книги из ГПНТБ / Очистка промышленных сточных вод

на подвижном штоке, подвешенном в рабочей части экст­ рактора. При помощи этого штока, укрепленного на коленчатом валу, тарелкам сообщается поступательно­ возвратное движение вдоль оси колонны. При этом кон­ тактирующие жидкости продавливаются через отверстия в виде струй, распадающихся на отдельные капли. Об­ щий вес тарелок, укрепленных па штоке, составляет око­ ло 10% веса жидкости, заполняющей колонну, поэтому расход энергии на придание тарелкам движения намно­ го меньше, чем в колоннах пульеациоиого типа, в которых приводится в движение вся жидкость. Расход энергии наименьший в тех колоннах, где верхняя и ниж­ няя половины насадки подвешены на шейке кривошипов, имеющих противоположные эксцентриситеты. Встречнопротивоположное движение сетчатых тарелок пол­ ностью балансирует как весовые, так и гидродинамиче­ ские нагрузки, чем достигается спокойная и долговечная работа привода. В результате возвратно-поступательного движения сетчатых тарелок жидкости интенсивно пере­ мешиваются, но это не нарушает их противотока и не вызывает продольного перемешивания. Именно эти пре­ имущества и позволяют снизить высоту теоретических тарелок до 80—50 см.

Перспективно применение подвижных сетчатых та­ релок, работающих в пульсационном режиме. В этом случае движение тарелок продолжается в течение 5— 10 сек с последующей остановкой на 20—40 сек. При этом облегчается выход иа оптимальный режим и на­ блюдается высокая эффективность в широком интервале скоростей движения тарелок,

В пульсационных колоннах вся жидкость получает возвратно-поступательное движение при помощи бескла­ панного поршневого насоса или пневматических приспо­ соблений. Наиболее эффективны пульсационные экстрак­ торы при скоростях, лежащих в пределах 60—90% от скорости, вызывающей захлебывание колонны.

80

Высокая скорость экстрагирования достигается в центробежных экстракторах, в которых для создания развитой межфазовой поверхности жидкости дробятся на капли при движении через отверстия контактных эле­ ментов. Тяжелую жидкость вводят в центр ротора через полость, легкую — в периферическую часть его. Разде­ ление жидкостей в центральной и периферической частях

Рис. 22. Экстрактор смесительно-отстойного типа:

1 ^ о т с т о й н и к2 ;— с м е с и т е л ь .

ротора ускоряется под влиянием центробежных сил [15]. Главным недостатком центробежных экстракторов является относительно большой расход энергии.

Смесительно-отстойные экстракторы представляют собой батарею блоков, каждый из которых состоит из смесителя и отстойника-разделителя фаз. Эти элементы экстрактора могут быть устроены отдельно, но в неко­ торых экстракторах они размещены в одном аппарате. В этом случае смеситель помещен внутри отстойника

(рис. 22).

При размещении смесителя над отстойником и распо­ ложении таких блоков один над другим получается ко­ лонный смесительный экстрактор, который отличается от батареи блоков, размещенных рядом, меньшей величи­ ной рабочей площади. Затраты энергии на смешение

81

жидкостей в экстракторе определяются мощностью, не­ обходимой для вращения вала с лопастями в смеситель­ ных камерах.

Экстракция нашла применение при очистке промыш­ ленных сточных вод от триэтилсвинца, различных масел, фенолов [15] и др. Принципиальная схема установки экстракции фенола феносольваном из сточных вод кок­ сохимических заводов приведена на рис. 23.

Рис. 23. Схема установки для экстракционного обесфеиоливання сточной воды феносольваном.

Предварительно очищенная от смол, масел и взве­ шенных веществ вода поступает через холодильник 1 в оросительную колонну 2, где поглощается экстрагент, отогнанный вместе с газами и парами в дистилляционной колонне 7. В колонне 2 фенольная вода нагревается до температуры 30—35° С и подается в верхнюю часть противоточного экстрактора 3, в который снизу из сбор­ ника 10 подается феносольван (около 10% об. по отно­ шению к воде).

Из нижней части экстрактора 3 обесфеноленная вода, содержащая около 0,7% растворенного феносольвана, подается вначале в теплообменник 6, где нагре­ вается выходящей из колонны 7 очищенной водой, а за­

