萃取原理 │ 萃取法處理含酚廢水舉例
設(shè)備概述
具有密度差的多相混合液進(jìn)入該實(shí)用新型后，在同一機(jī)器中完成混合傳質(zhì)過程和分離過程。直聯(lián)型電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)， 產(chǎn)生所需要的強(qiáng)大離心力場，通過變頻器改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，可以改變離心力場的大小，以適應(yīng)不同的物系。在此離心力場中，多相混合液因?yàn)槠涿芏炔煌?，所受的離心力亦不同，固而產(chǎn)生分層現(xiàn)象，從而達(dá)到萃取或分離的目的。
工作原理：
該機(jī)集混合與分離于一體，結(jié)構(gòu)緊湊。借助離心力加速具有比重差的液-液兩相的分離。不融合的兩個(gè)液相分別自兩個(gè)進(jìn)料管口進(jìn)入轉(zhuǎn)子的外腔，借助轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而快速混合?；旌虾蟮囊后w通過轉(zhuǎn)子底部的通道進(jìn)入轉(zhuǎn)子內(nèi)部。具有自吸泵功能的轉(zhuǎn)子內(nèi)部分為四個(gè)豎直的腔體，進(jìn)入的液體相互平衡。液體在轉(zhuǎn)子內(nèi)從下而上流動(dòng)過程中逐漸分離。分離區(qū)從擋流盤直到輕相堰，保證有足夠的時(shí)間形成液-液分界面。分離開的液-液相分別通過輕、重相堰匯集到各自的收集腔，并分別由各自出口排出。重相堰板可以拆下更換以改變堰板直徑。
典型特點(diǎn)：
◆水相或有機(jī)溶劑混合物分離--2000mL/min，效率高，處理量大；
◆替代昂貴的中間貯槽和泵--多級(jí)串聯(lián)逆流洗滌或萃取，節(jié)約設(shè)備及占地；
◆輕重相兩個(gè)進(jìn)口--萃取劑、溶劑或洗滌劑最小流量20mL/min，使用方便；
◆適合比例、流量變化及間歇操作--研究、開發(fā)理想的實(shí)驗(yàn)設(shè)備；
◆堰板尺寸及轉(zhuǎn)速可調(diào)--適合不同液體比重、不同粘度的液體物料，適用范圍廣；
◆可以提供符合FDA和cGMP規(guī)范的機(jī)型--易于消毒、CIP清洗、快開結(jié)構(gòu)；
◆滿足防爆以及有毒有害介質(zhì)的應(yīng)用環(huán)境，密閉操作，對外界環(huán)境無污染。
典型應(yīng)用：
該型式的離心萃取機(jī)廣泛用于不含固體或含少量固體體系的液/液萃取或分離領(lǐng)域。如：
◆油水分離（原油/重油/柴油等除水、除鹽）
◆制藥（如利用乙酸乙酯、二氯甲烷、正丁醇、氯仿等）
◆中藥提取（茶葉萃取茶妥酚、中藥萃取大蒜油等）
◆農(nóng)藥（等萃取）
◆生物工程（營養(yǎng)液、干擾素等萃取）
◆化工/精細(xì)化工（催化劑萃取等）
◆濕法冶金（利用多級(jí)萃取、反萃等工藝提取鎳、銅、鈾等稀有金屬）
◆食品（食用油、香料、精煉油、食品色素等分離或萃?。?br style="margin: 0px auto; padding: 0px; list-style-type: none;">◆香料行業(yè)
◆印染行業(yè)（印染污水的處理回收）
◆環(huán)保行業(yè)（利用多級(jí)萃取、反萃等工藝含酚污水處理、船舶污水中的油水分離、油水分離、地下水分離或萃取提純等）
◆化妝品行業(yè)（萃取營養(yǎng)成分等）
◆液/氣兩相的分離（從液相中去除氣泡等）
技術(shù)參數(shù):
項(xiàng) 目 型 號(hào) | 轉(zhuǎn)鼓直徑 mm | 混合通量 L/h | 電機(jī)電壓V/AC | 電機(jī) kW | 進(jìn)/出口 | 長×寬×高mm | 質(zhì)量 kg |
CTL50-N | 50 | 0 ～ 50 | 380 | 0.18 | φ17/φ17 | 280×240×720 | 50 |
CTL70-N | 70 | 10 ～ 80 | 0.18 | φ17/φ17 | 340×280×755 | 65 | |
CTL150-N | 150 | 200 ～ 800 | 2.2 | φ34/φ34 | 495×495×1155 | 150 | |
