Spildevandsbehandling ved opløsningsmiddelekstraktion

Ekstraktion refererer til processen med ekstraktion af en eller flere komponenter fra opløsninger eller faste stoffer ved anvendelse af selektive opløsningsmidler (ekstraktionsmidler). Grundlaget for fremgangsmåden til opløsningsmiddelekstraktion er en masseoverføringsproces, der involverer to gensidigt uopløselige eller delvis opløselige væskefaser, mellem hvilke det ekstraherbare stof fordeles. For at øge procesens hastighed bringes den oprindelige opløsning (spildevand) og ekstraktanten i tæt kontakt. Som et resultat af faserens vekselvirkning opnås et ekstrakt - en opløsning af den ekstraherede komponent i ekstraktionsmediet, og raffinatet er den resterende oprindelige opløsning (renset spildevand), hvorfra den ekstraherede komponent fjernes fra en varierende grad af fuldstændighed.

De resulterende flydende faser (ekstrakt og raffinat) adskilles fra hinanden ved sedimentering, centrifugering eller ved andre mekaniske midler. Herefter ekstraheres det ekstraherede stof fra ekstraktet for at returnere ekstraktet til ekstraktionsprocessen ved at strippe med et andet opløsningsmiddel såvel som ved inddampning, destillation, kemisk interaktion eller udfældning.

Ved rensning af spildevand fra tungmetalioner ved anvendelse af flydende ekstraktion overføres metaller til den organiske fase og derefter som følge af reekstraktion fra den organiske fase (ekstrakt) til en vandig opløsning. Således opnås spildevandsbehandling og koncentration af metalet, det vil sige betingelser skabes til regenerering.

Ekstraktionsmidler giver overgangen af ​​målkomponenterne fra den udmattede (tunge) fase, som oftest er en vandig opløsning til ekstraheringsfasen (som regel en organisk væske). To kontaktformige væskefaser og en målkomponent fordelt mellem dem danner et ekstraktionssystem. Udvindingsfasen omfatter kun ekstraktionsmiddelet (eller en blanding af ekstraktionsmidler) eller er en opløsning af et eller flere ekstraktionsmidler i et fortyndingsmiddel, som anvendes til forbedring af ekstraktionsmidlernes fysiske (viskositet, densitet) og ekstraktionsegenskaber. Som fortyndingsmidler anvendes som regel væsker (petroleum, benzen, chloroform osv.) Eller deres blandinger, som i den udtømte fase praktisk talt er uopløselige og inerte med hensyn til de ekstraherbare bestanddele af opløsningen. Nogle gange tilsættes modifikatorer til fortyndingsmidlerne for at øge opløseligheden af ​​de ekstraherbare komponenter i ekstraktionsfasen eller for at lette adskillelse: alkoholer, ketoner, tributylphosphat etc.

De vigtigste faser af opløsningsmiddelekstraktion omfatter:

1) bringe i kontakt og dispersion af faserne

2) separation eller delaminering af faser i ekstraktet (ekstraktionsfase) og raffinat (udtømt fase)

3) isolering af målkomponenterne fra ekstraktet og regenerering af ekstraktionsmidlet, for hvilket der sammen med destillationsgenvindingen oftest anvendes (proces, omvendt væskeekstraktion), behandling af ekstraktet med vandige opløsninger af stoffer, der sikrer fuldstændig omdannelse af målkomponenterne til en opløsning eller bundfald og deres koncentration;

4) vaske ekstraktet for at reducere indholdet og fjerne den mekanisk optagne stamopløsning.

Ved en ekstraktionsproces, efter at de krævede ekstraktionshastigheder er nået, skal faserne adskilles. Emulsioner dannet under blanding er sædvanligvis termodynamisk ustabile, hvilket skyldes tilstedeværelsen af ​​overskydende fri energi på grund af den store grænseflade. Sidstnævnte formindskes på grund af sammenblandingen (fusion) af de dispergerede fase dråber. Coalescens er energisk fordelagtig (især i binære systemer) og opstår, indtil der dannes to lag væske.

Separationen af ​​emulsioner udføres som regel i to trin. Først præcipiterer de hurtigt (flyder) og samler store dråber. Væsentligt mindre dråber forbliver i form af en "tåge", som afregnes i nogen tid. Separationshastigheden bestemmer ofte udførelsen af ​​apparatet i hele ekstraktionsprocessen. I praksis for at intensivere adskillelsen af ​​faserne anvendes centrifugalkræfter, og der anvendes forskellige anordninger eller dyser, som er placeret i sedimenteringsbassinerne (se nedenfor). I nogle tilfælde bidrager delaminering til det elektriske felt.

Grundkrav til industrielle ekstrakter:

- høj udvindingskapacitet på målkomponenten

- lav opløselighed i raffinatet kompatibilitet med fortynder lethed for regenerering

- høj kemisk og i nogle tilfælde strålingsbestandighed, ubrændbarhed eller et tilstrækkeligt højt flammepunkt (over 60 ° C);

- lav volatilitet og lav toksicitet tilgængelighed og lave omkostninger.

De mest almindelige industrielle ekstraktionsmidler er opdelt i følgende klasser:

1) neutral, som fjernes ved forskellige mekanismer afhængigt af surhedsgraden af ​​den oprindelige opløsning - vand, organofosforforbindelser, petroleumsulfoxider, mættede alkoholer, ethere og estere, aldehyder, ketoner mv.

2) sur, som ekstraherer metalkationerne i den organiske fase fra de vandige organiske phosphorsyrer, carboxyl- og naphthensyrer, sulfonsyrer, alkylphenoler, chelaterende forbindelser.

3) basale, med hjælp fra hvilken de ekstraherer metalanioner fra vandige opløsninger, primære, sekundære, tertiære aminer og deres salte, salte af kvaternære ammonium-, phosphonium- og arsoniumbaser mv.

Væskeudtræk anvendes til rensning af industrielt spildevand indeholdende phenoler, olier, organiske syrer, anilin, metalioner mv. Med et relativt højt indhold, som gør det muligt at kompensere for omkostningerne ved udvinding. For de fleste produkter anbefales brug af ekstraktion i en koncentration på 2 g / l eller mere. De mest anvendte ekstraktionsmetoder bruges til at behandle spildevand fra planter til termisk behandling af faste brændstoffer (kul og brunkul, skifer, tørv) indeholdende en betydelig mængde phenoler. Effektiviteten af ​​udvinding af phenoler fra spildevand når 80-97%.

Udvindingsmetoden er baseret på fordeling af forurenende stof mellem to gensidigt uopløselige væsker i overensstemmelse med dets opløselighed i dem. Det ekstraherede stof fordeles mellem vand og det tilsatte opløsningsmiddel i overensstemmelse med loven om ligevægtsfordeling:

hvor Ce og CB er koncentrationerne af det ekstraherede stof, i ekstraktionsmediet og i vand ved steady state.