82

тем поступает в верхнюю часть отгонной колонны 7, за­ полненной насадкой из колец Рашига. В нижнюю часть колонны 7 подается острый пар для отгонки феносольвана. Очищенная от фенола и феносольвана вода охла­ ждается в теплообменнике 6 и выводится из установки. Пары феносольвана и воды, выходящие из колонны 7, конденсируются в конденсаторе 5 и затем разделяются в сепараторе 4, из которого верхний феносольвановый слой направляется в сборник 10, а нижний слой, пред­ ставляющий собой насыщенный раствор феносольвана в воде, присоединяется к обесфеноленной воде, подавае­ мой в колонну 7. Пары феносольвана и воды, выходя­ щие из сепаратора 4, поглощаются в оросительной ко­ лонне 2, также заполненной насадкой из колец Рашига, при температуре не более 35° С. Выходящий из экстрак­ тора 3 обогащенный фенолами феносольван регенери­ руется с применением вакуума в дистилляционной ко­ лонне 8. Пары феносольвана, выходящие из колонны 8, конденсируются в конденсаторе 9 и направляются в сбор­ ник феносольвана 10, куда добавляется свежий феносоль­ ван. Фенолы остаются в кубовом остатке и периодически удаляются из колонны 8.

На схеме показана одна дистилляционная колонна 8 для регенерации феносольвана, но поскольку с экстра­ гентом отгоняется и небольшое количество фенолов в виде азеотропной смеси с водой, перед дистилляционной колонной устанавливают еще обезвоживающую колонну, в которой из обогащенного фенолами феносольвана отго­ няется вода.

На описанной установке потери феносольвана за счет испарения, омыления, перехода в обесфеноленную

83

отгонку феносольвана из отгонной колонны составляет

на 1 лг3 очищенной сточной воды. Данные эксплуатации промышленных феносольвановых установок в ГДР по­ казали, что они могут быть рентабельными при концен­ трации фенолов в сточной воде более 4 г/л. Зарубежные

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ БОД ОТ ЛЕТУЧИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

ОТДУВКОЙ И ОТГОНКОЙ ВОДЯНЫМ ПАРОМ

ОТДУВКА ЛЕТУЧИХ КОМПОНЕНТОВ из сточных вод

Как известно, между парциальным давлением газа или насыщенного пара вещества и содержанием этого вещества в равновесном растворе существует зависи­ мость, которая практически описывается законом Генри

циент пропорциональности, обычно называемой коэф­ фициентом Генри.

При барботировании воздуха или любого инертного мало растворимого газа через сточную воду пар раство­ ренного компонента диффундирует внутрь газового пу­ зыря. Если время всплывания газового пузыря доста­ точно для достижения равновесного распределения ле­ тучего компонента между сточной водой и газовой

84

фазой, то парциальная доля этого компонента в газовом пузыре будет определяться соотношением Генри. Сте­ пень приближения к равновесию зависит от скорости маесопередачи из раствора внутрь газовых пузырей, при­ ближенно связанной со степенью насыщенности газа ле­ тучим компонентом и поверхностью межфазового раздела соотношением

редачи, отнесенный к единице поверхности раздела рас­ твор— газ; / — суммарная поверхность пузырей, прохо­ дящих через раствор за единицу времени; ра и р* — рав­ новесное парциальное давление пара извлекаемого компонента в газовой фазе, соответствующее его концен­ трации С в воде, и парциальное давление пара этого компонента в момент т.

С повышением температуры упругость пара раство­ ренного компонента над раствором повышается, следо­ вательно, увеличивается разность (рц — р-,), и скорость десорбции компонента в газовую фазу возрастает. Вто­ рым существенным фактором процесса отдувки является повышение диспергирования пузырей барботируемого газа. Поверхность межфазового раздела достигает мак­ симальной величины, когда под влиянием барботируе­ мого воздуха вся жидкость превращается в пенный слой, однако при этом производительность аппаратов снижа­ ется, что делает применение аппаратов с пенным слоем для десорбции летучих компонентов нецелесообразным. Кроме того, с увеличением интенсивности барботирования вплоть до пенообразования уменьшается и концен­ трация вещества в газе, что затрудняет дальнейшее извлечение его из газовой фазы.

85

Обычно установка для отдувки летучих компонен­ тов из сточных вод представляет собой скруббер (с на­ садкой или без нее), через который при помощи венти­ лятора продувают воздух, предварительно нагретый в калорифере. Если десорбируемый из воды продукт спо­ собен образовывать с воздухом взрывоопасные смеси, воздух должен быть заменен инертным малораствори­

мым газом — азотом или углекислотой. В установ­ ках для отдувки из сточ­ ных вод летучих компо-

12% углекислого газа и 88% азота, поскольку водяные пары из продуктов сжи­ гания топлива конденсируются непосредственно в воде. На рис. 24 показана схема установки для отдувки лету­ чего компонента (сероуглерода) из сточных вод продук­ тами сжигания природного газа. Топочные газы, насы­ щенные в скруббере 1 парами сероуглерода, проходят через колонну 2 с активированным углем, где сероугле­ род задерживается. Активированный уголь, насыщенный сероуглеродом, периодически регенерируется паром. Па­ ры воды и сероуглерода конденсируются в холодильни­ ке 3 и направляются в сборник 4, откуда сероуглерод подается на утилизацию.

