Экстракция

Жидкостная экстракция применяется для очистки производственных сточных вод, содержащих фенолы, масла, органические кислоты, анилин, ионы металлов и др. при относительно высоком их содержании, что позволяет компенсировать затраты на извлечение. Для большинства продуктов применение экстракции целесообразно при концентрации их 2 г/л и более. Наиболее широко методы экстракции применяются для очистки сточных вод предприятий по термической переработке твердых топлив (каменного и бурых углей, сланцев, торфа), содержащих значительное количество фенолов. Эффективность извлечения фенолов из сточных вод достигает 80 – 97%.

Экстракционный метод основан на распределении загрязняющего вещества между двумя взаимонерастворимыми жидкостями соответственно его растворимости в них. Извлеченное вещество распределяется между водой и добавленным растворителем согласно закону равновесного распределения:

Кр = СЭ/СВ,

где Сэ и CB — концентрации извлекаемого вещества соответственно в экстрагенте и в воде при установившемся равновесии .

Коэффициент распределения Кр характеризует динамическое равновесие при экстракции и зависит от природы компонентов системы, наличия примесей в воде и экстрагенте и температуры.
В качестве экстрагентов для извлечения примесей из воды используют различные органические растворители: простые и сложные эфиры (бутил- и изобутилацетаты, диизопропиловый и диэтиловый эфир), спирты, четыреххлористый углерод, бензол, толуол, хлорбензол. Применяется экстракция смесью растворителей. В качества экстрагентов экономически выгодно использовать различные технические продукты и отходы производства.

Очистка сточных вод экстракцией состоит из нескольких стадий: смешение сточной воды с органическим экстрагентом, разделение образующихся жидких фаз, регенерация экстрагента из экстракта и рафината.

Методы экстрагирования по способу контакта экстрагента и сточной воды подразделяются на перекрестноточные, ступенчато-противоточные и неарерывно-противоточные. Практическое применение получили два последних метода. При ступенчато-противоточной экстракции (рисунок 42) вода и экстрагент движутся навстречу друг другу, при этом достигается высокая эффективность очистки.

Рисунок 42 – Схема многократной ступенчато – противоточной экстракции
1 – смеситель; 2 — отстойник

При непрерывной противоточной экстракции (рисунок 43) вода и экстрагент движутся навстречу друг другу в одном аппарате, обеспечивающем диспергирование экстрагента в воде, при этом примеси сточной воды непрерывно переходят в экстрагент.

Рисунок 43 — Схема непрерывной противоточной экстракции

Технологическая схема очистки производственных сточных вод экстракцией зависит от количества и состава сточных вод, свойств экстрагента, способов его регенерации и др. факторов и обычно включает следующие установки: подготовки воды перед экстракцией (отстойники, флотаторы, фильтры для механической очистки, нейтрализаторы и др.); собственно экстракции; регенерации растворителя из экстрагента и очищенной воды.
Конструкции экстракционных колонн зависят от способа контакта сточной воды и экстрагента. Существуют распылительные и инжекторные колонны. Часто применяют насадочные колонны, где в качестве насадки используют блочные конструкции из керамики, металла, пластических масс, а также засыпные элементы, выполненные из керамики, металла (кольца Рашига, кольца Палля, седла Берля и др.). Для повышения интенсивности и эффективности перемешивания применяют также тарельчатые колонны, колонны с пульсацией потоков или с движущимися сетчатыми тарелками. Выбор типа колонны определяется необходимым числом ступеней экстракции и допустимыми затратами энергии.
Высокая скорость экстрагирования достигается в центробежных экстракторах, в которых для создания развитой межфазной поверхности, жидкости дробятся на капли при движении через отверстия контактных элементов. Тяжелую жидкость вводят в центр ротора через полость, легкую — в периферическую часть его. Разделение жидкостей в центральной и периферической частях ротора ускоряется под давлением центробежных сил. Растворенный в воде реагент обычно регенерируют путем отгонки, которая осуществляется в насадочной колонне. Сверху колонны подают подогретую воду, а снизу — острый пар. Растворители, имеющие высокое давление паров, могут быть регенерированы путем отдувки воздухом или другими газами. Это позволяет снизить расход тепла на подогрев воды, а также уменьшить потери растворителя, вызванные гидролизом при повышенной температуре.
Для легкогидролизующихся растворителей, имеющих высокую стоимость и обладающих высокими температурами кипения, теплоемкостью и теплотой парообразования, может быть целесообразно применение метода реэкстракции. Сущность метода состоит в том, что растворитель из воды экстрагируется другим более дешевым растворителем, который затем может быть легко удален из воды методом перегонки. Регенерацию растворителя из экстрагента осуществляют, как правило, ректификацией.