Файл: Очистка промышленных сточных вод..pdf

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

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