CTL250-N | 250 | 800 ～ 3000 | 5.5 | φ50/φ50 | 725×725×1735 | 600 | |
CTL350-N | 350 | 3000 ～ 8000 | 11 | φ89/φ89 | 880×880×2100 | 1000 | |
CTL450-N | 450 | 8000 ～ 15000 | 15 | φ89/φ89 | 1100×1100×2250 | 1500 | |
CTL550-N | 550 | 15000 ～ 30000 | 30 | φ108/φ108 | 1300×1300×2750 | 2000 | |
CTL650-N | 650 | 30000 ～ 65000 | 30 | φ133/φ133 | 1500×1500×3200 | 3000 |
※ 以上混合通量是按水的通量進(jìn)行計(jì)算。該數(shù)據(jù)會(huì)因具體物料不同而發(fā)生改變，以實(shí)際物料情況為準(zhǔn)。
萃 取 原 理 簡 介
→ 用溶劑從液體混合物中提取其中某種組分的操作稱為液/液萃取。萃取是利用溶液中各組分在所選用的溶劑中溶解度的差異，使溶質(zhì)進(jìn)行液液傳質(zhì)，以達(dá)到分離均相液體混合物的操作。萃取操作全過程可包括：
1．原料液與萃取劑充分混合接觸，完成溶質(zhì)傳質(zhì)過程；
2．萃取相和萃余相的分離過程；
3．從萃取相和萃余相中回收萃取劑的過程。通常用蒸餾方法回收。
→ 現(xiàn)以提取含有A、B兩組分的混合液中的A組分為例說明萃取操作過程。選用一種適宜的溶劑S，這種溶劑對欲提取的組分A應(yīng)有顯著的溶解能力，而對其它組分B應(yīng)是不溶或部分互溶（互溶度越小越好）。所選用的溶劑S稱為萃取劑。待分離的混合液（含A+B）稱為原料液，其中被提取的組分A稱為溶質(zhì)，另一組分B（原溶劑）稱為稀釋劑。
萃取過程的三個(gè)步驟：
（1）首先將原料液（A+B）與適量的萃取劑S在混合器中充分混合。由于B與S不互溶，混合器中存在S與（A+B）兩個(gè)液相。進(jìn)行攪拌，造成很大的相界面，使兩相充分接觸，溶質(zhì)A由原料液（稀釋劑B）中經(jīng)過相界面向萃取劑S中擴(kuò)散。這樣A的濃度在原料液相中逐漸降低，在液相S中逐漸增高。經(jīng)過一定時(shí)間后，兩相中A的濃度不再隨時(shí)間的增長而改變，稱為萃取平衡。
（2）在充分傳質(zhì)后，由于兩液相有密度差，靜置或通過離心作用會(huì)產(chǎn)生分層，以此達(dá)到分離的目的。以萃取劑S為主，并溶有較多溶質(zhì)A的一相稱為萃取相，以E表示；以稀釋劑B為主并含有少量未擴(kuò)散的溶質(zhì)A的一相稱為萃余相，以R表示。
（3）通常用蒸餾的方法回收S。脫除S后的萃取相稱為萃取液；脫除S后的萃余相稱為萃余液。
在化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，都會(huì)產(chǎn)生廢水。如產(chǎn)品洗滌廢水、生產(chǎn)車間設(shè)備及地面沖洗廢水等。這些廢水匯集后經(jīng)下水管道排入江、河、湖泊。當(dāng)這些廢水中含有的各種有害成份達(dá)到一定濃度時(shí)，即將對江、河、湖泊造成嚴(yán)重污染，其后果是破壞了生態(tài)環(huán)境，也危害了人民群眾的身心健康。如鋼鐵工業(yè)煉焦廠產(chǎn)生的含酚廢水；化工生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)生的硝化廢水、硝基廢水；木材廠產(chǎn)生的含酚廢水。這些廢水中的含酚濃度一般在1000～5000ppm左右。有的可達(dá)10000ppm。如果將此類廢水中所含的酚取出，使所排放的廢水達(dá)標(biāo)，即減輕了對環(huán)境的污染，取出的酚類產(chǎn)品還可在生產(chǎn)上回用，有著一定的經(jīng)濟(jì)效益。
CTL325-N型離心萃取機(jī)是我公司科研人員在為國防工業(yè)開發(fā)研究用于金屬鈾萃取設(shè)備的基礎(chǔ)上，針對含酚廢水的特性研究開發(fā)出的新一代離心萃取機(jī)。該機(jī)將傳質(zhì)與分離匯集一體，具有結(jié)構(gòu)緊湊、處理能力大、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、功耗低、清洗維護(hù)方便等特點(diǎn)。可單機(jī)使用，也可多機(jī)串聯(lián)使用。根據(jù)不同的萃取體系及使用條件通過調(diào)整轉(zhuǎn)速、漿葉直徑及重相堰板直徑等參數(shù)來改善萃取時(shí)兩相混合程度及分離效果和萃取效率。