Fordelingskoefficienten Kp karakteriserer den dynamiske ligevægt under ekstraktion og afhænger af systemkomponenternes art, tilstedeværelsen af ​​urenheder i vandet og ekstraktet og temperaturen. Som ekstraktionsmidler til udvinding af urenheder fra vand anvendes forskellige organiske opløsningsmidler: ethere og estere, alkoholer, carbontetrachlorid, benzen, toluen, chlorbenzen. Ekstraktion med en blanding af opløsningsmidler. I kvaliteten af ​​ekstraktionsmidler er det økonomisk fordelagtigt at anvende forskellige tekniske produkter og produktionsaffald.

Spildevandsbehandling ved udvinding består af flere faser: Blanding af spildevand med et organisk ekstraktionsmiddel, separering af de resulterende flydende faser, regenerering af ekstraktionsmaterialet fra ekstraktet og raffinatet.

Ekstraktionsmetoder ifølge fremgangsmåden til kontakt med ekstraktionsmiddelet og spildevand er opdelt i tværstrøm, trin-modstrøm og ikke-intermitterende modstrøm. Praktisk ansøgning modtog de to sidste metoder. Ved trinvis modstrømsudvinding bevæger vandet og ekstraktet sig mod hinanden, samtidig med at der opnås en høj rengøringseffektivitet.

Ekstraktion henviser også til fremgangsmåden til ekstraktion af en eller flere komponenter fra opløsninger eller faste stoffer ved anvendelse af selektive opløsningsmidler (ekstraktionsmidler). Grundlaget for fremgangsmåden til opløsningsmiddelekstraktion er en masseoverføringsproces, der involverer to gensidigt uopløselige eller delvis opløselige væskefaser, mellem hvilke det ekstraherbare stof fordeles. For at øge procesens hastighed bringes den oprindelige opløsning (spildevand) og ekstraktanten i tæt kontakt. Som et resultat af faserens vekselvirkning opnås et ekstrakt - en opløsning af den ekstraherede komponent i ekstraktionsmiddelet og en raffinat - en restopløsning (renset spildevand), hvorfra den ekstraherbare komponent fjernes med varierende grad af fuldstændighed.

De resulterende flydende faser (ekstrakt og raffinat) adskilles fra hinanden ved sedimentering, centrifugering eller andre mekaniske metoder. Herefter ekstraheres det ekstraherede stof fra ekstraktet for at returnere ekstraktionsmiddelet til ekstraktionsprocessen ved reekstraktion med et andet opløsningsmiddel såvel som ved inddampning, destillation, kemisk interaktion og udfældning.

Da der ikke er nogen væsker helt uopløselige i vand, opløses en del af ekstraktionsmediet under spildevand i spildevandet og bliver således et nyt vandforurenende stof; Derfor er det nødvendigt at ekstrahere ekstraktet fra raffinatet. Tab af ekstraktionsmiddel med spildevand er kun tilladt, hvis dets opløselighed i vand ikke er højere end MPC og den lave omkostninger ved ekstraktionsmiddelet. I processen med rensning af spildevand fra tungmetalioner ved hjælp af fremgangsmåden til væskeekstraktion overføres metallerne til den organiske fase og derefter som følge af reekstraktion fra den organiske fase (ekstrakt) til en vandig opløsning. Således er spildevandsbehandling og metalkoncentration, dvs. betingelser for regenerering er skabt. Den organiske fase indeholder ekstraktionsmiddel og organisk væske - opløsningsmidlet i ekstraktionsmiddelet (petroleum, benzen, chloroform, toluen osv.) Organiske syrer, ethere, alkoholer, ketoner, aminer mv anvendes som ekstraktionsmidler, og ekstraktionsmidler er vandige opløsninger af uorganiske syrer og baser.

Ekstraktionen af ​​metaller fra vandige til den organiske fase udføres på tre måder: 1) ved kationbytningsekstraktion - dvs. udveksling af genvindeligt metalkation til ekstraktkation 2) anionbytningsekstraktion - dvs. udvekslingen af ​​det metalholdige anion til anionen af ​​ekstraktionsmiddelet;

3) ved koordinationsekstraktion, hvor koordinationsbindinget af molekylet eller ekstraktionsionen dannes direkte med atom (ion) af det ekstraherede metal.

Kationbytningsekstraktion i almindelig form er beskrevet ved ligningen:

hvor metalvalensen z, R er den sure rest af en organisk syre. Kationbytterextraktanter er fedtsyrer af RCOOH-typen (for eksempel carboxylsyrer) med antallet af carbonatomer i radikalet fra 7 til 9 og naphthensyrer, som er opnået fra råolie.

En type kationbytterudvinding er ekstraktionen af ​​kompleksdannende (chelaterende) ekstraktionsmidler. I dette tilfælde optræder ekstraktionen som følge af ionbytning og koordinering af ekstraktionsmediet med atom (ion) af det ekstraherede metal med dannelsen af ​​intrakompleksforbindelser. I anionbytterudvindingsprocesser anvendes primære aminer RNH som ekstraktionsmidler.2, sekundære R2NH og tertiary R3N (R-C7-C9). I aminer har nitrogen evnen til at danne koordinationsforbindelser: R3N + HCI => (R3NH) Cl.

Ved kontinuerlig modstrømsudvinding (figur 2) bevæger vandet og ekstraktionsmiddelet mod hinanden i det samme apparat, hvilket giver dispersion af ekstraktionsmiddelet i vandet, medens forureningen af ​​spildevand kontinuerligt overføres til ekstraktionsmiddelet.

Figur 2. Diagram over kontinuerlig modstrømsudvinding

Den teknologiske ordning for industriel spildevandsbehandling ved udvinding afhænger af mængden og sammensætningen af ​​spildevand, egenskaberne af ekstraktionsmiddelet, dets regenereringsmetoder og andre faktorer og omfatter normalt følgende installationer: vandbehandling før ekstraktion (septiktanke, flotationsceller, filtre til mekanisk rengøring, neutraliseringsmidler osv.) ; udvinding selv regenerering af opløsningsmidlet fra ekstraktet og renset vand. Udformningen af ​​ekstraktionskolonnerne afhænger af kontaktmetoden for spildevand og ekstraktionsmiddel.

Der er spray- og injektionssøjler. Der anvendes ofte pakkede søjler, hvor blokkonstruktioner fremstillet af keramik, metal, plast samt opladningselementer af keramik, metal (Raschig-ringe, Pall-ringe, Berl-sadler osv.) Anvendes som dyser. For at øge intensiteten og effektiviteten af ​​blandingen anvendes også plade søjler, kolonner med pulsering eller med bevægelige meshplader. Valget af typen af ​​søjle bestemmes af det krævede antal udvindingsstræk og de tilladte udgifter til energi.

