吹脱、气提与萃取(宋银强、朱世林).

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1、静思笃行 持中秉正 秋记与你分享 制作：宋银强 朱世林 吹脱、气提 l 概念 l 基本原理 l 影响因素 l 设备 将载气通入废水中，改变有毒有害气体溶解于水中所 建立的气液平衡关系，使这些挥发物质由液相转为气相， 然后予以收集或者扩散到大气中去。空气为载气称吹脱， 水蒸气为载气称气提。 上述过程属于传质过程，其推动力为气体（挥发性溶 质）在气相和液相中的浓度差。 废水中常常含有大量有毒有害或对后续处理不利的溶解气体，如CO2 、H2S、HCN、CS2等，为了除去上述气体，常使用吹脱（气提）法。 吹 脱（气提）法既可以脱除原来就存在于水中的溶解气体，也可以脱除化 学转化而形成的溶解气体，如废水

2、中的硫化钠和氰化钠是固态盐在水中 的溶解物，在酸性条件下，它们会转化为H2S和HCN，经过曝气吹脱，就 可以将它们以气体形式脱除。这种吹脱曝气称为转化吹脱（气提）法。 一定温度下的稀溶液，当气液之间达到相平衡时，溶 质气体在气相中的分压与该气体在液相中的浓度成正比。 亨利定律 吹脱法一般采用吹脱池或吹脱塔实现。吹脱池占地面 积较大，一般用来除去非有毒性气体，适用于水温比较高 ，有开阔地段，不会产生二次污染的场合。因其是开放式 ，吹脱出的废气易污染环境，故而所有有毒气体的吹脱一 律采用塔式设备。 分为曝气（强化）式和非曝气式（自然吹脱）。强化 式吹脱池通常是在池内鼓入压缩空气或在池面上安设喷水

3、管，以强化吹脱过程。实际工艺一般采用强化式吹脱池。 1、接触机会良好。 2、接触之后及时分开，分离完全 ，互不夹带； 3、结果简单，紧凑，操作便利稳定，运转可靠，周期长， 能耗小。 总之，安全经济合理。 要求吹脱要求 相界面是由两相接触元件和流体力学条件确定的，接触元件 的面积是固定了的，只能充分利用原有的相界面。 这就要求建 立适宜的接触方式和流体力学状况。 塔式设备 填料塔塔内装设一定高度的填料层， 液体从塔顶喷下，在填料表面呈膜状向下 流动；气体由塔底送入，从下而上同液膜 逆流接触，完成传质过程。其优点是结构 简单，空气阻力小。缺点是传质效率不够 高，设备比较庞大，填料容易堵塞。 填料塔

4、的结构与作用 1、 填料层：提供气液传质面；强化气体紊动，降低气相 传质阻力；更新液膜表面，降低液相传质阻力。 2、 液体分布器：均匀分布液体，以避免发生沟流现象。 3、 液体再分布器：避免壁流现象发生。 4、 支撑板：支撑填料层，使气体均匀分布。 5、 除沫器：防止塔顶气体出口处夹带液体。 环 环形 （拉西环、鲍尔环、阶梯环） 形状 鞍形 （矩鞍形、弧鞍形） 波纹形（板波纹、网状波纹） 材料：陶瓷、金属、塑料 堆放：整砌、乱堆 常用填料 填料名称 评估值 语言值 排序 丝网波纹填料 86 很好 1 孔板波纹填料 61 相当好 2 金属Intalox 59 相当好 3 金属鞍形环 57 相当好

5、4 金属阶梯环 53 一般好5 金属鲍尔环 51 一般好 6 瓷Intalox 41 较好7 瓷鞍形环 38 略好 8 瓷拉西环 36 略好 9 填料支撑装置 填料压紧装置 液体分布装置 液体收集再分布装置 降液管 平顶型 溢流堰 受液区 开孔区 板式塔是在塔内设一定数量的带有孔眼的踏板，水从上 往下喷淋，穿过筛孔往下，空气则从下往上流动，气体以 鼓泡方式穿过筛板上液层时，互相接触而进行传质。通常 筛孔孔径为68mm，筛板间距为200300mm。其优点是构 造简单，制造方便，传质效率高，塔体比填料塔小，不易 堵塞。缺点是操作管理要求高，筛孔容易堵塞。 弹性大、操作稳定可靠。但结构复杂，制造成本

