книги из ГПНТБ / Очистка промышленных сточных вод

ном, для извлечения анилина из сточных вод производ­ ства анилина) и некоторые хлорированные алифатиче­ ские іуглеводороды.

МЕТОДЫ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ

Методы экстрагирования органических веществ по схемам контакта экстрагента и сточной воды можно раз­ делить на перекрестноточные, ступенчато-противоточные и непрерывно-противоточные. Прямоток в процессах эк­ стракции не применяется.

При многоступенчатой перекрестноточной схеме сточ­ ная вода на каждой ступени контактирует со свежим экстрагентом, что приводит к повышенному расходу эк­ страгента по сравнению с противоточными методами. В связи с этим наибольшее практическое применение получили методы противоточной экстракции.

При ступенчато-противоточной экстракции каждая ступень включает перемешивающее устройство для сме­ шения фаз и сепаратор (отстойник) для их гравитаци­ онного разделения. Могут применяться также центро­ бежные сепараторы, обладающие более высокой разде­ лительной способностью по сравнению с гравитацион­ ными. Вода и экстрагент движутся навстречу друг другу, и при нумерации ступеней по движению воды экст­ ракт (органическая фаза) последующей ступени смеши­ вается в смесителе с водной фазой предыдущей ступе­ ни. Смеситель должен обеспечить максимальную степень диспергирования экстракта в воде, исключающую одна­ ко возможность образования стойких эмульсий, которые препятствуют разделению фаз.

При непрерывно-противоточной многоступенчатой экстракции вода и экстрагент движутся навстречу друг другу в одном аппарате, обеспечивающем диспергирова­ ние экстрагента в воде, а разделение фаз осуществляется на входе и выходе из аппарата. Легкая фаза подается

71

снизу, тяжелая — сверху. Очищенная вода отводит­ ся из нижней части колонны, насыщенный удаляемым веществом экстракт —.из верхней. Диспергирование эк­ страгента в воде осуществляется с помощью насадок, тарелок разбрызгиванием или механическим перемеши­ ванием.

В тех случаях, когда экстрагент и вода взаимно не растворимы и /С8 = const, равновесная концентрация эк­ страгируемого вещества в воде при многоступенчатой экстракции может быть найдена по приведенным ниже формулам.

72

и обозначаемое обычно е, определяет возможность глу­ бокого извлечения экстрагируемого вещества из воды и, следовательно, Достижения требуемого значения CBN.

ние числа ступеней экстракции теоретически приведет к сколь угодно малому значению CBN. Следовательно, объем циркулирующего экстрагента должен быть опре­ делен таким образом, чтобы выполнялось соотношение

Ступенчато-противоточная смесительно-отстойная эк­ стракция ■осуществляется в блоке смеситель — отстой­ ник, образующем одну ступень экстракции. В смесителе сточная вода перемешивается с экстрагентом мешал­ кой или при помощи насоса. Продолжительность пребы­ вания экстрагента и воды в смесителе и интенсивность перемешивания должны обеспечить максимальное при­ ближение к равновесию. В случае осуществления перио­ дического процесса жидкости разделяются при останов­ ленной мешалке в том же реакторе, где происходило их смешение, либо смесь выливается в отстойник. Рассло­ ившиеся жидкости собирают в отдельные приемники, откуда раствор извлеченного вещества в экстрагенте

73

направляется на регенерацию растворителя и получение сырого продукта, а вода в зависимости от степени за­ грязнения и концентрации в ней растворителя сбрасы­ вается в канализацию очищенных сточных вод или на­ правляется на дальнейшую обработку (освобождение от растворенного экстрагента и доочистку от остаточных загрязнений).

Растворитель из сточных вод после экстрагирования удаляется отгонкой паром при атмосферном давлении, под вакуумом либо отдувкой подогретым воздухом с по­ следующим улавливанием паров растворителя из отхо­ дящего воздуха адсорбцией или конденсацией при охлаж­ дении. Если пары растворителя образуют с воздухом взрывоопасные смеси, то для отдувки могут быть приме­ нены дымовые газы, полученные сжиганием топлива без избытка воздуха, или инертный газ (азот, углекислота и т. п.).

Периодический одноступенчатый экстракционный процесс очистки сточных вод целесообразен лишь при не­ большом их количестве либо, в случае периодического образования их, через значительные промежутки време­ ни (например, при сбросе сточных вод один раз в сутки, неделю или реже). При относительно большом количе­ стве сточных вод или при непрерывном сбросе их экст­ рагирование растворенных продуктов должно произво­ диться непрерывно, а более глубокая очистка вод должна осуществляться в несколько противоточных ступеней (две, три и более). В этом случае сточные воды и экст­ рагент подаются в смеситель в определенных соотноше­ ниях непрерывно. Смесителем в таких установках слу­ жат в основном насосы (экстрагент подается во всасы­ вающую трубу насоса). Если необходимо увеличить время контакта жидкостей, то за насосом устанавли­ вают реактор с мешалкой.

На каждой ступени жидкости разделяются в трех­ камерном отстойнике. Объем средней части такого от­

74

стойника обеспечивает настолько медленное движение жидкости, что оно не препятствует разделению фаз. Более тяжелая жидкость проходит через отверстие в нижней части перегородки в секцию, откуда непрерывно через систему перфорированных горизонтальных труб сливается в приемник. Более легкая жидкость перете­ кает в другую секцию через отверстия в верхней части перегородки. Из этих приемников экстракт направляется на установки для регенерации растворителя, а сточная вода — на очистку от растворенного экстрагента.

