7. Экстракция

При относительно высоком содержании в производственных сточных водах растворенных органических веществ, представляющих техническую ценность (например, фенолы и жирные кислоты), эффективным методом очистки сточных вод является экстракция органическими раст» ворителями-экстрагентами. Экстракционный метод очистки производственных сточных вод основан на распределении загрязняющего вещества в смеси двух взаимонерастворимых жидкостей соответственно его растворимости в них. Отношение взаимно уравновешивающихся концентраций в двух несмешивающихся (или слабосмешивающихся) растворителях при достижении равновесия является постоянным и называется коэффициентом распределения:

kp = СЭ/ССТ « const, (4.38)

где Св — концентрация экстрагируемого вещества в экстрагенте при установившемся равновесии, кт/м3;

Сст — концентрация экстрагируемого вещества в сточной воде при установившемся равновесии, кг/м3.

Коэффициент распределения зависит от температуры, при которой проводится экстракция, а также от наличия различных примесей в сточных водах и экстрагенте (табл. 4.3) После достижения равновесия концентрация экстрагируемого вещества в экстрагенте значительно выше, чем в обрабатываемой сточной воде. Сконцентрированное в экстрагенте вещество отделяется от растворителя и может быть утилизировано. Экстрагент после отделения экстрагируемого вещества вновь используется в технологическом процессе очистки.

Метод экстракционной очистки экономически целесообразен при значительной концентрации органических примесей или при высокой

стоимости извлекаемого вещества. Для большинства продуктов применение экстракции рационально при концентрации их 2 г/л и более.

Для успешного протекания процесса экстракции экстрагент должен иметь следующие свойства: хорошую экстрагирующую способность по отношению к экстрагируемому веществу, т. е. высокий коэффициент распределения; селективность, т. е. способность экстрагировать из воды одно вещество или определенную их группу; малую растворимость в воде; плотность, отличающуюся от плотности воды; температуру кипения, значительно отличающуюся от температуры кипения экстрагируемого вещества; небольшую удельную теплоту испарения и малую теплоемкость, что позволяет снизить расходы пара и охлаждающей воды; возможно меньшие огнеопасность, взрывоопасность и токсичность; низкую стоимость. Экстрагент не должен подвергаться заметному гидроли-

Рис. 4.16. Схемы многоступенчатой экстракции

а — лерекрестноточная; б— противоточпая; 1 — подача сточной воды; 2, 3, 4—экстракционные установки соответственно I, II и III ступеьи; 5 — подача чистого экстрагента; 6 — отвод отработанного экстрагента (экстракта); 7— выпуск обработанной сточной воды; 8 — отстойники (или сепараторы)

зу и взаимодействовать с экстрагируемым веществом, материалом трубопроводов и запорно-регулирующей арматурой экстракционной установки.

Методы экстрагирования органических веществ по схемам контакта экстрагента и сточной воды можно разделить на перекрестноточные, ступенчато-противоточные и непрерывно-противоточные. Прямоток в процессах экстракции не применяется.

При многоступенчатой перекрестноточной схеме (рис. 4.16, а) сточная вода на каждой ступени контактирует со свежим экстрагентом, что требует значительных его расходов. Практическое применение получили методы ступенчато-противоточной и непрерывно-противоточной экстракции.

При ступенчато-противоточной экстракции (рис. 4.16,6) каждая ступень включает перемешивающее устройство для смешения фаз и отстойник для их гравитационного разделения. Могут применяться также центробежные сепараторы, обладающие более высокой разделительной способностью по сравнению с гравитационными. Вода и экстрагент движутся навстречу друг другу, экстракт последующей ступени смешивается в смесителе с водяной фазой предыдущей ступени. Смеситель должен обеспечить максимальную степень диспергирования экстракта в воде, исключающую, однако, возможность образования стойких эмульсий, которые препятствуют разделению фаз. Конечная концентрация экстрагируемого вещества в воде может быть определена по формуле

 (4.39)

где Ск и Сн — соответственно конечная и начальная концентрации экстрагируемого вещества в воде, кг/м3; ft—число экстракций;

b — удельный расход экстрагента для одной экстракции, м3/м3:

b = WI(nQ), (4.40)

здесь W — общий объем экстрагента, затрачиваемого на экстракцию, м3; Q —объем сточных вод, подвергающихся экстракции, м3.

140 стоимости извлекаемого вещества. Для большинства продуктов применение экстракции рационально при концентрации их 2 г/л и более.