6、 高，压降大，液泛气速低，故生产能力较小。 结构简单、造价低、压降小、生产能力大、操 作弹性好。 结构上较泡罩简单，比筛板复杂，操作弹性大、 生产能力大。 泡罩式 筛孔式 浮阀式 其他型 1、塔径较大； 2、所需传质单元数或理论板数较多； 3、热量需从塔内移除； 4、适于较小液量； 5、适于处理有悬浮物的液体； 6、板式塔便于侧线采出。 1、处理有腐蚀性的物料； 2、填料塔压力降较小，适用于真空蒸馏； 3、适用于间歇蒸馏或热敏性物料的蒸馏； 4、适用于处理易发泡的液体。 填 料 塔 板 式 塔 可以在不提高水温或水温提高较少的情况下去除水中 的各种气体，可以用于同时去除O2、CO2及多种溶解气

7、体 的场合。通过真空除气器后的残余CO2可低于3mg/L，残余 O2可低于0.05mg/L。脱气效果好、效率高，适用范围广。 但是真空除气器对设备外壳（足够的强度、稳定性）和 密封有较高的要求。 真空除气器 1、温度：一定压力下，气体在水中的溶解度随温度 升高而降低，因此升温对吹脱有利。 2、气液比：空气量过小，气液接触不够；空气量过 大，不经济，而且会发生液泛，破坏吹脱过程。因此， 应使气液比接近液泛极限。 3、pH：pH直接影响气体的存在状态，因而影响吹脱 效果。 4、油类物质：阻碍挥发性物质的扩散过程，堵塞填 料，在预处理中应该将其除去。 萃 取 法 l 基本原理 l 萃取剂 l 萃取工

8、艺过程 l 萃取设备 向废水中投加一种与水不互溶，但能良好溶解污染物的萃取剂， 使其与废水充分混合接触后，利用污染物在水和溶剂中的溶解度或分 配比的不同，来达到分离，浓缩污染物和净化废水的目的。 1、液-液萃取概念 萃取过程采用的溶剂。 被萃取的污染物。 萃取后的萃取剂。 萃取过程采用的溶液。 萃取剂 溶质 萃取液 萃余液 一、基本原理 （1）物理萃取：进行萃取的体系是多相多组分体系，在萃取过程中不发 生化学反应。 2、液-液萃取分类 一、基本原理 l 在一个多组分两相体系中，溶质自动地从化学位大的一相转移到化学位小 的一相，其过程是自发进行的。 （2）化学萃取：在萃取过程中常伴随有化学反应，

9、包括相内反应与相界面 上的反应。 l 根据溶质与萃取剂之间发生的化学反应机理，大致可分为五类，即络合反 应、阳离子交换反应、离子缔合反应、加合反应和带同萃取反应等。 分配系数(或称分配比)D就是溶质在有机相中的总浓度y与在水相 中总浓度x的比值，即 2、分配系数 由此可见，D值越大，即表示被萃取组分在有机相中的浓度越大 ，也就是它越容易被萃取。 D=y/x 实际废水处理中，上述分配定律具有如下曲线形式： D=y/xn 一、基本原理 萃取的传质速度式与上式类似，过程的推动力是实际浓度和平衡 浓度之差。由此可见，要提高萃取速度和设备生产能力，途径如下： 3、优化途径 增大两相接触面积 增大传递系数

10、 增大传质推动力 一、基本原理 l 能形成共沸点的恒沸混合物，而不能用蒸馏、蒸发的方法分离的废 水。 4、萃取法处理废水适用的情况 l 对热敏感的物质，在蒸发和蒸馏的高温条件下，易发生化学变化或 易燃易爆的物质。 l 对沸点非常接近的，难以用蒸馏方法分离的废水。 l 对挥发度差的物质，用蒸发法需消耗大量热能或需用高真空蒸馏的 废水，例如含醋酸、苯甲酸和多元酚的废水。 l 对某些成本高，处理复杂的化学方法。例如，对含铀和钒的洗矿水 和含铜冶炼废水，可采用有机溶剂萃取、分离和回收。 一、基本原理 选择萃取剂主要考虑以下五个方面。 1、萃取剂的选择 l 萃取能力要大，即分配系数越大越好。常用来萃取脱

11、酚的萃取剂及 其分配系数。 二、萃取剂 l 分离效果要好，萃取过程中不乳化、不随水流失。 l 化学稳定性好，难燃不爆，毒性小，腐蚀性小沸点低，凝固点低， 蒸汽压小，便于温室下贮存和使用，安全可靠。 选择萃取剂主要考虑以下五个方面。 1、萃取剂的选择 l 容易制备，来源较广，价格便宜。 二、萃取剂 l 容易再生和回收溶质。 常用：乙酸乙酯、乙酸戊酯、丁醇 l 物理法（蒸馏或蒸发）。利用萃取剂与萃取物的沸点差，控制适当 的温度，采用蒸馏法分离。蒸馏设备以采用浮阀塔效果较好。 2、萃取剂的再生 l 化学法。 投加某种化学药剂使它与萃取物形成不溶于萃取剂的盐 类，从而达到二者分离的目的。化学再生法使用

