基于三元溶剂与离心萃取协同技术的煤焦油加工硫酸钠废水资源化研究

发布时间：2020-06-06 20:48

【摘要】：随着经济社会的发展,对于清洁生产和资源回收的需求日益迫切。煤焦油加工硫酸钠废水是一种含有高浓度苯酚的剧毒废水,若不妥善处置将对自然环境和人类健康产生巨大威胁。溶剂萃取法是一种简单高效的含酚废水处理方法,但普通的萃取剂往往无法满足高萃取性能、低溶解度、再生性能等多种工业使用要求。本文研发了一种绿色、高效、新型的三元萃取剂磷酸三丁酯(TBP)/碳酸二乙酯(DEC)/环己烷(CYH)来处理硫酸钠废水,随后以碱液作为反萃剂完成萃取剂的再生和苯酚的回收。为了满足工业连续处理要求,以离心萃取机为设备平台,研究了设备的水力特性和内部流动特性,实现了三元萃取剂与离心萃取协同处理硫酸钠废水。本文的主要研究内容和创新成果如下:(1)研究了萃取剂配方的影响,发现TBP/DEC/CYH的最佳体积比为20%:20%:60%,反萃取剂NaOH最佳浓度为lmol/L。系统地考察了萃取条件和反萃取条件的影响,获得最大的萃取和反萃取效率分别为99.79%和96.29%。采用FTIR证明了TBP和DEC共同发挥了萃取作用。(2)基于Box-Behnken实验设计和响应面法优化了萃取和反萃取过程,建立了预测萃取-反萃取效率的二次回归方程模型。在高效率低相比的优化原则下,优化萃取条件为萃取时间299.4 s,温度33.43℃,相比为0.45,萃取效率达到98.40%。在高效回收苯酚资源的优化原则下,反萃取优化条件为反萃取时间213.4 s,温度为36.85℃,相比为0.97,反萃取效率为96.39%。(3)设计并搭建离心萃取平台,研究了在萃取剂-NaSO4溶液体系下的水力特性。体系的相分离能力随着盐浓度的增加而增大;随着转速的增加,相夹带量呈现下降的趋势,最大分离容量线性增加,存液量减少;当流比远离1,相夹带量会快速上升,导致最大分离容量降低,合适的流比范围为0.25-4。(4)基于CFD计算和PIV实验验证,研究了混合区域泰勒涡流态变化和转鼓内流场分布。泰勒涡混合能力和转鼓抽吸能力都随着转速的增加而增大;对离心萃取机内的气-液界面进行调控,获得了转速对于气-液界面的影响规律;混合区域内的液-液两相混合计算表明转速的增加和流量的减少能够使两相混合更加均匀。(5)采用三元萃取剂和离心萃取对硫酸钠废水进行协同处理研究,研究了流比、转速、流量对级效率和萃取效率的影响。流比远离1时,级效率将逐渐下降;转速对于效率有一定的增益作用;流量增加使效率呈现减小的趋势:设备单级最大萃取效率可达99.76%,级效率接近100%;二级萃取后废水中的含酚量低于0.12mg/L,达到排放要求。
【图文】：

－重相堰；３－挡水板；４－轻相收集室；５－轻相堰；６－环隙混片；８－转鼓进口；邋９－转鼓；１０－澄清区域；１１－外筒逡逑图１．２．环隙式离心萃取机的结构示意Ｍ逡逑Ｆｉｇ．邋１．２．邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ａｎｎｕｌａｒ邋ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ邋ｅｘｔｒａｃｔｏｒ逡逑机中的两相混合主要发生在设备外壳和转鼓之间的生的湍流泰勒涡将两相充分的混合。随后，两相混，澄清区位于转鼓内，为了能带动混合液与澄清区，叶片数目需要考虑结构的均衡对称，当转鼓直径径转鼓中可以多设置几块叶片。在澄清区中，，两相面需要用重相堰来控制。离心萃取机所采用的重相设计了邋（ｐ５0ｍｍ环隙式离心萃取机，当两相分离效节转速和重相堰来改善。当轻相夹带重相时，可以相夹带轻相时，应降低转速或者减小重相堰半径；或者轻重相分界带太宽，应提高转速或者减少重相

卜重相收集室；２－重相堰；３－挡水板；４－轻相收集室；５－轻相堰；６－环隙混合区域；７－混合叶逡逑片；８－转鼓进口；邋９－转鼓；１０－澄清区域；１１－外筒逡逑图１．２．环隙式离心萃取机的结构示意Ｍ逡逑Ｆｉｇ．邋１．２．邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ａｎｎｕｌａｒ邋ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ邋ｅｘｔｒａｃｔｏｒ逡逑环隙式离心萃取机中的两相混合主要发生在设备外壳和转鼓之间的环隙内，当转鼓逡逑高速旋转时，液体产生的湍流泰勒涡将两相充分的混合。随后，两相混合液通过转鼓底逡逑部的进口进入澄清区，澄清区位于转鼓内，为了能带动混合液与澄清区同步旋转，澄清逡逑区内装设由径向叶片，叶片数目需要考虑结构的均衡对称，当转鼓直径较小时，叶片数逡逑目可以少些，而大直径转鼓中可以多设置几块叶片。在澄清区中，两相混合在高速旋转逡逑的作用下分相，相界面需要用重相堰来控制。离心萃取机所采用的重相堰为环形堰。逡逑陈崔龙等人｜６￣在设计了邋（ｐ５0ｍｍ环隙式离心萃取机，当两相分离效果不好或者互相逡逑夹带时
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O658.2;X784

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本文编号：2700245