高效離心萃取機(jī)處理煤氣化含酚廢水的流程

高效離心萃取機(jī)處理煤氣化含酚廢水的流程

前面我們介紹了煤氣化廢水處理的主要方法。這些方法已成功應(yīng)用于工業(yè)中，如某煤氣化廢水處理流程和某大學(xué)煤氣化廢水處理流程。下面將主要對(duì)這兩種煤氣化廢水處理流程進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹和分析。

1某煤氣化廢水處理流程

????某煤氣化廢水處理流程主要由酸水汽提塔、萃取塔、溶劑汽提塔、氨濃縮塔和溶劑回收塔組成。煤氣化廢水分冷熱兩股分別從塔頂和塔中部進(jìn)入酸水汽提塔，從塔頂部脫除二氧化碳和硫化氫。脫除酸性氣后，含有大量氨的廢水進(jìn)入萃取塔萃取脫酚。該流程采用的萃取劑是二異丙醚C DIPE。從萃取塔出來(lái)的萃取相進(jìn)入溶劑回收塔將酚和溶劑分離，并回收酚類(lèi)物質(zhì)和溶劑;萃余相進(jìn)入溶劑汽提塔，回收溶解在廢水中的少量DIPE，側(cè)線采出的氨進(jìn)入兩個(gè)閃蒸罐和一個(gè)氨濃縮塔進(jìn)行提濃，塔釜出水進(jìn)入后續(xù)的生化處理段。該流程在國(guó)內(nèi)煤氣化廢水處理廠應(yīng)用較廣，其流程圖如圖1-1所示。

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????雖然該流程能夠有效地脫除氨、二氧化碳和硫化氫，但由于脫酸性氣之后，含有大量氨的廢水在進(jìn)入萃取塔時(shí)pH值高達(dá)9以上，溶劑萃取脫酚的效率較低。加之DIPE對(duì)多元酚萃取能力不足，因此，該流程在處理高濃度含酚廢水時(shí)，廢水酚濃度難以達(dá)到生化處理的要求。2某大學(xué)煤氣化廢水處理流程

????針對(duì)某煤氣化廢水處理流程出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題，某大學(xué)過(guò)程系統(tǒng)工程課題組進(jìn)行了工藝流程改造。與某煤氣化廢水處理流程最大的不同是:該流程采用單塔加壓汽提同時(shí)脫酸脫氨，并使用甲基異丁基酮(MIBK)作為萃取劑。該工藝主要由污水汽提塔、萃取塔、溶劑汽提塔和溶劑回收塔組成。煤氣化廢水經(jīng)沉降、除油后，分冷、熱兩股分別從污水汽提塔的頂部和上部進(jìn)入塔內(nèi)，污水汽提塔塔頂汽提出酸性氣，側(cè)線采出混合器將三級(jí)分凝的達(dá)到高濃度氨氣。塔釜液冷卻到適度溫度后進(jìn)萃取塔，與萃取劑MIBK進(jìn)行兩相逆流萃取。萃取塔頂出來(lái)的萃取相進(jìn)溶劑回收分離酚和MIBK;萃取塔下部采出的萃余相進(jìn)溶劑汽提塔回收少量的萃取劑，從塔底采出的塔釜液送生化處理。

????由于該流程將脫氨工藝提前到流程的前面，脫氨后廢水的pH值降到6-7，改進(jìn)了萃取條件。加上新型萃取劑MIBK的使用，進(jìn)一步強(qiáng)化了萃取效果。該流程已成功應(yīng)用于某煤化工公司，取得了較好的處理效果，流程如圖1-2所示。

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3溶劑萃取脫酚的影響因素

????溶劑萃取脫酚是利用酚類(lèi)物質(zhì)在油水相中的分配差異來(lái)實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)分離的。這種分配差異可以由分配系數(shù)D來(lái)表示?.

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?????一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。一般情況下，分配系數(shù)不是常數(shù)，隨萃取物質(zhì)的濃度、原料液的酸度、原料液中其他物質(zhì)的存在、萃取劑的濃度和萃取溫度等條件的改變而變化。因此，對(duì)于煤氣化含酚廢水萃取體系而言，影響萃取效率因素除了所選萃取劑的萃取分配系數(shù)外，還包括酚類(lèi)物質(zhì)的濃度，萃取的溫度以及廢水的酸度等。

4萃取分配系數(shù)

????萃取分配系數(shù)表示在一定條件下萃取劑的萃取能力。從分配系數(shù)的定義可見(jiàn)，D值越大，表示在一定條件下萃取劑的萃取能力越強(qiáng)，即被萃取物質(zhì)在萃取相的濃度越大，被萃取物質(zhì)越容易進(jìn)入萃取相中。萃取劑分配系數(shù)的大小，與萃取劑和酚類(lèi)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)相似性、范德華作用力和氫鍵作用力強(qiáng)弱等有關(guān)。