12、的设备有板式塔和 离心萃取机等。 二、萃取剂 三、萃取设备 液-液 萃取 设备 混合 设备 分离 设备 溶剂 回收 设备 使料液与萃取剂充分混合形成乳浊液，欲分离的 生物产品自料液转入萃取剂中。 将萃取后形成的萃取相和萃余相进行分离。 把萃取液中的生物产品与萃取溶剂分离并加以回 收。 液-液萃取设备应包括3个部分：混合设备、分离设备和溶剂回收设备 。 （1）混合管 1、混合设备 l 工作原理 萃取剂及料液在一定流速下进入管道一端，混合后从另一端导出 ，依靠管内特殊设计的内部单元和流体流动实现液体混合。 强迫湍流状态；料液在管内平均停留时间1020s。 三、萃取设备 l 特点 混合管的萃取效果高

13、于混合罐，且为连续操作。流程简单、结构 紧凑、能耗小、萃取效率高。适于各种黏度的流体。 （2）喷射式混合器 1、混合设备 三、萃取设备 弯头交错喷嘴混合器 同向射流混合器 孔板射流混合器 1、混合设备 三、萃取设备 l 特点： 喷射式混合器是一种体积小效率高的混合装置，特别适用 于低黏度、易分散的料液。这种设备投资小，但需要料液 在较高的压力下进入混合器。 2、分离设备 三、萃取设备 （1）离心分离设备 l 高速离心机：碟片式，40006000rpm l 超速离心机：管式，10000rpm l 三相倾析式：固体、重液、轻液 （2）离心萃取设备（萃取分离同设备） 用于重液、轻液两相快速充分混合并

14、快速分离 优点：结构紧凑，生产强度高，物料停留时间短、分离效果好 缺点：结构复杂，制造困难，造价高，能耗大 2、分离设备 二、萃取设备 1、萃取操作过程 四、萃取工艺过程 1、萃取操作过程 四、萃取工艺过程 按萃取剂和水相接触方式不同，萃取操作可分为间歇式和连续式 。 按照有机相和水相两者接触次数不同，萃取过程可分为单级萃取和多 级萃取，后者又分为“错流”和“逆流”两种方式。 2、萃取操作方式 四、萃取工艺过程 （1）单级萃取 2、萃取操作方式 四、萃取工艺过程 料液F与萃取剂S一起加入混合器内搅拌混合萃取 达到平衡后的溶液送到分离器内分离得到萃取相L和萃余相R 在回收器内产物与溶剂分离（蒸馏

15、、反萃取） 溶剂则可循环使用 萃取相送到回收器，萃余相R为废液 萃取因素E为： 2、萃取操作方式 四、萃取工艺过程 式中 ：VF料液体积； Vs萃取剂的体积； C1溶质在萃取液的浓度； C2溶质在萃余相的浓度； K表观分配系数； m浓缩倍数 萃余率： 2、萃取操作方式 四、萃取工艺过程 理论收率： 例如： 林可霉素在20和pH10.0时分配系数（丁醇/水）为18。用等量的 丁醇萃取料液中的林可霉素，计算可得理论收率 四、萃取工艺过程 若改用1/3体积丁醇萃取 理论收率： 可见：当分配系数相同而萃取剂用量减少时，其萃取率下降。 (2)多级错流萃取 四、萃取工艺过程 多级错流萃取：料液经萃取后的萃

16、余液再用新鲜萃取剂进行萃取的方法 。 四、萃取工艺过程 l 料液经萃取后，萃余液再与新鲜萃取剂接触，再进行萃取。 l 第一级的萃余液进入第二级作为料液，并加入新鲜萃取剂进行萃取 ；第二级的萃余液再作为第三级的料液，以此类推 l 此法特点在于每级中都加溶剂，故溶剂消耗量大，而得到的萃取液 平均浓度较稀，但萃取较完全。 (2)多级错流萃取 四、萃取工艺过程 l 若为同一种溶剂，各级萃取因素E值都相等，则萃取率： 理论收率 萃余率： 三、萃取工艺过程 理论收率 若用1/2体积的醋酸丁酯进行二级错流萃取，则 例：红霉素在pH 9.8时的分配系数（醋酸丁酯/水）为44.5，若用1/2 体积的醋酸丁酯进行单级萃取，则： 理论收率 四、萃取工艺过程 l 多级错流萃取流程的特点：每级均加新鲜溶剂，故溶剂消耗量大， 得到的萃取液产物平均浓度较稀，但萃取较完全。 l 由此可见，当萃取剂用量相同时，二级萃取收率比单级萃取收率要 高。也就是说，在萃取剂用量一定的情况下，萃取次数越多，则萃 取越完全。 (