Høj udvindingshastighed opnås i centrifugalekstrakter, hvorved der skabes en udviklet grænseflade, væsker knuses i dråber, når de bevæger sig gennem kontaktelementernes huller. Tung væske injiceres i midten af ​​rotoren gennem hulrummet, lys - ind i den perifere del af den. Adskillelsen af ​​væsker i rotorens centrale og perifere dele accelereres under tryk af centrifugalkræfter. Reagenset opløst i vand regenereres normalt ved destillation, som udføres i en pakket søjle. Opvarmet vand leveres fra toppen af ​​søjlen og varm damp fra bunden. Opløsningsmidler med højt damptryk kan regenereres ved udblæsning af luft eller andre gasser. Dette gør det muligt at reducere varmeforbruget til vandopvarmning samt at reducere tabet af opløsningsmiddel forårsaget af hydrolyse ved forhøjede temperaturer.

For let at hydrolysere opløsningsmidler, der har en høj pris og har høje kogepunkter, varmekapacitet og fordampningsvarme, kan det være tilrådeligt at anvende genvindingsmetoden. Essensen af ​​fremgangsmåden er, at opløsningsmidlet ekstraheres fra vand med et andet billigere opløsningsmiddel, som derefter let kan fjernes fra vandet ved destillation. Regenereringen af ​​opløsningsmidlet fra ekstraktionsmiddelet udføres som regel ved destillation.

Ifølge fremgangsmåden til kontakt mellem faserne er industrielle ekstraktionsindretninger opdelt i differentialkontakt (søjleapparat), trinvise og mellemliggende strukturer. Apparatet fra den første gruppe skelnes ved kontinuerlig kontakt mellem faserne og en jævn ændring i koncentrationen af ​​den ekstraherede komponent langs apparatets længde (højde). Med en sådan koncentrationsprofil er faserne på et hvilket som helst punkt i ekstraktionsmidlet ikke afbalanceret. Disse enheder er mere kompakte og kræver begrænsede produktionsområder, men på grund af den langsgående blanding (på grund af konvektive aksiale strømme, stillestående zoner, turbulente pulsationer osv.) Kan den gennemsnitlige drivkraft reduceres væsentligt.

Indretningerne i den anden gruppe består af adskilte trin, i hvilke hver fase faserne er i kontakt, hvorefter de adskilles og bevæger sig modstrøms i efterfølgende trin. Longitudinal blanding er mindre udtalt, men behovet for faseseparation mellem tilstødende trin kan føre (med dårligt aflejrede systemer) til en signifikant forøgelse af størrelsen af ​​ekstraktoren.

Kolonnextraktorer er opdelt i tyngdekraft og med ekstern forsyning af energi.

Gravity extractors. I dem opstår bevægelsen af ​​interaktive væsker under virkningen af ​​forskellen i fasedens densiteter; overfladen af ​​deres kontakt dannes på grund af strømmenes iboende energi. Disse enheder omfatter spray-, dyse- og skærmekstrakter.

Sprøjteudsugere (figur 3) er hule søjler udstyret med dyser, injektorer og andre sprøjter til dispergering af de interaktive faser. Sådanne indretninger kendetegnes ved enkelhed og høj ydeevne, men relativt lav effektivitet. Lidt mere effektive, men mindre produktive dyseudtrækere, der ikke er forskellige i enheden fra andre lignende masseoverføringsapparater. Silextraktorer er kolonner med perforerede plader udstyret med overløbsindretninger. En af de vekselvirkende væsker, der passerer gennem hullerne i pladerne, dispergeres; dette skaber en stor kontaktflade med modkørende væske, der strømmer gennem overløbsindretningerne i form af en kontinuerlig fase. Sugekstraktionsanordninger er ringere i præstationer kun til sprøjteudsugere, pålidelige i drift (på grund af designens enkelhed og fravær af bevægelige dele), men har lav effektivitet.

Sammenlignet med andre kolonneapparater er alle tyngdekraftekstrakterne ineffektive på grund af det forholdsvis lille areal af fasernes specifikke kontaktflade på grund af den store størrelse af dråberne (op til flere mm). Energiforsyningen gør det muligt at knuse dråber (op til tiendedele mm) med det resultat, at den ønskede kolonnehøjde kan reduceres med en størrelsesorden.

Fig. 3. Sprøjteudsuger: 1,2 - sprøjter.

Ekstraktionsmidler med ekstern energiforsyning er opdelt i pulsering, vibrationer, med mekanisk omrøring. Den sidstnævnte type apparat omfatter roterende skiveekstraktionsanordninger og skiftende blandere og sedimenterende dysesektioner (Scheibel-søjler). I roterende skiveenheder (figur 4) blander og dispergerer de roterende skiver kontaktvæsker, hvorefter de stratificeres. I Scheibel-søjlerne (figur 5) anbringes skovle- eller turbineblanderne på en fælles lodret aksel skiftevis med lag af en fast dyse. Blandet væske, der passerer gennem dyselaget, stratificeret.

Fig. 4. Drejeskiveudtræk: 1 - rotor (aksel med diske); 2 - ringformede skillevægge af statoren.

Fig. 5. Udtræk med alternerende blandings- og aflejringsafsnit (Scheibels søjle): 1-aksel; 2-omrører; 3 - dyse.

Trinudtræk. Disse omfatter forskellige typer mixer sumps. Afsnittet af en sådan anordning nærmer sig effektiviteten af ​​et teoretisk niveau. Det krævede antal trin opnås ved at forbinde sektionerne i en kaskade. Ofte kombineres adskillige sektioner, adskilt af partitioner i ét tilfælde (boksekstraktionselementer, figur 6). Hvert afsnit (stadium) har et blandings- og afregningskammer. Faseblanding kan være pulserende eller mekanisk (oftest anvendte turbineblandere, samtidig transportere væsker fra trin til trin).

spildevand væskeudvinding

Fig. 6. Boksekstraktor: 1.3 - Blandings- og aflejringskamre; 2 - partition; 4-fasede grænse; 5 - recirkulationsrør; 6 - sugemanifold; 7 - turbine omrører.

Blandt de indretninger, der indtager en mellemstilling mellem differencekontakt og trin, er centrifugalekstrakter de mest almindelige, hvor adskillelse og undertiden blanding af faser forekommer inden for centrifugalkræfternes virkningsområde. Arbejdslegemet (rotoren) på disse enheder består af et sæt perforerede cylindre, spiralbånd osv. Den oprindelige opløsning og ekstraktionsmiddel bevæger sig mod hinanden med en tyngre fase - fra center til periferi og en lighter - i modsat retning. Væskens kontakt sker på deres bevægelses- og spredningsvej - når de passerer gennem de perforerede dele af cylindrene.

Centrifugalekstraktionsmidler er opdelt i kammer (diskret trin) og differentialkontakt. Apparatet i den første gruppe består af separate trin (kamre), i hvilke hver af de bevægende faser i modstrømmen blandes sekventielt og adskilles (for eksempel ekstraktorer af "Luvest" og "Robert"). I apparatet fra den anden gruppe fortsætter processen ved tæt ved kontinuerlig kontakt af bevægende modstrømfasestrømme; bevægelsen sker gennem kanalerne dannet af rotorens indre partitioner (for eksempel Podbilnyak-ekstraktionsmidler).

