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溶剂萃取技术处理页岩油含酚废水

编辑:管理员    发布时间:2016/7/16 11:17:41

溶剂萃取技术处理页岩油含酚废水

1液一液萃取概述

    利用液体混合物中各组分对溶剂溶解度的差异来分离或提纯物质的传质过程称为液一液萃取。通常,要实现液一液萃取过程,进行接触的两种液体必须能够形成互不相溶的或只是部分互溶的两相。因此,可以进一步把液一液萃取过程定义为物质从一液相转入与其不互溶(或部分互溶)的另一液相的传质过程。

    液一液萃取过程通常是被萃组分从水相到有机相的传质过程,相反的,被萃组分从有机相到水相的传质过程称为反萃取过程。在有机化学工业中,还广泛存在从有机相到水相(如用水作溶剂分离甲醇和苯)和从有机相到有机相(如用环丁进行芳烃抽提以与烷烃和烯烃分离)的传质过程。在生物制品的萃取过程中为了防止有机溶剂对生物制品的破坏,又发展了从一水相传质到另一水相的“双水相萃取过程”。它们适用于不同的应用场合和需求。

    萃取操作包括三个过程:

    (1)混合传质过程:将溶剂和原料液混合,充分接触过程中被萃组分在溶剂和水之间进行传质,同时各组分也发生一定程度的转移。

    (2)沉降分相过程:混合时分散的液滴在沉降过程中凝聚合并,从而形成新的两相,萃取相(萃合物含量增大后的溶剂相)和萃余相(萃合物含量降低的原料液相),并由于密度差异而分层。

    (3)脱除溶剂过程:萃取相经脱除溶剂后得到萃取液,萃余相经脱除溶剂后得到萃余液,脱溶剂常采用精馏、吸取等操作。

2萃取平衡

    萃取过程的传质是在两液相之间进行的,液一液相平衡是萃取传质过程进行的极限,其传质程度受相平衡关系的影响。因此研究液一液相平衡关系对萃取过程的分析至关重要。能斯特定律定量的给出了液一液平衡状态下两相中溶质的浓度关系,当两相中溶质的存在状态相同时,平衡浓度比值恒定不变,用公式表示为:

 

    式中,A表示萃取分配常数;[A] } ,  [A]:分别代表萃取平衡时溶质A在两相中的浓度。

    保持A为一常数的条件,一是被萃组分为低浓度状态,同时在两相内的存在状态相同。但在工业生产和工艺研究中所处理的物料量都是比较大的,低浓度很难达到。此外在萃取体系中被萃组分通常会因络合、缔合、水解、解离等很多原因导致两相中不同的存在状态。所以在实践中,常用萃取分配系数DA表征被萃组分A在两相的平衡分配关系。

 

 

    式中,[Ai](o)[Ai](w)分别代表被萃组分在有机相和水相中不同化学形式的平衡浓度。

    萃取分配系数D是萃取分离过程中的重要指标,反应了萃取效率的大小和分离效果的优劣。其大小既取决于被萃组分与萃取剂结合而进入有机相的能力的强弱这一内因,同时又与其建立分配平衡时的外界条件即其外因有关。如此,利用萃取平衡随外界条件的改变而发生转移的规律就可以控制一定的条件使被萃组分尽可能多地从水相转入有机相,即实现萃取过程。它的逆向过程称为反萃取过程。

    由于液一液萃取过程至少涉及三个组分,因此平衡分配数据既可以用等边三角形表示,如图1.1(a)所示,也可以用直角坐标(分配曲线)表示,如图1.1(b)所示,二者也可以进行相互转换。以三元体系A-B-C为例,如图1.1所示。

 

 

1.1(a)中,B, C两溶剂可部分互溶,而溶质A与溶剂B  1可无限互溶。曲线RR1R2QE2E1E区域内为两相区,而在边界曲线上方的各点,各组分完全互溶,这时只有一相,即为单相区。曲线RR1R2QE2E1E称为溶解度曲线。两相区面积的大小不仅取决于物系本身的性质,而且与操作温度有关。和两相区内的M点对应的两个分层液相的平衡组成可由R2和E2点表示,称R2和E2为平衡液或共扼相,连接两个平衡液层组成的直线R2E2称为结线或平衡线。在Q点时两相溶为一相,称为临界混溶点。结线上两个平衡点组成与所分线段长度成反比,符合杠杆定律。

3萃取剂的选择

    影响萃取效果的直接因素是萃取剂,因为萃取的基本原理就是利用萃取剂在同一体系中对不同组分的萃取分配系数不同来进行被萃组分在不同相之间的转移,分配系数越大对萃取越有利,因此萃取剂的选择对萃取相当重要。在实际生产过程中要考虑到操作的可靠性、安全性、经济性等诸多问题,对于工业萃取剂一般有如下要求:

    (1)萃取能力强,选择性高。可有效地提取分离被萃组分,提高被萃组分与其他欲分离组分的分离,这是对萃取剂最基本的要求。

    (2)在水中的溶解度低。这样可以减少溶剂的消耗,避免二次污染,甚至可以避免萃余液脱溶剂的操作。

    (3)自身的理化特性良好。如密度、沸点、勃度和界面张力等,具有良好的稳定J胜,确保萃取和反萃过程的顺利进行。

    (4)传质速度快。以缩短操作时间,减小萃取设备的体积,降低成本。

    (5)无毒或毒性小。以保证操编辑自身的安全,尽量减少产品中有毒物质含量,并,符合环保的需要。

    (6)无乳化现象,保证萃取操作的顺利进行。

    (7)原料易得,成本低。

    在实际操作中,以上要求通常不能同时满足,应根据科研和生产的具体要求,如分离效果、成本要求、特定的体系等,选择适宜的溶剂。

    在萃取过程中,为了改善萃取剂的特性(如减小密度,降低豁度)或防止第三相的生成,往往需要在有机相内加进一种称为稀释剂的溶剂。从萃取化学的角度来看,稀释剂主要有以下几种作用。首先,调节萃取剂在萃取剂和稀释剂组成的有机相内的浓度,以便调节有机相的萃取能力和萃取选择性。其次,加大萃合物在有机相内的溶解度,当萃合物在有机相内的溶解度较小时,易生成三相,即水相、萃合物有机相和包括萃合物、萃取剂和稀释剂在内的有机相,三相的产生将影响萃取过程的顺利进行。

    在有些情况下,为了改善萃取性能,在萃取剂一稀释剂体系中还可加进第三种溶剂作为添加剂。例如,在采用石油亚矾一煤油萃取应霉素G时,添加一定比例( 5%)的正辛醇可使萃取体系的极性增加,从而增大了亚飒萃合物在有机相内的溶解度,并防止了第三相的生成。

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