Следует отметить, что лишь в отдельных случаях одноступенчатая экстракция растворенного вещества может обеспечить очистку сточной воды до такой низкой остаточной концентрации, при которой воду можно сбра­ сывать в водоем непосредственно или после удаления из нее растворенного экстрагента. Даже тогда, когда воз­ можен сброс сточных вод в реку с остаточным содержа­ нием веществ 10 мг/л при исходном содержании их 3— 4 г/л одноступенчатая экстракция потребовала бы при­ менения растворителя с К9 = 300 -^300 (при условии, что смешиваться растворитель и сточная вода будут в рав­ ных объемах). Такой растворитель, отвечающий всем требованиям к промышленному экстрагенту, можно по­ добрать далеко не всегда. Поэтому одноступенчатая экстракция используется лишь для очистки относитель­ но разбавленных сточных вод, если извлекаемое веще­ ство обладает высоким коэффициентом распределения между органическим растворителем и водой. Во всех ос­ тальных случаях должна осуществляться многоступен­ чатая противоточная экстракция.

Простейшая схема многоступенчатой экстракцион­ ной установки состоит из нескольких пар смесителей и отстойников, через которые последовательно, навстречу друг друпу, проходят сточная вода и растворитель.

При непрерывно-противоточной экстракции в колон­ не осуществляется непрерывный массообмен между

75

водным раствором (сточной водой) и органическим ра­ створителем (экстрагентом), движущимися навстречу друг другу в условиях наибольшего развития поверхности раздела фаз. Очищенная сточная вода и раствор из­ влекаемого вещества в экстрагенте выводятся из проти­ воположных концов колонны. Ввиду небольшой длитель­ ности контакта и невысокой интенсивности перемешива­ ния фаз равновесие экстракции здесь не достигается, но тем не менее метод во многих случаях оказывается дос­ таточно эффективным и экономичным благодаря просто­ те и непрерывности контакта обеих фаз.

Применение противоточных экстракционных колонн непрерывного действия целесообразно при осуществле­ нии большого количества ступеней экстракции. Эффек­ тивность метода зависит от того, насколько легко обра­ зуются и разрушаются эмульсии экстрагента в воде, от длительности полного разделения фаз и кинетики экст­ рагирования.

Экстракционные колонны различаются способами приведения в контакт обеих жидких фаз — воды и эк­ страгента. Существуют колонны без какой-либо насадки (распылительные, инжекторные), насадочные и тарель­ чатые. Для повышения интенсивности перемешивания фаз применяют колонны с пульсацией потоков либо ко­ лонны с движущимися (пульсирующими) сетчатыми тарелками. Многие из этих типов колонн нашли приме­ нение преимущественно при экстракционной очистке сточных вод, содержащих фенолы. Большинство таких колонн имеют значительную высоту, что обусловлено необходимостью обеспечить время контакта, достаточное для того, чтобы процесс был эквивалентен заданному числу ступеней экстракции. В распылительной колонне, например, высота, эквивалентная одной теоретической ступени экстракции, большей частью составляет около

76

она равна всего 70—80 см. Почти такой же эффект, но при значительно больших энергетических затратах, до­ стигается и в пульсационных экстракционных колоннах. Выбор типа колонны определяется необходимым числом ступеней экстракции и допустимыми энергетическими за­ тратами.

вводится в колонну под некоторым напором снизу через распылительное устройство, вмонтированное в колонну несколько выше зоны расслоения эмульсии и выделения водной фазы. Растворитель, извлекший растворенный компонент из сточной воды, собирается над уровнем воды, выше точки ее ввода в колонну, и отводится на ректифи­ кацию. Во втором случае (когда применяется раствори­ тель тяжелее воды) подводящие и отводящие воду и экстрагент приспособления размещены в колонне в об­ ратном порядке.

77

Для интенсификации работы распылительных колонн растворитель вводится в одной или нескольких точках инжектором. В таких колоннах, вблизи инжекторов, соз­ даются зоны интенсивной турбулентности, способствую­ щие как развитию поверхности диспергированного рас­ творителя и ее обновлению, так и вызывающие много­ кратную рециркуляцию отдельных потоков сточной воды.

Насадочные колонны (рис. 19) во многих случаях об­ легчают развитие поверхности контакта экстрагента и сточной воды и удлиняют путь движения жидкостей через колонну. Если в такой колонне скорость движения (интен­ сивность подачи) воды настолько велика, что ее поток уносит с собой диспергированный экстрагент или пол­ ностью препятствует его перемещению в противоположном направлении, то такое нарушение режима работы колон­ ны называется захлебыванием. Наиболее высокие показа­ тели эффективности работы экстракционных насадочных колонн наблюдаются обычно при скоростном режиме по­ дачи жидкостей, близком к захлебыванию (скорость подачи воды на 15—20% меньше скорости захлебывания).

Явление коалесценции (слияния) капель экстрагента в полых распылительных и насадочных колоннах в не­ малой степени препятствует полному использованию по­ верхности раздела, образующейся при диспергировании растворителя распылительными устройствами.

В тарельчатых экстракционных колоннах этот недо­ статок проявляется в меньшей мере. Особенно хорошее распределение диспергированного экстрагента в потоке воды достигается в колонне с перфорированными сетча­ тыми тарелками (рис. 20). При прохождении экстраген­ та и воды через сетки таких тарелок достигается повтор­ ное диспергирование растворителя и устраняются по­ токи сплошной фазы, приводящие к ее перемешиванию и, следовательно, к выравниванию концентрации. Бла­ годаря этому в колонне удается поддерживать и боль-

78

шую движущую силу диффузии к границе раздела фаз, определяемую, как известно, разностью концентраций в объеме и на границе раздела жидкостей.

тарелками.

Колонны с подвижными сетчатыми тарелками (рис. 21) отличаются тем, что в них для смешения жид­ костей используется дополнительная энергия внешнего источника. Сетчатые тарелки укреплены в этой колонне

79