WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Таким образом, результаты проведенных адсорбционных исследований и расчетов позволили предложить вариант технологической схемы адсорбционной очистки сточных вод производства сложных эфиров, который может быть реализован с использованием серийно выпускаемого отечественного технологического оборудования. Данная схема позволяет производить очистку сточных вод производства бутилацетата до остаточных концентраций органических примесей не выше 0,1 масс.%, которые не превышают нормативных показателей предельно допустимых сбросов по данным соединениям даже для водоемов рыбохозяйственного назначения.

Экстракционный метод очистки сточных вод от токсичных примесей не предусматривает использования сложного технологического оборудования, дорогостоящих вспомогательных веществ и позволяет в некоторых случаях достичь максимально возможных степеней очистки. Экстрагенты с высокой степенью конверсии могут быть возвращены в технологический цикл простыми физическими операциями. Именно эти факторы явились предпосылками к предложению по использованию метода экстракции в качестве альтернативного к существующему методу очистки сточных вод производства бутилацетата. Научной основой для разработки экстракционного метода очистки сточных вод являются результаты исследований равновесий в системе жидкость-жидкость и данные по коэффициентам распределения растворенных веществ между равновесными фазами, которые можно найти из результатов анализа состава равновесных фаз, образующихся в системе жидкость-жидкость при ее расслоении.

Согласно данным по растворимости, равновесиях пар-жидкость с учетом возможности образования азеотропных смесей, а также экологических и экономических аспектов в качестве экстрагента для извлечения бутилацетата и бутанола из водных растворов рассматривался изопропилбензол (кумол). На основании результатов исследований процессов ректификации бинарных смесей бутанол- кумол, бутилацетат-кумол, содержащих 10 масс.% кумола было показано, что во всех пробах дистиллята кумол отсутствовал. Данный факт позволяет утверждать, что кумол не образует с бутанолом и бутилацетатом ни бинарных, ни гетероазеотропов. Поэтому выбор кумола в качестве экстрагента следует считать вполне объективным и обоснованным.

В работе проведено исследование равновесий жидкость- жидкость для системы водный раствор бутанола и бутилацетат - кумол. Соотношение бутилацетат/бутанол во всех исследуемых смесях было принято постоянным, соответствующим реальному составу сточных вод. В опытах варьировалось количество кумола, подаваемого к исходной смеси на экстракцию. При графическом представлении диаграмм равновесий вода–бутилацетат-бутанол-кумол система условно рассматривалась как трехкомпонентная с единым компонентом – растворенное органическое вещество. В то же время коэффициенты распределения находились для всех компонентов рассматриваемой равновесной системы.

На основании полученных данных была построена диаграмма равновесия системы вода-органическая примесь-кумол, которая приведена на рис.6.

Из диаграммы, представленной на рис.6 следует, что трехкомпонентная система вода-бутанол+бутилацетат – кумол характеризуется областью расслоения, в которой концентрации органических компонентов системы достаточно низки. В то же время в широкой области составов в гетерогенной системе образуется гомогенная органическая фаза переменной концентрации. Сочетание данных фактов подтверждает возможность использования кумола в качестве экстрагента. На основании экспериментальных данных проведены расчеты коэффициентов распределения компонентов в смеси вода-бутанол- бутил-

ацетат–кумол. Расчеты коэффициентов распределения проводили относительно водной фазы с использованием симметричной системы стандартных состояний. Полученные значения рациональных и термодинамических коэффициентов распределения приведены в табл.5.

Таблица 5

Коэффициенты распределения воды, бутилацетата, бутанола и кумола в процессе экстракции органических примесей кумолом из водного раствора

рациональные

вода

БЛ

БА

кумол

1

(5,40 ± 0,22)10-3

2,90 ± 0,11

210 ± 10

2600 ± 130

2

(5,00 ± 0,20)10-3

2,04 ± 0,09

164 ± 8

2600 ± 128

3

(3,48 ± 0,14)10-3

2,50 ± 0,10

97 ± 5

131 ± 7

4

(3,78 ± 0,15)10-3

3,40 ± 0,14

-

1400 ± 71

5

(2,98 ± 0,12)10-3

2,70 ± 0,11

-

1100 ± 58

6

(5,00 ± 0,20)10-3

3,10 ± 0,12

-

679 ± 35

7

(6,31 ± 0,26)10-3

4,50 ± 0,18

-

960 ± 50

термодинамические

вода

БЛ

БА

кумол

1

(3,08 ± 0,16)10-2

16,29 ± 0,66

1200 ± 62

14585 ± 600

2

(2,85 ± 0,15)10-2

12,53 ± 0,51

990 ± 50

14897 ± 612

3

(2,07 ± 0,11)10-2

15,55 ± 0,63

600 ± 31

800 ± 33

4

(2,39 ± 0,12)10-2

22,05 ± 0,90

-

9008 ± 368

5

(1,85 ± 0,09)10-2

17,06 ± 0,71

-

7202 ± 296

6

(3,08 ± 0,16)10-2

18,20 ± 0,74

-

4250 ± 172

7

(3,85 ± 0,19)10-2

28,74 ± 1,10

-

5812 ± 240

Как следует из полученных данных, коэффициенты распределения бутилацетата превышают коэффициенты распределения бутанола в 40-80 раз, что свидетельствует о высокой степени избирательности экстракции органических компонентов сточных вод кумолом.

