Trattamento delle acque reflue mediante estrazione con solvente

L'estrazione si riferisce al processo di estrazione di uno o più componenti da soluzioni o solidi usando solventi selettivi (estratti). La base del metodo di estrazione del solvente è un processo di trasferimento di massa che coinvolge due fasi liquide reciprocamente insolubili o parzialmente solubili, tra le quali viene distribuita la sostanza estraibile. Per aumentare la velocità del processo, la soluzione iniziale (acque reflue) e il materiale estraente vengono portati a stretto contatto. Come risultato dell'interazione delle fasi, si ottiene un estratto - una soluzione del componente estratto nell'estrattore, e il raffinato è la soluzione iniziale residua (acque reflue purificate), da cui il componente estratto viene rimosso da un grado variabile di completezza.

Le fasi liquide risultanti (estratto e raffinato) sono separate l'una dall'altra per decantazione, centrifugazione o altri mezzi meccanici. Dopo di ciò, la sostanza estratta viene estratta dall'estratto per restituire l'estrattore al processo di estrazione mediante stripping con un altro solvente, nonché mediante evaporazione, distillazione, interazione chimica o precipitazione.

Nel processo di purificazione delle acque reflue dagli ioni di metalli pesanti utilizzando l'estrazione liquida, i metalli vengono trasferiti nella fase organica e quindi come risultato della riestrazione dalla fase organica (estratto) a una soluzione acquosa. In questo modo si ottiene il trattamento delle acque reflue e la concentrazione del metallo, cioè si creano le condizioni per la sua rigenerazione.

Gli estrattivi forniscono la transizione dei componenti target dalla fase esausta (pesante), che molto spesso è una soluzione acquosa, alla fase di estrazione (leggera) (di solito un liquido organico). Due fasi liquide di contatto e un componente bersaglio distribuito tra loro formano un sistema di estrazione. La fase di estrazione comprende solo l'estrattore (o una miscela di sostanze estraenti) o è una soluzione di uno o più estrattori in un diluente utilizzato per migliorare le proprietà fisiche (viscosità, densità) e di estrazione degli estratti. Come diluenti, di solito vengono utilizzati liquidi (cherosene, benzene, cloroformio, ecc.) O loro miscele, che nella fase esausta sono praticamente insolubili e inerti rispetto ai componenti estraibili della soluzione. A volte i modificanti vengono aggiunti ai diluenti per aumentare la solubilità dei componenti estraibili nella fase di estrazione o per facilitare la separazione: alcoli, chetoni, fosfato di tributile, ecc.

Le fasi principali dell'estrazione del solvente includono:

1) messa in contatto e dispersione delle fasi;

2) separazione o delaminazione delle fasi nell'estratto (fase di estrazione) e raffinato (fase esausta);

3) isolamento dei componenti bersaglio dall'estratto e rigenerazione dell'estrattore, per il quale più spesso viene utilizzata la riestrazione della distillazione (processo, estrazione liquida inversa), trattando l'estratto con soluzioni acquose di sostanze che assicurano la conversione completa dei componenti bersaglio in una soluzione o precipitato e la loro concentrazione;

4) lavaggio dell'estratto per ridurre il contenuto e rimuovere la soluzione madre raccolta meccanicamente.

In qualsiasi processo di estrazione, dopo aver raggiunto i tassi di estrazione richiesti, le fasi devono essere separate. Le emulsioni formate durante la miscelazione sono di solito termodinamicamente instabili, il che è dovuto alla presenza di energia libera in eccesso dovuta alla grande superficie interfacciale. Quest'ultimo diminuisce a causa della coalescenza (fusione) delle goccioline di fase disperse. La coalescenza è energicamente utile (specialmente nei sistemi binari) e si verifica fino a quando non si formano due strati di liquido.

La separazione delle emulsioni viene effettuata, di norma, in due fasi. In primo luogo, precipitano rapidamente (fluttuano) e coalizzano grandi gocce. Gocce significativamente più piccole rimangono sotto forma di una "nebbia", che si deposita per un bel po 'di tempo. Il tasso di separazione spesso determina le prestazioni dell'apparato dell'intero processo di estrazione. In pratica, per intensificare la separazione delle fasi, vengono utilizzate forze centrifughe e vengono utilizzati vari dispositivi o ugelli, che si trovano nei bacini di decantazione (vedi sotto). In alcuni casi, la delaminazione contribuisce al campo elettrico.

Requisiti di base per gli estrattori industriali:

- elevata capacità di estrazione sul componente target;

- bassa solubilità nel raffinato; compatibilità con i diluenti; facilità di rigenerazione;

- alta chimica e, in alcuni casi, resistenza alle radiazioni, incombustibilità o un punto di infiammabilità sufficientemente elevato (superiore a 60 ° C);

- bassa volatilità e bassa tossicità; disponibilità e basso costo.

Gli estrattori industriali più comuni sono suddivisi nelle seguenti classi:

1) neutro, che vengono rimossi da diversi meccanismi a seconda dell'acidità della soluzione iniziale - acqua, composti organofosforici, solfossidi di petrolio, alcoli saturi, eteri ed esteri, aldeidi, chetoni, ecc.;

2) acido, che estrae i cationi metallici nella fase organica dagli acidi acquoso - organofosforici, acidi carbossilici e naftenici, acidi solfonici, alchilfenoli, composti chelanti.

3) di base, con l'aiuto del quale estraggono anioni metallici da soluzioni acquose, ammine primarie, secondarie, terziarie e loro sali, sali di basi quaternarie di ammonio, fosfonio e arsonium, ecc.

