溶剂萃取法处理苯酚丙酮废水的工艺优化研究

摘要

异丙苯法是工业用苯酚和丙酮产品的主流生产工艺，排放高浓度含酚废水，异丙苯萃取法是该废水中苯酚回收的主流工艺。由于废水组成复杂，萃取剂对废水中不同污染物的萃取效果及其相互影响缺乏系统研究，萃取剂中污染物积累对萃取过程的影响不明，萃取工艺的优化运行缺乏理论指导。本文以苯酚丙酮装置高含酚废水为研究对象，针对废水污染物种类多的特点，综合采用液液相平衡试验和模拟手段考察了不同污染物对彼此萃取过程的相互影响，获得了多元体系的相平衡参数。在此基础上，建立了异丙苯萃取含酚废水的工艺模型，考察了各工艺条件对废水有机物萃取效果的影响，获得了优化工艺参数，开展了萃取的中试验证，得出如下主要结论:
　　(1)异丙苯法苯酚丙酮装置排水节点多，各节点废水组成复杂、水质差异大，其中酚钠盐酸化分离罐、异丙苯塔塔顶分离罐、氧化进料碱洗塔三个节点废水苯酚浓度高，是装置废水中苯酚的主要来源，宜进行酚回收处理。三个节点废水中除含高浓度苯酚外，还含有丙酮、苯乙酮、2-苯基-2-丙醇、异丁酸等有机物。
　　(2)测定了“异丙苯-苯酚-水”、“异丙苯-丙酮-水”、“异丙苯-苯乙酮-水”、“异丙苯-2-苯基-2-丙醇-水”、“异丙苯-异丁酸-水”5个三元体系和“异丙苯-苯酚-丙酮-水”、“异丙苯-苯酚-苯乙酮-水”、“异丙苯-苯酚-2-苯基-2-丙醇-水”、“异丙苯-苯酚-异丁酸-水”4个四元体系的相平衡数据，回归了NRTL活度系数模型的二元交互参数，在此基础上，建立了异丙苯萃取苯酚丙酮废水的工艺模型，当选取合适的理论塔板数时，工艺模拟结果与中试试验验证结果一致性较好。
　　(3)工艺模拟优化及中试试验结果表明，异丙苯萃取苯酚丙酮废水有机物去除效果显著，且受油水比影响较大。油水比存在临界值，当油水比低于临界值时，萃取率随油水比增加而显著提高，当油水比高于临界值时，萃取率提高幅度较小。苯酚临界油水比小于丙酮、苯乙酮、2-苯基-2-丙醇和异丁酸的。为保证萃取工艺对各污染物的去除效果，油水比应控制在6∶1以上。
　　(4)苯酚丙酮废水中异丁酸、2-苯基-2-丙醇、苯乙酮和丙酮的浓度水平对苯酚的液液相平衡无明显影响，但2g/L的苯酚对2-苯基-2-丙醇和苯乙酮的液液相平衡影响显著。
　　(5)当萃取剂再生效果不好时，萃取剂中残留大量废水有机物，会严重影响萃取单元的萃取效率。苯酚、丙酮、苯乙酮、2-苯基-2-丙醇和异丁酸萃取效果受到萃取剂中各自浓度的显著影响，当萃取剂中残留的丙酮、苯乙酮、2-苯基-2-丙醇、异丁酸分别为100mg/L、6g/L、8g/L、200mg/L时，相应污染物的萃取率收到影响，但对苯酚萃取果影响不大。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 苯酚丙酮废水概述

1．1．1 苯酚／丙酮的性质及用途

1．1．2 苯酚丙酮生产工艺

1．1．3 苯酚丙酮废水特点及危害

1．2 国内外苯酚丙酮废水处理技术现状

1．2．1 溶剂萃取法

1．2．2 吸附分离法

1．2．3 膜分离法

1．2．4 生物处理法

1．2．5 高级氧化法

1．3 溶剂萃取法概述

1．3．1 溶剂萃取脱酚的影响因素

1．3．2 脱酚萃取剂的选择

1．4 液液相平衡理论

1．4．1 液液相平衡概述

1．4．2 液液相平衡研究的重要性

1．4．3 液液相平衡表达方式

1．5 流程模拟在溶剂萃取中的应用

1．6 本课题的研究目的、内容与意义

1．6．1 研究目的及意义

1．6．2 研究内容

2 苯酚丙酮装置废水排放特征研究

2．1 试验材料、仪器与方法

2．1．1 常规水质分析检测项目

2．1．2 废水中丙酮的测定

2．1．3 各个节点废水有机污染物测定

2．2 结果与讨论

2．2．1 各节点废水水质常规指标分析

2．2．2 苯酚丙酮装置各节点废水有机物GC／MS定性、定量分析

2．3 小结

3 液液萃取相平衡条件优化

3．1 试验材料、仪器与方法

3．1．1 试验材料与仪器

3．1．2 试验方法

3．2 液液相平衡试验条件优化

3．2．1 达到分配平衡的条件

3．2．2 废水pH对苯酚萃取的影响

3．2．3 萃取油水比对苯酚萃取的影响

3．2．4 萃取温度对苯酚萃取的影响

3．2．5 废水苯酚浓度对苯酚萃取的影响

3．2．6 废水中含盐量对苯酚萃取的影响

3．3 液液萃取脱酚响应面优化试验

3．3．1 试验结果与模型建立

3．3．2 苯酚萃取率的响应面分析

3．4 小结

4 多元体系液液萃取相平衡研究

4．1 材料与方法

4．1．1 试验材料与仪器

4．1．2 试验方案及分析方法

4．2 液液相平衡数据关联与模型参数回归

4．2．1 相平衡数据关联模型的选择

4．2．2 模型参数回归

4．3 三元体系液液相平衡数据测定与关联

4．3．1 三元体系液液相平衡数据测定

4．3．2 数据可靠性检验

4．3．3 活度系数模型参数回归与相平衡数据模拟

4．4 四元体系液液相平衡数据测定

4．4．1 四元体系液液相平衡数据

4．4．2 数据可靠性检验

4．4．3 活度系数模型参数回归与相平衡数据预测

4．5 多元混合体系的萃取分配系数的对比分析

4．5．1 多元混合体系

4．5．2 不同混合体系中各物质的萃取分配系数的对比

4．6 小结

5 苯酚丙酮装置废水萃取工艺模拟优化研究

5．1 试验方法

5．1．1 活度系数模型NRTL的二元交互参数的确定

5．1．2 萃取单元模型建立

5．1．3 萃取塔模拟优化方案

5．2 结果与分析

5．2．1 油水比影响萃取工艺的模拟研究

5．2．2 萃取塔进水有机物组成影响萃取工艺的模拟研究

5．2．3 萃取剂组成影响萃取工艺的模拟研究

5．3 小结

6 萃取工艺模拟优化验证

6．1 材料与方法

6．1．1 试验材料与仪器

6．1．2 试验方法

6．2 苯酚丙酮废水萃取工艺中试试验结果

6．2．1 不同油水比下废水中特征有机物的萃取情况

6．2．2 萃取剂组成变化对苯酚萃取效果的影响

6．2．3 油水比分别为5：1和10：1试验结果与模拟结果对比

6．3 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果