依據(jù)萃取機(jī)理的差異，萃取劑可以分為兩大類(lèi)，即物理萃取劑和絡(luò)合萃取劑。物理萃取所涉及的萃取劑主要包括碳?xì)浠衔?如脂肪烴、芳烴等)及其衍生物(如醇、醚和酮等)。苯、重苯和洗油等烴類(lèi)萃取劑，雖然和酚類(lèi)物質(zhì)一樣帶有苯環(huán)，但由于是非極性化合物，因此對(duì)極性酚類(lèi)物質(zhì)的萃取能力有限。醇、醚和酮類(lèi)等中性含氧萃取劑由于和酚類(lèi)物質(zhì)形成氫鍵，因而對(duì)酚類(lèi)物質(zhì)的萃取分配系數(shù)高。磷酸三丁酷CTSp)和三辛胺(TOA)等絡(luò)合萃取劑由于能和酚類(lèi)物質(zhì)形成絡(luò)合物，因此它們對(duì)酚類(lèi)物質(zhì)有較高的分配系數(shù)。

5酚類(lèi)物質(zhì)濃度的影響

廢水中酚類(lèi)物質(zhì)濃度，對(duì)萃取劑的分配系數(shù)有一定的影響。陳某等研究了水相中不同苯酚初始質(zhì)量濃度對(duì)萃取劑仲辛醇和仲辛酮的萃取分配系數(shù)的影響，結(jié)果表明，仲辛醇在低質(zhì)量濃度的苯酚溶液中的萃取分配系數(shù)較小，隨著苯酚質(zhì)量濃度的升高萃取分配系數(shù)有較大的增長(zhǎng)，但在較高的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，增長(zhǎng)不明顯。由此可見(jiàn)，萃取劑的萃取分配系數(shù)隨著水相中酚類(lèi)物質(zhì)濃度的變化而變化。

6.廢水pH值的影響

????在煤氣化廢水萃取脫酚的過(guò)程中，通常認(rèn)為苯酚是以分子形態(tài)進(jìn)入萃取相中的，離子態(tài)的苯酚則殘留在水相中。由于酚類(lèi)物質(zhì)屬于Lewis弱酸，只能在酸性或中性條件下穩(wěn)定存在。在酸性條件下，酚以分子的形式存在，幾乎不發(fā)生電離;而當(dāng)水相pH>8時(shí)，酚開(kāi)始發(fā)生電離。以苯酚電離為例:

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????隨著pH值增大，平衡向右移動(dòng)所以pH值越大，酚的電離程度越高，在水中的溶解度越大，從而萃取的難度越大。。當(dāng)pH> 12時(shí)，萃取劑已經(jīng)很難從水相中分離出酚類(lèi)物質(zhì)了。因此，萃取劑對(duì)于酚類(lèi)物質(zhì)的萃取分配系數(shù)，常常隨著水相的pH值的增大而減小。Treybal利用一個(gè)簡(jiǎn)單的模型來(lái)描述酚類(lèi)物質(zhì)在水相有離解時(shí)，萃取劑對(duì)酚的萃取分配系數(shù):

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????其中，Dlow pH是酚類(lèi)物質(zhì)在弱酸條件下，在有機(jī)相和水相中的分配系數(shù)。Ka為酚類(lèi)物質(zhì)在水相中的離解常數(shù)。7.萃取溫度的影響

萃取溫度的改變可促使萃取平衡發(fā)生移動(dòng)，改變平衡常數(shù)，從而改變萃取分配系數(shù)。一般而言，若萃取過(guò)程放熱，則溫度升高不利于萃取;反之，若萃取過(guò)程吸熱，則溫度升高有利于萃取。如楊某等研究了在25℃,40℃和50℃下，以甲基異丁基酮C MIBK為萃取劑時(shí)苯酚在有機(jī)相和水相的分配情況，結(jié)果表明隨著溫度的升高，MIBK的萃取分配系數(shù)下降。任某等研究了在磷酸三丁酷(TBP)一煤油溶液萃取劑在20-60℃時(shí)對(duì)苯酚的萃取效果的影響，結(jié)果也發(fā)現(xiàn)隨著萃取溫度的升高，萃取脫酚效率略有下降，說(shuō)明萃取劑的分配系數(shù)隨著溫度的升高而減小。以上可以說(shuō)明苯酚萃取過(guò)程屬于放熱過(guò)程，因此，低溫有利于萃取。

????綜上，影響萃取脫酚效果的主要因素包括萃取劑的分配系數(shù)、水相中酚類(lèi)物質(zhì)的濃度、水相的pH值和萃取體系的溫度。在選擇萃取劑和建立萃取工藝流程時(shí)，需要認(rèn)真考慮上述因素，以確定最佳的萃取劑和萃取工藝參數(shù)。

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