Centrifugalekstrakter er kendt for høj produktivitet (strømmer op til hundrede m 3 / h) og effektivitet (3-10 teoretiske faser), kort varighed af faser (flere sekunder eller mindre) og intensiv masseudveksling. Sådanne indretninger lovende ved fremstilling af ustabile forbindelser (for eksempel antibiotika), ved behandling af stærkt radioaktive opløsninger og stabile emulsioner, systemer med tilsvarende fasedensiteter.

Valget af ekstraktionsanordninger af optimale konstruktioner til specifikke industrielle processer bør baseres på den tekniske og økonomiske sammenligning af enhederne under hensyntagen til effektiviteten af ​​deres arbejde, produktivitet, separationskapacitet, energi, kapital og driftsomkostninger.

I laboratoriepraksis anvendes i princippet de samme metoder, som anvendes i industrien til væskeudtræk udført i glas-, metal- eller polymerekstrakter af forskellige designs, hvoraf det enkleste er adskillelse af tregner, et Lewis-instrument (et bægerglas med omrørere) osv.

Destillation (destillation) og korrigering i spildevandsbehandling.


Destillation og udbedring er blandt de mest almindelige metoder til at adskille opløste organiske væsker fra spildevand. Anlæg til destillation og rensning af spildevand er som regel en del af de teknologiske ordninger i de vigtigste produktionsanlæg. Urenheder, der er isoleret fra spildevand, anvendes normalt i samme produktionsanlæg.

Destillation (fra lat Distillatio - dryppende) destillation, separation af flydende blandinger i fraktioner, der afviger i sammensætning. Processen er baseret på forskellen i kogepunkter af blandingsbestanddelene. Afhængig af de fysiske egenskaber af komponenterne i de separerede væskeblandinger anvendes forskellige destillationsmetoder.

En simpel destillation udføres i anlægget (figur 1) af en periodisk eller kontinuerlig handling ved gradvis fordampning af spildevandet i destillationen. De resulterende dampe kondenseres i en kondensator-køler, og destillatet trænger ind i samlingen. Påfør det på spildevand fra urenheder, hvis kogepunkt er signifikant lavere end vandets kogepunkt (aceton, methylalkohol osv.). For en mere fuldstændig adskillelse af blandingerne og for at opnå et koncentreret destillat udføres destillationen under tilbagesvaling (delvis kondensering af blandinger af forskellige dampe og gasser for at berige dem med lavkogende komponenter). Ovenfor destillation terning sæt rørformede spole eller dephlegmator, hvor den højere kogende vanddampe delvist kondensere det og som tilbageløb (fugtighed) går over i kuben, og pair-beriget lavtkogende komponenter er rettet i køleskab kondensator.

1-destillationskubus

3 kollektion
Figur 1. Simpel destillation

Fraktionel destillation, også kaldet fraktioneret destillation (Figur 2), er en type simpel destillation. Bruges til at adskille blandingen af ​​væsker i fraktioner, der koger i smalle temperaturområder. Samtidig trækkes destillater af forskellige sammensætninger (successivt i tid) ind i flere samlinger. Samling 1 modtager den første del af destillatet, den rigeste med lavkogende komponenter, samling 2 mindre rig, samling 3 endnu mindre rig osv. I hver af disse destillater (fraktioner) råder en eller flere bestanddele af den oprindelige blanding med tætte kogepunkter. Enkel destillation for at forbedre adskillelsen af ​​blandinger kombineres ofte med modstrøms refluxdestillation (delvis kondensering af blandinger af forskellige dampe og gasser for at berige dem med lavkogende komponenter) (figur 3). I dette tilfælde er udformet i et par terning kondenseres delvist i en dephlegmator 2 er kondensatet (tilbagesvaling) kontinuerligt returneres til terningen, og resten efter tilbagesvaling damp kommer ind i kondensatoren 3, hvor destillatet strømmer ind i solfangeren 4. På denne måde opnås en større berigelse af lavere kogende destillat komponenter, dvs.. a. Ved delvis kondensation (tilbagesvaling) af dampene er højkogende komponenter overvejende kondenseret.

Equilibrium destillation (flash fordampning), kendetegnet ved fordampning af væsken og langvarig kontakt med dampen ufordampet væske for at opnå faseligevægt (se figur 4) adskiller blandingen passerer gennem rørene 1, eksternt opvarmede røggasser. Den resulterende damp-væske blanding, tæt på ligevægtsstaten, kommer ind i separatoren 2 til mekanisk adskillelse af væske fra damp. Dampene (P) fra separatoren kommer ind i kondensatoren, hvorfra destillatet strømmer ind i modtageren, og den resterende væske i separatoren udledes i samlingen. I denne proces bestemmes forholdet mellem damp og væske af materialebalancen og fasejævningsbetingelserne. Ligevægtsdestillation anvendes sjældent til to-komponentblandinger; gode resultater opnås hovedsageligt i tilfælde af multikomponentblandinger, hvorfra det er muligt at opnå fraktioner, der afviger meget i sammensætningen.

Molekylær destillation er baseret på adskillelsen af ​​flydende blandinger ved deres frie inddampning i et højt vakuum på 133-13,3 mN / m2 (10-3 -10 -4 mm Hg) ved en temperatur under deres kogepunkt. Processen udføres med den indbyrdes indretning af fordampnings- og kondensationsfladerne i en afstand, der er kortere end den gennemsnitlige fri vej af molekylerne af det destillerede stof. På grund af vakuumet flytter dampmolekylerne fra den fordampende overflade til den kondenserende ene med det mindste antal kollisioner. Ved molekylær destillation bestemmes ændringen i dampkompositionen sammenlignet med væskesammensætningen ved forskellen i inddampningshastighederne af komponenterne. Derfor kan denne metode anvendes til at adskille blandinger, hvis komponenter har samme damptryk. Ved en given temperatur af væsken og det tilsvarende damptryk øges hastigheden af ​​molekylær destillation med faldende tryk i apparatet.

At reducere den tid det flygtige komponent diffusion af molekyler fra dybden af ​​væskelaget til overfladen af ​​fordampningsprocessen i moderne molekylære stills udføres i en meget tynd film af væske, som tillader desuden at reducere tidsforbruget på overfladen af ​​fordampning materiale og faren for dens termiske dekomponering. Til molekylær destillation anvendes anordninger med vandrette og vertikale fordampningsflader, såvel som centrifugalanordninger, der har fået den største industrielle anvendelse. I sidstnævnte karakteriseres processen af ​​den mindste tykkelse af en væskefilm (0,05 mm i gennemsnit) og dens opholdstid på varmeoverfladen (0,03-1,2 s). I centrifugalindretninger (figur 5) forsynes fordamperen 1, som er en hurtigt roterende kegle (nogle gange en skive), med en adskillelig blanding. Centrifugalkraft bevæger væsken fra midten til periferien (op). Dampene i det destillerede stof opsamles på en fast kondensator 2, der er placeret parallelt med fordamperens overflade, hvorfra destillatet kontinuerligt trækkes tilbage. Resten efter destillation udledes i den ringformede rille 3 og fjernes fra terningen. For at øge separationseffekten installeres flere enheder i serie.