Не всегда летучие компоненты, извлекаемые из сточных вод отдувкой, могут быть утилизированы. Ути­ лизации могут препятствовать малое абсолютное коли­ чество извлекаемого продукта, наличие трудно отделяе-

86

мых примесей и отсутствие надежного метода извлече­ ния из газовой фазы. В этих случаях целесообразно на­ править отработанный газ после скруббера на установку для каталитического сжигания органических паров. До­ статочно хороший эффект достигается при пропускании смеси отработанного газа с воздухом при температуре 280—350° С через слой пиролюзита (марганцевой руды). Большинство соединений окисляются в этих условиях до СО2 и Н2О при времени контакта газа с катализатором около 0,3 сек. В качестве других катализаторов можно также рекомендовать окись хрома, осажденную на пористом алюмосиликатном носителе. Технологическая схема отдувки летучих компонентов из сточной воды с каталитическим дожиганием паров на пиролюзите отли­ чается от приведенной выше тем, что вместо топочных газов используется нагретый воздух, который после на­ садочной колонны при температуре 300°С направляется в реактор, загруженный катализатором.

Следует иметь в виду, что при каталитическом сжи­ гании паров хлорпроизводных в отходящих газах, кроме СО2 и Н2О, содержится НС1, что требует защиты от коррозии трубопроводов и арматуры, а также устрой­ ства системы для очистки газов от соляной кислоты.

АЗЕОТРОПНАЯ ОТГОНКА ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД

Втех случаях, когда органические вещества в смеси

сводой образуют нераздельно кипящую (азеотропную) смесь, это свойство может быть использовано для отгон­ ки указанных веществ из сточных вод. Целесообразность использования азеотропной отгонки для очистки про­ мышленных сточных вод определяется прежде всего температурой кипения азеотропной смеси и ее соста­ вом, т. е. тем отношением количеств органического ком­ понента и воды, в которых они переходят в пар при

87

отгонке. Ясно, что только те азеотропные смеси пред­ ставляют интерес для отгонки, у которых эти отношения значительно превышают отношение количеств органи­ ческого компонента и воды в сточных водах. Многие азе­ отропные смеси при конденсации расслаиваются, flpn этом сырой органический компонент может быть легко отделен от водного насыщенного раствора. В этих случаях азеотропная отгонка загрязняющего компонен­ та из сточной воды наиболее экономична. Если взаим­ ная растворимость воды и органического компонента азеотропной смеси настолько велика, что конденсаты после отгонки компонентов не расслаиваются, азеотроп­ ная отгонка для очистки сточных вод целесообразна тогда, когда конденсат утилизируется непосредственно в виде водного раствора. Возможны случаи, когда конденсат, более обогащенный органическим компонентом, чем исходная сточная вода, может дальше обрабатываться экстракцией для получения нужного продукта.

Принципиальная технологическая схема азеотропной очистки промышленных сточных вод представлена на рис. 25. Сточные воды поступают в емкость 1, куда из отстойника-сепаратора 2 также подается насыщенный водный раствор отгоняемого органического вещества. Смесь сточных вод и насыщенного раствора органичес­ кого вещества насосом 8 через теплообменник-конден­ сатор 4 и теплообменник 5 подается в отгонную колонну 6 с насадкой. В теплообменниках 4 и 5 сточная вода нагревается очищенной водой и отводимой из колонны 6 смесью паров воды и органического вещества до темпе­ ратуры кипения азеотропной смеси. В нижнюю часть колонны 6 подается острый пар. Нагретая примерно до 100° С очищенная вода из нижней части отгонной колон­ ны подается насосом 7 в теплообменник 5, после чего сбрасывается в канализацию или направляется на даль­ нейшую очистку. Смесь паров воды и отгоняемого ве­ щества из верхней части колонны 6 поступает последо­

88

вательно в теплообменники-конденсаторы 4 и 3. Кон­ денсат из теплообменника 3 направляется в отстойниксепаратор 2, где конденсат органического вещества отден ляется от конденсата водяного пара. Верхний продукт — конденсат органического вещества из отстойника-сепа­ ратора поступает на утилизацию, а нижний, представля-

Рис. 25. Схема установки для азеотропной отгонки летучих орга­ нических веществ из сточных вод.

ющий собой конденсат водяного пара, насыщенного отгоняемым органическим веществом, сливается в сбор^ ник / и затем направляется на отгонку вместе со сточной жидкостью.

Расход тепла на отгонку определяется концентра­ цией отгоняемого вещества и теплосодержанием уходя­ щего из колонны пара, исходной и очищенной воды. По­ скольку подаваемая в колонну сточная вода может быть нагрета в теплообменниках 4 и 5 до температуры, со­ ответствующей рабочей температуре отгонки в верхней

89