Степень экстракционной очистки сточных вод производства бутилацетата кумолом была определена по основному экологическому показателю исходной и обработанной сточной воды - ХПК. Обработку проводили при температуре 298 К в течение 5-20 мин. Показатели определяли с использованием стандартных методик ПНДФ 14.1:2.100-97. Результаты измерений величин ХПК представлены в табл.6.

Таблица 6

Показатели содержания органических примесей в сточной воде в ходе экстрагирования

Сточная вода

Время обработки

мин.

Сточная вода после обработки

БЛ,

мг/л

БА,

мг/л

ХПК,

мгО2/л

рН

БЛ,

мг/л

БА,

мг/л

ХПК

мгО2/л

рН

3,65

0,44

26000

7,0

5

3,34

0,21

258

7,3

3,65

0,44

26000

7,0

10

1,37

0,09

236

7,2

3,65

0,44

26000

7,0

20

0,31

отс.

202

7,2

Из полученных данных следует, что экстракционная очистка привела к существенному – в 2-5 раз и в 10 раз по БА и БЛ и 100 раз по ХПК - снижению показателей загрязненности сточных вод. Поэтому экстракция может быть использована в технологии очистки сточных вод производства бутилацетата.

Таким образом, результаты проведенных исследований процессов экстракции в системе вода-бутанол-бутилацетат - кумол составили научную основу для разработки технологии экстракционной очистки сточных вод производства бутилацетата.

При разработке технологии экстракционной очистки сточных вод производства бутилацетата определена эффективность экстракции с использованием диаграммы равновесия жидкость-жидкость. Рассмотрена возможность проведения экстракционной очистки сточных вод на существующей ректификационной колонне. Установлено, что экстракционная очистка с использованием данной колонны позволит получить выходную концентрацию примесей не выше 0,1 масс.% при небольшом увеличении высоты ректификационной колонны.

Важным элементом технологии экстракции является решение проблемы регенерации экстрагента, которая рассматривалась также с возможностью использования ректификационной колонны. Для описания равновесия пар-жидкость в многокомпонентной системе, подаваемой на регенерацию, использовали модель Вильсона. Для систем бутанол-кумол и бутилацетат-кумол диаграммы кипения принимались как идеальные. Давление паров компонентов рассчитывали из уравнения Антуана с привлечением справочной литературы.

Расчеты показали, что для получения требуемых концентраций кумола в дистилляте и кубе необходима колонна, эквивалентная 30 теоретическим тарелкам, с флегмовым числом, равным 3. В таком случае колонна будет работать с производительностью по кумолу 98,8 кг/час, а ввод перегоняемой смеси следует производить в середину колонны. Данная конструкция ректификационной колонны позволяет вернуть в технологический цикл до 99 % кумола, использованного на экстракцию.

Проведена оценка энергетических показателей технологической операции регенерации кумола исходя из величин расхода дистиллята и флегмового числа. Рассчитана предельная скорость паров в колонне, которая составила 1,83 м/с. при диаметре колонны 0,2 м.

Предложена оптимальная технологическая схема экстракционной очистки сточных вод производства бутилацетата. Данная схема приведена на рис. 7.

Проведен расчет затрат тепловой энергии для потока сточной воды, подаваемой на очистку в экстрактор, равного 2 000 кг/час. Концентрация бутанола и бутилацетата в исходной сточной воде суммарно была принята равной 5масс.%. Расход регенированного кумола в экстрактор- 200 кг/час. В этих условиях, расход экстракта, подаваемого в регенерационную колонну с флегмовым числом 3 равен 298,4 кг/час.

Общие затраты тепловой энергии для экстракционной очистки сточной воды составили 312,653 мДж/ч.

При экстракционном способе очистки сточной воды можно использовать схемы рекуперации тепла. Использование схем рекуперации позволяет возвратить в технологический цикл 300,240 мДж/ч тепловой энергии. Тогда затраты тепла на очистку сточной воды экстракцией составят 12,413 мДж/ч.

Рис. 7. Технологическая схема очистки сточной воды экстракцией кумолом

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»