以上兩個方程式很容易導出:

?

????忽略分離物質和萃取劑之間的化學反應，且假定被萃取物質在兩相中的形態(tài)相同，則可以得到

?

所以，存在以下關系

式中從μi0(W)和從μi0(o)分別表示被萃取溶質Z在料液相和萃取相中的化學位?；瘜W位與溶質活度a，的關系為

?

式中μi0(W)和μi0(o)分別為被萃取溶質‘在料液相和萃取相中的標準化學位;R為氣體常數(shù)T為熱力學溫度(K)由于被萃取溶質在兩相中的形態(tài)一致，故有叫μi0(W)=μi0(o)由式(1-8)即和(1-9)可知被萃取溶質在兩相中的活度相等

?

由活度定義可知ai?- xiyi，其中xi為被萃取溶質i的摩爾分數(shù);Yi為被萃取溶質的活度系數(shù)，則有

?

由于分配系數(shù)D，等于被萃取溶質1在兩相中平衡濃度之比，因此

?

由此可見，在萃取過程中，萃取分配系數(shù)可以直接由被萃取溶質在兩相中活度系數(shù)的計算而得到。用活度系數(shù)模型來描述液液相平衡關系，不僅能表達一種溶質在不同濃度下的相平衡關系，還能同時表達多溶質體系的相平衡分配關系。目前常用于液液相平衡計算的活度系數(shù)模型主要有NRTL模型和UNIQUAC模型。（CWL-N高效萃取設備萃取脫酚體系液液相???衡關系的研究）

????本論文以某煤氣化廠高濃度含酚廢水為研究對象，針對目前萃取脫酚工藝不足，處理后廢水的酚濃度依然很高，經(jīng)生化處理后無法達到外排標準的這一系列難題，對煤氣化廢水萃取脫酚工藝進行研究，開發(fā)出合適的煤氣化廢水的萃取脫酚工藝流程，以期將廢水中的酚類物質濃度降低到生化處理的要求。本論文的主要研究內容主要包括以下幾占.

????(1)廢水水質分析和萃取劑選擇

????本文首先對煤氣化廢水進行水質分析，以確定廢水中總酚的濃度、揮發(fā)酚的濃度以及酸性氣CO2和堿性氣NH3的含量等。隨后根據(jù)煤氣化廢水的特點，針對性的選擇幾種脫酚效果較好的溶劑作為萃取劑，通過綜合比較它們的萃取脫酚的效果、溶劑回收能耗和溶劑的經(jīng)濟性等方面，確定一種溶劑作為煤氣化廢水的脫酚萃取劑。

????(2)煤氣化廢水萃取條件優(yōu)化

????在確定了煤氣化廢水的脫酚萃取劑之后，本文將對影響萃取脫酚效果的因素如萃取溫度、水相的pH值和萃取相比進行研究，以確定最佳的萃取脫酚條件。在確定最佳萃取脫酚條件的基礎上，展開研究煤氣化廢水三級錯流萃取脫酚的效果，為煤氣化廢水萃取脫酚工藝流程的設計提供參考。（CWL-N高效萃取設備萃取脫酚體系液液相平衡關系的研究）

????(3)煤氣化廢水液液相平衡的研究

????液液相平衡描述的是萃取達到平衡時被萃取物質在兩相中的分配關系。它決定萃取過程的方向，推動力的大小和傳遞過程的極限，是進行萃取過程計算和分析過程影響因素的基本依據(jù)之一。在選定萃取劑之后，本文將測定酚類物質在水相和萃取相達到平衡后的液液相平衡數(shù)據(jù)，并用選定的活度系數(shù)模型NRTL和UNIQUAC模型進行關聯(lián)，得到該模型的二元交互參數(shù)，以便于下一步的萃取脫酚工藝流程模擬計算。

????(4)煤氣化廢水萃取脫酚流程模擬

????完成液液相平衡數(shù)據(jù)的測定和關聯(lián)后，本文將在華南理工大學煤氣化廢水處理流程基礎上建立煤氣化廢水萃取脫酚流程，并采用化工流程模擬軟件ASPEN PLUS對建立的流程進行模擬計算，并對各個單元進行優(yōu)化設計，以確定各設備的操作參數(shù)。

聲明：