以PX为溶剂中空纤维膜萃取净化PTA废水的研究

发布时间：2017-12-22 03:10

本文关键词：以PX为溶剂中空纤维膜萃取净化PTA废水的研究　出处：《浙江大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：精对苯二甲酸(PTA)是一种大宗化工原料,其生产过程的加氢精制工序排放大量有机废水。PTA废水中主要杂质是对甲基苯甲酸(PT酸)属于低毒物质,因此废水需要净化处理后才能达标排放。现有的PTA废水处理方法主要是生化降解法,占地大,成本高,同时无法回收有价值的芳香羧酸和废水,因此开发经济高效的PTA废水处理方法具有重要意义。采用对二甲苯(PX)作为萃取剂净化PTA废水中的PT酸是一种有效的方法,萃取后富含PT酸的PX可以直接返回PTA氧化单元反应而无需后续分离。传统萃取设备易产生溶剂乳化现象,而采用中空纤维膜萃取可以避免溶剂乳化跑损。目前还没有以PX为溶剂采用中空纤维膜萃取PTA废水的研究报道,因此有必要对该过程进行系统的研究和开发。本文以PX为萃取剂,采用中空纤维膜萃取方法来净化处理PTA废水,针对该过程开展了系统的化学工程研究,内容包含以下方面。1.测试了 PT酸在PX-水两相体系中的热力学平衡数据,PX萃取PT酸的摩尔分数分配系数为16-89。采用非随机双液活度系数模型对热力学数据进行了回归,相对误差小于8%。计算了 PT酸在PX/水溶液中的扩散系数。2.采用线型聚丙烯中空纤维膜实验研究了萃取PTA废水的可行性。当萃取时间50-60 s时可以将PTA废水中的PT酸浓度降至100 gm~(-3)以下,达到废水回收利用标准。膜萃取时,水油两相最大压降比击穿压小两个数量级,运行100h膜组件传质效率仅降低0.6%,说明中空纤维膜萃取的长期运行较稳定。数学模拟表明,膜萃取的速率控制步骤是管程水相中PT酸的扩散,合理的工业膜萃取条件为:萃取时间50-60 s,膜纤维长度1.0 m,水油比为9.0,温度318 K,膜纤维内径200-250 μm,空隙率/弯曲因子之比为0.20。3.采用螺旋型中空纤维膜强化管程的传质速率。实验证实了螺旋型膜萃取的传质速率是相同操作条件下线型膜萃取的约两倍。建立了螺旋坐标系下的传质模型,实验和数学模拟给出的优化螺旋型中空纤维膜萃取条件为:萃取时间26-30 s,膜纤维长度1.0m,膜纤维内半径200 μm,曲率半径3.0 mm,螺距4.5 mm,萃取温度318 K。4.设计了一种新型方形中空纤维膜组件以避免壳程流体短路现象。对方形中空纤维膜组件建立了边界元计算模型,采用新颖的边界元简捷算法解决了大数量膜纤维的管程与壳程传质耦合计算的效率难题。结果表明:方形中空纤维膜组件水相萃取时间50 s,膜纤维总长度1.0 m,可以将PTA废水中的PT酸浓度降至100 gm~(-3)以下,但水/油比从理想逆流圆柱形膜组件的9.0降至7.5。最后,针对PTA废水中除PT酸之外其它杂质的去除,提出了相应的技术措施。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X783;TQ028.8

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