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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。 (