以年產(chǎn)4000噸對硝基鈉為例，相應(yīng)的廢水排放量每年約20000m3左右。設(shè)計(jì)每天處理70m3，每年開工300天計(jì)，則年處理含酚廢水21000m3，能夠把生產(chǎn)中所排含酚廢水全部處理掉，解決了含酚廢水的排放問題。
對硝基鈉生產(chǎn)工藝流程：
一．設(shè)計(jì)參數(shù)
1． 處理規(guī)模：根據(jù)水量，按每天運(yùn)行14小時(shí)每年運(yùn)行300天計(jì)，每天處理的水量為70m3，每年處理的水量為21000m3。
2． 方案選擇及工藝條件：
本方案采用離心萃取技術(shù)及選用大容量離心萃取機(jī)經(jīng)三級(jí)逆流萃取，三級(jí)逆流反萃取可達(dá)到的脫酚效果和萃取劑有效的再生循環(huán)使用能力。含酚廢水經(jīng)過處理后，排出的脫酚廢水中含酚量＜10ppm，揮發(fā)酚含量＜0.5ppm，萃取配比：廢水與萃取劑為3：1～4：1；反萃取比：萃取劑與堿液為2：1～3：1；具體參數(shù)待試驗(yàn)后確定。離心萃取機(jī)轉(zhuǎn)鼓材質(zhì)為316L；機(jī)殼部分采用聚丙烯板材制造，具有可靠的耐腐蝕性。
二．工藝簡圖
工藝簡述：含酚廢水送入離心萃取機(jī)，同時(shí)，萃取劑按比例進(jìn)入離心萃取機(jī)，經(jīng)萃取脫酚后廢水排出離心萃取機(jī)。含酚萃取劑進(jìn)入反萃取機(jī)同時(shí)液堿按比例進(jìn)入反萃取機(jī)對含酚萃取劑進(jìn)行堿洗運(yùn)行，經(jīng)過堿洗后萃取劑可循環(huán)使用。反萃后產(chǎn)生酚鈉液排出反萃取機(jī)進(jìn)行酚鈉回收。萃取劑采用ABK絡(luò)合萃取劑，液堿采用工業(yè)燒堿配制。
三．設(shè)備配置及流程
該方案選擇三級(jí)萃取，三級(jí)反萃工藝，其主要設(shè)備為6臺(tái)離心萃取機(jī)以及配備相應(yīng)的槽、罐、泵等輔助設(shè)備，工藝簡單易操作，詳見流程圖。
流程簡述：
1．廢水：含酚廢水由泵或管道送入廢水沉清池待用，沉清廢水經(jīng)泵送入廢水高位槽，當(dāng)高位槽充滿后多余廢水經(jīng)溢流管返回沉清池，此時(shí)，泵停止運(yùn)行。
2．萃取劑：為便于形象化描述，我們以下將萃取劑在萃取前和反萃取后簡稱為凈油；萃取后和反萃取前稱為酚油。凈油在貯罐貯存，通過泵送入凈油高位槽，當(dāng)高位槽充滿后，多余凈油由溢流管道返回貯罐，此時(shí)泵停止運(yùn)行。
3．液堿配制：將濃堿（30%）與自來水加入配堿罐經(jīng)攪拌配制成10%~15%稀堿液待用。稀堿液由泵送入液堿高位槽3，當(dāng)高位槽充滿后，多余液堿由溢流管道返回配堿罐，此時(shí)泵停止運(yùn)行。
4．萃取與反萃運(yùn)行：萃取運(yùn)行時(shí)，含酚廢水與凈油從各自的高位槽，通過流量計(jì)，按比例依次進(jìn)入萃取機(jī)，廢水先由3#機(jī)進(jìn)入，凈油從1#機(jī)進(jìn)入進(jìn)行逆流萃取。經(jīng)三級(jí)逆流萃取后，脫酚廢水由1#機(jī)排出流入緩沖罐，經(jīng)微油捕集后脫酚水可排放至下水道（中和后集中排放）。經(jīng)捕集的酚油集中回用；由3#機(jī)流出的酚油經(jīng)熱交換器加熱進(jìn)入4#機(jī)進(jìn)行反萃運(yùn)行，同時(shí)液堿由高位槽經(jīng)流量計(jì)和熱交換器按比例進(jìn)入6#機(jī)進(jìn)行反萃運(yùn)行。反萃后，凈油由6#機(jī)排出進(jìn)入緩沖罐經(jīng)油水分離后由泵排出通過冷卻器返回凈油貯罐，循環(huán)使用；反萃后酚鈉液由4#機(jī)排出流入緩沖罐進(jìn)行油水分離后，酚鈉液右緩沖罐底部排出至酚產(chǎn)品回收裝置。油水分離后得到的凈油可集中回用。
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