Den molekylære destillation anvendes til separation og oprensning af høje og termisk ustabile organiske forbindelser, såsom til oprensning af estere af sebacinsyre, stearinsyre, oliesyre og andre. Acids, vitaminer til isolering fra fiskeolie og forskellige vegetabilske olier i fremstillingen af ​​medicinske præparater, vakuum olier, osv..

Rectification (fra late-latin rectificatio-straightening, rectification) er en af ​​metoderne til separering af flydende blandinger baseret på forskellig fordeling af komponenterne i blandingen mellem væsken og dampfaserne.

Når destillation damp- og væskestrømme bevæger sig i modsatte retninger (counter-current), gentagne gange i kontakt med hinanden i et specielt apparat (fractionators), med en del af effluenten fra dampen apparat (eller væske) returneres efter kondensation (damp) eller fordampning (for væske).

Rectification udstyr. De anordninger, der anvendes til oprensning, destillationskolonner, består af den faktiske kolonne, hvor modstrømskontakt af damp og væske udføres, og anordninger, i hvilke væskeafdampning og kondensering af damp finder sted, kuben og dephlegmatoren. Søjlen er en lodret stiv hulcylinder, indeni som er installeret den såkaldte. plader (kontaktanordninger af forskellige designs) eller placeret formet klumpet materiale - dyse. Cube og dephlegmator er sædvanligvis shell-and-tube varmevekslere (rørovne og roterende fordampere anvendes også).

Formålet med pladerne og dyserne er udviklingen af ​​grænsefladen og forbedringen af ​​kontakten mellem væske og damp. Pladerne leveres normalt med en indretning til overløb af væsken. Design af tre typer overløbsplader er vist i fig. 1 (a, b, c). Da dysen i destillationskolonnerne sædvanligvis anvendes ringer, hvis ydre diameter er lig med deres højde. De mest almindelige er Raschig-ringe (figur 2, 1) og deres forskellige modifikationer (figur 2, 2-4).

I både pakkede og pladesøjler anvendes dampens kinetiske energi til at overvinde kontaktanordningernes hydrauliske modstand og til at skabe et dynamisk dispergeret dampsystem - en væske med en stor grænseoverflade. Der er også destillationskolonner med en forsyning af mekanisk energi, hvor et dispergeret system opstår, når rotoren er monteret langs kolonneaksen. Rotationsapparater har et lavere trykfald i højden, hvilket er særligt vigtigt for vakuumkolonner.

Ifølge metoden til gennemførelse skelnes der kontinuerlig og periodisk retifikation. I det første tilfælde fodres den adskilte blanding kontinuerligt i destillationskolonnen, og to eller flere fraktioner, beriget i nogle komponenter og udtømt i andre, fjernes kontinuerligt fra søjlen. Flowdiagrammet for et typisk kontinuerligt retableringsapparat - en fuld søjle - er vist i fig. 3, a. Den fulde søjle består af 2 sektioner - styrkelse (1) og udtømmende (2). Den indledende blanding (sædvanligvis ved kogepunkt) føres til søjlen, hvor den blandes med den såkaldte. ekstraheret væske og strømmer gennem kontaktanordningerne (plader eller dyse) af det udtømmende modstrømsafsnit til den stigende dampstrøm. Efter at have nået bunden af ​​søjlen, strømmer væskestrømmen beriget med stærkt flygtige komponenter ind i kuglen af ​​søjlen (3). Her fordampes væsken delvist som følge af opvarmning med et egnet kølemiddel, og dampen går igen ind i den udtømmende sektion. Ud af denne sektion går damp (såkaldt fjernt) ind i styringssektionen. Efter at have passeret det, kommer dampen beriget med flygtige komponenter ind i tilbagesvalerskøleren (4), hvor den sædvanligvis er fuldstændigt kondenseret med et egnet kølemiddel. Den resulterende væske er opdelt i 2 strømme: destillat og tilbagesvaling. Destillatet er produktstrømmen, og tilbagesvalingen tilføres til vandingen af ​​styringssektionen, gennem hvilken kontaktanordningerne strømmer. En del af væsken trækkes tilbage fra bunden af ​​søjlen i form af såkaldt. Momsrest (også produktstrøm).

Forholdet mellem mængden af ​​tilbagesvaling til mængden af ​​destillat betegnes ved R og kaldes tilbagesvalingsnummeret. Dette tal er et vigtigt kendetegn ved rettelse: Jo større R, jo større er driftsomkostningerne i processen. Mindst nødvendige varme- og koldomkostninger forbundet med at udføre en bestemt separationsopgave kan findes ved anvendelse af begrebet minimum refluksnummer, som beregnes ved at antage, at antallet af kontaktanordninger eller dysens totale højde har en tendens til uendelig.

Hvis den indledende blanding skal opdeles på en kontinuerlig måde i antallet af fraktioner større end to, anvendes der en serie eller parallel serieforbindelse af kolonner.

Ved periodisk rektificering (figur 3, b), indlæses den oprindelige væskeblanding samtidigt i kuglen af ​​søjlen, hvis kapacitet svarer til den ønskede ydelse. Dampene fra terningen går ind i søjlen og stiger til dephlegmatoren, hvor de kondenserer. I den indledende periode returneres hele kondensatet til søjlen, hvilket svarer til den såkaldte. fuld vandingsregime. Derefter opdeles kondensatet i tilbagesvaling og destillat. Når destillatet tages (enten med et konstant tilbagesvalingstal eller med dets forandring) fjernes først flygtige komponenter fra søjlen, derefter flygtige komponenter osv. Den ønskede fraktion (eller fraktioner) tages til den passende opsamling. Operationen fortsætter indtil fuldstændig behandling af den oprindeligt indlæste blanding.

Dato tilføjet: 2015-07-15; visninger: 331 | Overtrædelse

Spildevandsbehandlingsteknologier med høj saltholdighed

Valget af metoden til rensning af saltvandspildevand (demineralisering af vand)

1. Metoder til vandafsaltning og deres klassificering.

Reduktion af saltholdigheden af ​​vand til grænserne for GOST 2874-82 "Drikkevand" eller en koncentration tæt på saltindholdet i destilleret vand betegnes henholdsvis afsaltning og afsaltning.

De eksisterende metoder til afsaltning og afsaltning af vand er opdelt i to hovedgrupper: med og uden forandring i tilstanden af ​​aggregering af vand. Den første gruppe af metoder omfatter destillation, opvarmning af vand til over den kritiske temperatur (350 o C), frysning, gashydratfremgangsmåde; til andenionbytning, elektrodialyse, omvendt osmose (hyperfiltrering), ultrafiltrering, ekstraktion, etc.

Destillation, ionbytning, elektrodialyse og omvendt osmose er de mest almindelige i praksis.

