發(fā)布時間：2020-06-06 20:48

【摘要】：隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展,對于清潔生產和資源回收的需求日益迫切。煤焦油加工硫酸鈉廢水是一種含有高濃度苯酚的劇毒廢水,若不妥善處置將對自然環(huán)境和人類健康產生巨大威脅。溶劑萃取法是一種簡單高效的含酚廢水處理方法,但普通的萃取劑往往無法滿足高萃取性能、低溶解度、再生性能等多種工業(yè)使用要求。本文研發(fā)了一種綠色、高效、新型的三元萃取劑磷酸三丁酯(TBP)/碳酸二乙酯(DEC)/環(huán)己烷(CYH)來處理硫酸鈉廢水,隨后以堿液作為反萃劑完成萃取劑的再生和苯酚的回收。為了滿足工業(yè)連續(xù)處理要求,以離心萃取機為設備平臺,研究了設備的水力特性和內部流動特性,實現(xiàn)了三元萃取劑與離心萃取協(xié)同處理硫酸鈉廢水。本文的主要研究內容和創(chuàng)新成果如下:(1)研究了萃取劑配方的影響,發(fā)現(xiàn)TBP/DEC/CYH的最佳體積比為20%:20%:60%,反萃取劑NaOH最佳濃度為lmol/L。系統(tǒng)地考察了萃取條件和反萃取條件的影響,獲得最大的萃取和反萃取效率分別為99.79%和96.29%。采用FTIR證明了TBP和DEC共同發(fā)揮了萃取作用。(2)基于Box-Behnken實驗設計和響應面法優(yōu)化了萃取和反萃取過程,建立了預測萃取-反萃取效率的二次回歸方程模型。在高效率低相比的優(yōu)化原則下,優(yōu)化萃取條件為萃取時間299.4 s,溫度33.43℃,相比為0.45,萃取效率達到98.40%。在高效回收苯酚資源的優(yōu)化原則下,反萃取優(yōu)化條件為反萃取時間213.4 s,溫度為36.85℃,相比為0.97,反萃取效率為96.39%。(3)設計并搭建離心萃取平臺,研究了在萃取劑-NaSO4溶液體系下的水力特性。體系的相分離能力隨著鹽濃度的增加而增大;隨著轉速的增加,相夾帶量呈現(xiàn)下降的趨勢,最大分離容量線性增加,存液量減少;當流比遠離1,相夾帶量會快速上升,導致最大分離容量降低,合適的流比范圍為0.25-4。(4)基于CFD計算和PIV實驗驗證,研究了混合區(qū)域泰勒渦流態(tài)變化和轉鼓內流場分布。泰勒渦混合能力和轉鼓抽吸能力都隨著轉速的增加而增大;對離心萃取機內的氣-液界面進行調控,獲得了轉速對于氣-液界面的影響規(guī)律;混合區(qū)域內的液-液兩相混合計算表明轉速的增加和流量的減少能夠使兩相混合更加均勻。(5)采用三元萃取劑和離心萃取對硫酸鈉廢水進行協(xié)同處理研究,研究了流比、轉速、流量對級效率和萃取效率的影響。流比遠離1時,級效率將逐漸下降;轉速對于效率有一定的增益作用;流量增加使效率呈現(xiàn)減小的趨勢:設備單級最大萃取效率可達99.76%,級效率接近100%;二級萃取后廢水中的含酚量低于0.12mg/L,達到排放要求。
【圖文】：

－重相堰；３－擋水板；４－輕相收集室；５－輕相堰；６－環(huán)隙混片；８－轉鼓進口；邋９－轉鼓；１０－澄清區(qū)域；１１－外筒逡逑圖１．２．環(huán)隙式離心萃取機的結構示意Ｍ逡逑Ｆｉｇ．邋１．２．邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ａｎｎｕｌａｒ邋ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ邋ｅｘｔｒａｃｔｏｒ逡逑機中的兩相混合主要發(fā)生在設備外殼和轉鼓之間的生的湍流泰勒渦將兩相充分的混合。隨后，兩相混，澄清區(qū)位于轉鼓內，為了能帶動混合液與澄清區(qū)，葉片數(shù)目需要考慮結構的均衡對稱，當轉鼓直徑徑轉鼓中可以多設置幾塊葉片。在澄清區(qū)中，，兩相面需要用重相堰來控制。離心萃取機所采用的重相設計了邋（ｐ５0ｍｍ環(huán)隙式離心萃取機，當兩相分離效節(jié)轉速和重相堰來改善。當輕相夾帶重相時，可以相夾帶輕相時，應降低轉速或者減小重相堰半徑；或者輕重相分界帶太寬，應提高轉速或者減少重相

卜重相收集室；２－重相堰；３－擋水板；４－輕相收集室；５－輕相堰；６－環(huán)隙混合區(qū)域；７－混合葉逡逑片；８－轉鼓進口；邋９－轉鼓；１０－澄清區(qū)域；１１－外筒逡逑圖１．２．環(huán)隙式離心萃取機的結構示意Ｍ逡逑Ｆｉｇ．邋１．２．邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ａｎｎｕｌａｒ邋ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ邋ｅｘｔｒａｃｔｏｒ逡逑環(huán)隙式離心萃取機中的兩相混合主要發(fā)生在設備外殼和轉鼓之間的環(huán)隙內，當轉鼓逡逑高速旋轉時，液體產生的湍流泰勒渦將兩相充分的混合。隨后，兩相混合液通過轉鼓底逡逑部的進口進入澄清區(qū)，澄清區(qū)位于轉鼓內，為了能帶動混合液與澄清區(qū)同步旋轉，澄清逡逑區(qū)內裝設由徑向葉片，葉片數(shù)目需要考慮結構的均衡對稱，當轉鼓直徑較小時，葉片數(shù)逡逑目可以少些，而大直徑轉鼓中可以多設置幾塊葉片。在澄清區(qū)中，兩相混合在高速旋轉逡逑的作用下分相，相界面需要用重相堰來控制。離心萃取機所采用的重相堰為環(huán)形堰。逡逑陳崔龍等人｜６￣在設計了邋（ｐ５0ｍｍ環(huán)隙式離心萃取機，當兩相分離效果不好或者互相逡逑夾帶時
【學位授予單位】：華東理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O658.2;X784

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本文編號：2700245