2. Afsaltning og afsaltning af vand ved destillation.

Destillationsmetoden er baseret på vandets evne til at fordampe og nedbrydes ved opvarmning til frisk damp og saltvand. Princippet om destillation er baseret på, at når saltvand opvarmes til en temperatur, der er højere end kogepunktet (ved en bestemt saltholdighed og et tryk), begynder vandet at koge. Den resulterende damp ved et tryk på mindre end 50 kgf / cm2 er praktisk taget ude af stand til at opløse saltene indeholdt i det afsaltede vand, så når der kondenseres, opnås ferskvand. For fordampning af 1 kg vand er det nødvendigt at opvarme det til kogepunktet og derefter tilsæt yderligere varme til faseovergangen af ​​vand til damp, den såkaldte latente fordampningsvarme, som er lig med en temperatur på 100 ° C til 539,55 kcal / kg. For at omdanne den resulterende damp til vand er det nødvendigt at fjerne varmen fra faseovergangen (559,55 kcal / kg) fra dampen. Meget af denne varme kan returneres til enheden, dvs. Det regenereret. Jo mere varme af faseovergangen er, desto højere er den termiske effektivitet af destillationsafsaltningsanlægget.

Princippet for driften af ​​destillationsdesalineringsanlægget med et trin er som følger: Kildevandet leveres via kondensatorvarmeren til fordamperen, hvor det opvarmes og fordampes på grund af varmen af ​​opvarmning af damp eller varmt vand. Den resulterende damp (sekundær) kommer ind i kondensatoren, hvor den afkøles af kildevandet og omdannes til destillat. Varmkondensering bruges til at forvarme fordamperens smeltevand.

De mest anvendte er forstadier med flere trin, som er adskillige på hinanden følgende en-trins enheder, hvor den sekundære damp fra den foregående fase anvendes som opvarmning af damp til fordampning af vand i den næste fase. Med stigningen i antallet af faser bliver flertalsafsaltningsanlæg mere økonomiske. Men med en stigning i antallet af fordampningstrin falder temperaturforskellen på tværs af hver af dem, den samlede varmeflade af apparaterne øges, og afsaltningsanlægets kapitalkostnader stiger kraftigt.

Den største fordel ved destillationsaflejringsanlæg på flere trin er, at en væsentligt større mængde af demineraliseret vand kan opnås pr. Enhed primær damp. Således opnås der ved enkeltstadieinddampning ca. 0,9 tons afsaltet vand pr. 1 ton primær damp, derefter i installationer med 50-60 trin - 15-20 tons afsaltet vand. Det specifikke energiforbrug i destillationsenheder er 3,5-4,5 kWh / m3 destillat.

Under driften af ​​destillationsdesalineringsanlæg spiller opskalering af varmeelementerne i fordamper og kondensatorer en negativ rolle, som reducerer vandvarmtemperaturen, nedsætter varmeoverførslen og driften af ​​alle enheder i anlægget. Reagens (specielle inhibitorer, tilsætningsstoffer, forsyring osv.) Og ikke-reagens (magnetisk, ultralydbehandling osv.) Anvendes til at forhindre skaldannelse. Næsten fuldstændigt elimineres skaladannelse opnås ved at skabe et tilstrækkeligt dybt vakuum i fordamperne, hvilket gør det muligt at reducere temperaturen af ​​det fordampede vand til 50 ° C og derunder. Energikostnader er ca. 10 kWh / m 3 afsaltet vand.

3. Ionbytningsmetode til afsaltning og afsaltning af vand

Ionbytningsmetoden til afsaltning og afsaltning er baseret på den sekventielle filtrering af vand gennem H-kation og derefter NSO3, OH eller CO3 2- anionbytningsfilter. I H-kationitfiltret udveksles kationerne indeholdt i vand, især Ca (II), Mg (II), Na (I) for hydrogen-kationer

Ved passage af vand efter H-kationfiltre gennem OH-anionbyttere udveksles anionerne af de dannede syrer for OH-ioner:

I overensstemmelse med den krævede dybde af afsaltning af vand er der installeret en-, to- og tre-trinsinstallationer, men i alle tilfælde anvendes stærkt sure H-kationbyttere med stor udvekslingskapacitet til at fjerne metalioner fra vand.

Resterende saltindhold med en-fase ionisering tager op til 20 mg / l. For at opnå vand med et saltindhold på op til 0,5 mg / l anvendes installationer med et to-trins H- og OH-ioniseringsskema.

Den største ulempe ved ionbytter afsaltning er:

  1. Signifikant forbrug af reagenser til regenerering af ionbytterharpikser:
    • regenerering af H-kationitfiltre udføres med syre (svovlsyre, saltsyre) med en strømningshastighed på 70-75 g / g-eq. For H-kationitfiltre i trin II er det specifikke forbrug af 100% svovlsyre 100 g pr. 1 gekv. absorberede kationer. Vandforbrug til vaskekationbytter er 5-8 m 3 / m3 kationbytter.
    • regenerering af OH-anionbytterfiltre udføres med en opløsning af alkali, det specifikke forbrug af 100% NaOH er 120-140 kg / m3 anionbytterharpiks. Vandforbrug til vask er op til 10 m3 / m 3 anionbytter.
    Når der er tale om afsaltning af ferskvand, regenereres førstegangsfiltrene hver 8.-10. Time, anden etape hver 8-10 dage.
  2. Filterregenereringstiden er 3-3,5 timer, så det kræver installation af to filtre (den ene arbejder, den anden er ved regenerering), hvilket øger kapitalkostnaden.
  3. På grund af det store antal anvendte reagenser er der betydelige omkostninger til transport og opbevaring.
  4. Behovet for at organisere en reagensøkonomi til modtagelse af syrer og alkalier, deres udpakning, fremstilling af mørtel og forbrugsstoffer.
  5. Væsentlig udledning af saltvand spildevand til spildevand og miljøforurening.

4. Desalinering ved elektrodialyse.

Desalinering af vand ved elektrodialyse er baseret på det faktum, at kationer af salte opløst i vand i et elektrisk felt bevæger sig mod en katode nedsænket i afsaltet vand og anioner mod en anode. I dette tilfælde overføres den elektriske strøm i opløsningen af ​​ioner, der udledes ved anoden og katoden.

Hvis rummet er divideret med partitioner, der er permeable til kationer og anioner i tre dele (katode, anode og arbejde), så vil de fleste af de kationer, der opløstes i saltvand, overføres til katoden og anioner til anodrummet under påvirkning af elektrisk strøm. Vandet i elektrodialysens arbejdsområde vil afsalt.

Ionbytter (kationiske og anioniske aktive) membraner anvendes som partitioner, og elektrodialysemaskinens effektivitet afhænger af egenskaberne og kvaliteten af ​​disse anvendes. Membraner skal have en høj elektrisk ledningsevne, selektivitet og høj diffusionsmodstand, være tilstrækkeligt stærke og holdbare i vand og saltvand.

Udformningen af ​​multi-kammer ensrettet elektrodialyse involverer et sæt af skiftende kamre adskilt af ionbytningsmembraner. Desalineret vand kommer ind i apparatets lige kamre, saltvand cirkulerer gennem de ulige kamre. Ved passage af direkte elektrisk strøm bevæger kationerne af opløste salte i ens kamre imod kationbyttermembraner, passerer gennem det, og anionerne - til anoden, passerer let ind i det ulige nummererede kammer gennem anionbyttermembranen. Fra de ulige kamre trænger hverken anioner eller kationer ind i nabokamrene, da de støder på en hindring i bevægelsesvejen i form af kation-impermeable anioniske membraner og uigennemtrængelige for anioner kationiske membraner. Salte overføres fra lige kamre til ulige kamre. Vand i lige kamre afsaltes, salte ophobes i ulige saltvandskamre.

For at forhindre dannelsen af ​​et bundfald på overfladen af ​​membranen af ​​uopløselige calciumsalte, bariumsulfat, jern osv. Såvel som organiske forbindelser, der ikke fjernes under elektrodialyseprocessen, anvendes reversibel elektrodialyse, dvs. med jævne mellemrum udføre en ændring i strømmenes polaritet, hvilket medfører en ændring i strømningsretningen og fjernelse af nedbør.

Udbyttet af renset vand er 90-95% af det indkommende vand med kontrolleret omsætning af den koncentrerede strøm og andre yderligere foranstaltninger. Regelmæssig genvinding af den koncentrerede strøm giver et udbytte af renset vand fra 70 til 85%.

Processen kræver ikke yderligere kemiske reagenser, det skaber ikke stoffer, der forgifter miljøet, men en nødvendig betingelse for pålidelig drift af elektrodialysinstallationen er omhyggelig forbehandling af vand fra suspenderet materiale og blanding af organiske stoffer, forbindelser af jern og mangan.

5. Afsaltning ved omvendt osmose.

For nylig er membranmetoder, især omvendt osmose, blevet anvendt i vid udstrækning til fremstilling af afsaltet vand. Metoden for omvendt osmose er en af ​​de mest lovende metoder til oprensning og dyb afsaltning af vand med forskellig mineralisering. Det er baseret på adskillelse af opløsninger ved filtrering gennem semipermeable membraner, hvis porer passerer vandmolekyler, men passerer ikke hydraterede salte eller molekyler af ikke-dissocierede forbindelser. Hvis en semipermeabel væg placeres i beholderen mellem frisk og saltvand, der er i stand til at passere vand og holde de hydrerede ioner af vandopløselige salte, kan man observere, hvordan ferskvand begynder at strømme ind i saltvandskammeret. Strømmen af ​​rent vand opstår på grund af forskellen i væskekoncentrationen på begge sider af septum. Efter et stykke tid vil niveauet af ferskvand blive mærkbart under niveauet af saltvand. Forskellen i niveauer efter stabil tilstand karakteriserer det opløste osmotiske tryk. Hvis et tryk, der overstiger osmotisk tryk, skabes i en saltvandsløsning, strømmer friskvandsmolekyler i retning modsat dens naturlige bevægelse, dvs. vandet fra opløsningen begynder at strømme gennem septumet i ferskvand. Denne proces er kendt som omvendt osmose. Afsaltning af saltvand ved hjælp af omvendt osmose er netop baseret på processen af ​​strømmen af ​​rene vandmolekyler fra opløsning for at skabe et højere tryk end osmotisk i retningen fra opløsning til frisk vand gennem en semipermeabel væg. Den semipermeable skillevæg er valgt således, at vandmolekylerne kan passere gennem dets porer, men kan ikke passere ioner af salte opløst i saltvand. Da ionerne af salte i mængden på ca. 1,5 gange mere end vandmolekyler er dette muligt (i teknisk forstand) muligt.

Omvendt osmose-metoden har betydelige fordele i forhold til traditionelle metoder: procesens energikostnader er forholdsvis små, installationerne er strukturelt enkle og kompakte, deres arbejde afhænger kun af svingningerne i kildevandets kvalitet, operationen kræver ikke højt kvalificeret personale, og driften af ​​installationerne kan let automatiseres. Hovedfunktionen ved omvendt osmose er det praktiske fravær af forbrug af kemiske reagenser til vandbehandling (syrer, alkalier osv.), Med undtagelse af små udgifter til pH-justering, skalainhibering og periodisk vask af membraner. Affaldets spildevand (koncentrat) indeholder praktisk taget kun de salte, der var i kildevandet, mens den totale mængde salte i spildevandene, når de ioniseres, er mindst to gange eller tre gange højere end deres indhold i renset vand. Det er sandt, at mængden af ​​spildevand, selvom det har et lavere saltindhold, forbliver omtrent det samme som i ionbytter afsaltning.

Omvendt osmosemetoden er forskellig, idet adskillelsen på membranen sker uden faseomdannelser af stoffer og kræver kun energiforbrug til at pumpe opløsningen langs membranen og tvinge opløsningsmidlet (vandet) gennem membranen. I dette tilfælde fungerer den semipermeable membran ikke som et filter, på hvilket de forsinkede stoffer ophobes. Det deler kun den oprindelige strøm i to. Den første strøm - vand, der passerer gennem membranen (permeat) - indeholder mindre salt end det oprindelige vand. Den anden strøm - kildevandet - når den bevæger sig langs membranen bliver mere og mere koncentreret, idet den medtager saltene, der fastholdes af membranen. Strømmen, der forlader separationselementet, kaldes et koncentrat.

Arbejdstrykket i apparatet afhænger af saltvandets saltvand og det osmotiske tryk i opløsningen. Til afsaltning af vand fra vand er der som regel 0,7-1,2 MPa tilstrækkeligt til afsaltning af havvand - 5-7 MPa.

Afhængigt af arbejdstrykket kan membranerne og rulleelementerne have lavt, medium og højt tryk. I øjeblikket tilbydes en bred vifte af lav-, mellem- og højtryksrulleelementer til afsaltning af farvande af forskellig sammensætning med en høj selektivitetsværdi (mere end 99%), både af russisk og udenlandsk produktion.

Udviklingen i udlandet af højt selektive og højtydende omvendte osmosemembraner, der arbejder ved tryk på 0,7-1,0 MPa og rulleelementer baseret på dem (de såkaldte ressourcebesparende elementer) gør det muligt at anvende dem effektivt i afsaltningen af ​​lavmineraliseret vand. I dette tilfælde er energiforbruget 0,5-1,5 kW / m3 renset vand.

6. Valget af afsaltning metode.

Valget af afsaltningsmetode bestemmes af originalets kvalitet og kravene til kvaliteten af ​​det behandlede vand, plantepræstationen og tekniske og økonomiske overvejelser. Vurderingen af ​​økonomiske indikatorer møder visse vanskeligheder, da de afhænger af mange faktorer af naturlig, teknisk og økonomisk karakter. Der er imidlertid generelle retningslinjer for brugen af ​​en eller anden afsaltningsmetode.

Diagrammet nedenfor viser de anbefalede grænser for brugen af ​​forskellige afsaltningsmetoder afhængigt af saltvandets saltvand og desalineringsanlægets daglige produktivitet (igen opmærksom på det anbefalende indhold af dette diagram).

Baseret på dataene i diagrammet følger:

  1. Omkostningerne ved vandafsaltning ved ionbytning øges kraftigt med stigende saltindhold i vand; Samtidig falder dybden af ​​afsaltning af vand. Derfor er afsaltning ved ionbytning (blandings-ionbytning, normal eller ved kontinuerlig regenerering) at foretrække til høj daglig vandforbrug med lav saltholdighed mindre (op til 100 mg / l).
  2. På baggrund af den nye udvikling inden for omvendt osmose, nemlig udviklingen af ​​lavtryks-, højtydende og højselektive membraner (energibesparende) er området med anvendelse af membranteknologi (omvendt osmose) dramatisk udvidet. I en bred vifte af saltindhold (0,15-50 g / l) er desalineringsmembranplanterne sammenlignelige med elektrodialysatorer med økonomiske indikatorer og sammenlignes positivt med ionbytning.
  3. Desalinering af stærkt koncentrerede saltvand er økonomisk fordelagtigt at udføre ved destillation.

Termisk destillation (destillation) spildevand

Destillation er processen med adskillelse af flydende blandinger baseret på forskellen i sammensætningen af ​​væske og damp. Adskillelsen udføres jo lettere, desto mere sammensætningen af ​​den flydende opløsning og dampen.

For at adskille blandingerne anvendte fraktioneret destillation. Metoden til fraktioneret destillation består i at udføre en række successive faser:

1) opvarmning af den oprindelige væskeblanding til kogning for at fremstille damp af en bestemt sammensætning;

2) kondensering af den resulterende damp;

3) fordampning af kondensat til dannelse af damp af en ny sammensætning beriget i en flygtig bestanddel.

Ifølge Rauls lov er det delvise tryk på opløsningsmidlets damp (vand) sx over opløsningen med et flygtigt opløst stof (urenhed) er proportional med den molære fraktion af opløsningsmiddel xx i opløsning:

hvor r °< - damptryk af rent opløsningsmiddel ved en given temperatur

Hvis begge dele af opløsningen er flygtige, er Rauls lov opfyldt for hver af komponenterne:

hvor s2 - Dampets partielle damptryk; x2 - molfraktion af opløst stof.

Det samlede damptryk over opløsning P ifølge Daltons lov er lig med summen af ​​partialtryk px og s2:

Fra udtryk (8.8) og (8.9) følger det ved konstant temperatur, at partieltryk af komponenterne i dampfasen og det samlede tryk af sidstnævnte er lineært afhængig af den molære koncentration af den lavkogende komponent i ligevægtsvæskefasen. Denne afhængighed er vist i fig. 8,8, hvor de skrånende lige linjer OA og CB skildrer mønstre for forandring i pog og ss, og den lige linje AB er regelmæssigheden af ​​ændringen i det totale damptryk over kogende væskeblandingen ved t = const.

Fig. 8.8. Graf af Rauls lov om en blanding af to flygtige væsker

I ideelle løsninger er Raoult-loven tilfreds for begge komponenter i hele sammensætningsområdet.

ADB kurve i fig. 8.8 viser den hyperbolske afhængighed af koncentrationen af ​​en lavkogende komponent i dampfasen y på det totale tryk P, hvilket betyder: dampen er altid rigere end den lavkogende (mere flygtige) komponent end ligevægtsfluidfasen (y x).

I praksis udføres adskillelsen af ​​blandinger ved kontinuerlig fraktioneret destillation, kaldet retifikation. Rettelsen anvendes til rensning af spildevand fra flygtige organiske stoffer, især phenoler.

Essensen af ​​retificeringsprocessen er adskillelsen af ​​en blanding af væsker med forskellige kogepunkter af en eller flere væsker i ren tilstand. Dette opnås ved gentagen varme og masseoverførsel mellem væsken og dampfaserne; Som et resultat overføres en del af den flygtige komponent (urenhed) fra væskefasen til dampfasen og en del af den mindre flygtige komponent (vand) fra dampfasen til den flydende fase.

Destillationsanlæg er periodiske og kontinuerlige handlinger. Batch planter bruges til at adskille en lille mængde spildevand. Processen med kontinuerlig retificering udføres i installationen vist i fig. 8.9.

Fig. 8.9. Skema af kontinuerlig destillationsenhed

Installationen består af en destillationskolonne 2, en tilbagesvalerskondensator 3, et køleskab 4, en forvarmer af rå spildevand 7, destillatsamlere (organiske urenheder) 5 og en destillationsrest (renset vand) 6. Tilbagesvaler, køleskab og forvarmer er konventionelle varmevekslere.

Ved beregning af korrigeringskolonnerne strømmer materialet og varmeomkostningerne bestemmes i overensstemmelse med materialets ligninger og varmebalance; Ved anvendelse af de kinetiske ligninger beregnes kolonnens hovedmål (diameter, højde), dimensionerne af elementerne i den indre struktur (plader, hætter, dyser osv.).

Ordningen med materialestrømme i rektifikationssøjlen er vist i fig. 8.10.

Fig. 8.10. Ordningen af ​​materiale flyder i korrigeringskolonnen:

1 - destillationskolonne; 2 - destillation kub; 3 - dephlegmator

I kolonnen strømmer dampen G op fra bunden og fra toppen nedad flyder væsken som en indledende blanding F (spildevand) i midterdelen og apparatets øvre del i form af slim F (beriget organisk stof). De endelige produkter er den kondenserede damp P af en flygtig, lavkogende (NC) organisk urenhed, der kommer fra den øverste del af søjlen, og den kogende komponent W (VK) - renset vand strømmer fra den nederste del af søjlen.

Materialets balance i destillationskolonnen for strømmen:

Eftersom G = P + F,

hvor F er strømningshastigheden af ​​den oprindelige blanding (spildevand), kmol (kg); P - forbrug af destillat (ekstraherede urenheder), kmol (kg); W er forbruget af momsrester (renset vand), kmol (kg). Materialebalance for lavkogende (NC) urenheder:

Her xF, xr= xf og xw - indholdet af forurenende stof i det oprindelige spildevand, i destillatet (reflux) og i renset vand, mol. del (masse. andel).

Antallet af dampe stiger i søjlen

Her er R = F / P refluxtalet, hvilket er forholdet mellem mængden af ​​tilbagesvaling og mængden af ​​destillat.

Kolonnenes varmebalance (figur 8.11) består af:

- ankomsten af ​​varme fra kølevæsken i kedlen QKm, med det oprindelige spildevand Qf, med slim?f;

- varmeforbrug med damp i tilbagesvaler QG, med renset vand Qw og tab til miljøet Qn.

Fig. 8.11. For at kompilere varmebalancen i destillationskolonnen:

1 - destillationskolonne; 2 - kedel; 3 - dephlegmator

Så varmen balance ligning

Løsning af varmebalancens ligning (8.10), find varmeeffekten J / s (W) i kedlen