L'estrazione liquida viene utilizzata per la depurazione di acque reflue industriali contenenti fenoli, oli, acidi organici, anilina, ioni metallici, ecc. Con un contenuto relativamente elevato, che consente di compensare i costi di estrazione. Per la maggior parte dei prodotti, l'uso dell'estrazione è consigliabile a una concentrazione di 2 g / lo più. I metodi di estrazione più utilizzati sono usati per trattare le acque reflue provenienti da impianti per la lavorazione termica di combustibili solidi (carbone e lignite, scisto, torba) contenenti una quantità significativa di fenoli. L'efficienza di estrazione dei fenoli dalle acque reflue raggiunge l'80 - 97%.

Il metodo di estrazione si basa sulla distribuzione dell'inquinante tra due liquidi mutuamente insolubili in base alla sua solubilità in essi. La sostanza estratta viene distribuita tra l'acqua e il solvente aggiunto secondo la legge della distribuzione di equilibrio:

dove Ce e CB sono le concentrazioni della sostanza estratta, rispettivamente, nell'estrattore e nell'acqua allo stato stazionario.

Il coefficiente di distribuzione Kp caratterizza l'equilibrio dinamico durante l'estrazione e dipende dalla natura dei componenti del sistema, dalla presenza di impurità nell'acqua e dall'estratto e dalla temperatura. Come estrattori per l'estrazione di impurità dall'acqua, vengono usati vari solventi organici: eteri ed esteri, alcoli, tetracloruro di carbonio, benzene, toluene, clorobenzene. Estrazione con una miscela di solventi. Nella qualità degli estrattori è economicamente vantaggioso utilizzare vari prodotti tecnici e rifiuti di produzione.

Il trattamento delle acque reflue mediante estrazione consiste in diverse fasi: miscelazione delle acque reflue con un estrattore organico, separazione delle fasi liquide risultanti, rigenerazione del prodotto estratto dall'estratto e raffinato.

I metodi di estrazione in base al metodo di contatto dell'estrattore e delle acque di scarico sono suddivisi in flussi incrociati, flusso contatore e flusso contatore non intermittente. Applicazione pratica ha ricevuto gli ultimi due metodi. Con l'estrazione graduale in controcorrente, l'acqua e l'estratto si spostano uno verso l'altro, pur ottenendo un'elevata efficienza di pulizia.

L'estrazione si riferisce anche al processo di estrazione di uno o più componenti da soluzioni o solidi usando solventi selettivi (estratti). La base del metodo di estrazione del solvente è un processo di trasferimento di massa che coinvolge due fasi liquide reciprocamente insolubili o parzialmente solubili, tra le quali viene distribuita la sostanza estraibile. Per aumentare la velocità del processo, la soluzione iniziale (acque reflue) e il materiale estraente vengono portati a stretto contatto. Come risultato dell'interazione delle fasi, si ottiene un estratto - una soluzione del componente estratto nell'estrattore e un raffinato - una soluzione iniziale residua (acque reflue purificate), da cui il componente estraibile viene rimosso con vari gradi di completezza.

Le fasi liquide risultanti (estratto e raffinato) sono separate l'una dall'altra mediante sedimentazione, centrifugazione o altri metodi meccanici. Successivamente, la sostanza estratta viene estratta dall'estratto per restituire l'estrattore al processo di estrazione mediante riestrazione con un altro solvente, nonché mediante evaporazione, distillazione, interazione chimica e precipitazione.

Poiché assolutamente liquidi insolubili in acqua, nella parte processo di estrazione del solvente disciolto nelle acque reflue, diventando così una nuova acqua contaminante; pertanto, è necessario estrarre il prodotto dal raffinato. perdite solvente con reflui ammissibile soltanto se la sua solubilità in acqua non superiore MPC e solvente basso costo. Il processo di depurazione di ioni di metalli pesanti mediante estrazione con solvente di metalli passa nella fase organica, quindi a seguito di stripping - della fase organica (estratto) in una soluzione acquosa. Pertanto, il trattamento delle acque reflue e la concentrazione del metallo, vale a dire vengono create le condizioni per la sua rigenerazione. La fase organica comprende un estraente liquido organico e - solvente estraente (cherosene, benzene, cloroformio, toluene, ecc Come estraenti sono gli esteri di acidi organici, alcoli, chetoni, ammine, ecc, e reextractants -., Soluzioni acquose di acidi inorganici e basi.

L'estrazione dei metalli dalla fase acquosa alla fase organica viene effettuata in tre modi: 1) mediante estrazione di scambio cationico - cioè scambio di catione metallico recuperabile per catione estraente; 2) estrazione di scambio anionico - es. lo scambio dell'anione contenente metallo all'anione dell'estratto;

3) mediante estrazione di coordinazione, in cui il legame di coordinazione della molecola o dello ione estraente è formato direttamente con l'atomo (ione) del metallo estratto.

L'estrazione di scambio cationico in forma generale è descritta dall'equazione:

dove la valenza metallica z, R è il residuo acido di un acido organico. Gli estratti di scambio cationico sono acidi grassi del tipo RCOOH (ad esempio, acidi carbossilici) con il numero di atomi di carbonio nel radicale da 7 a 9 e acidi naftenici, che sono ottenuti dal petrolio greggio.

Un tipo di estrazione di scambio cationico è l'estrazione di estrattivi complessanti (chelanti). In questo caso, l'estrazione avviene come risultato dello scambio ionico e della coordinazione dell'estrattore con l'atomo (ione) del metallo estratto con la formazione di composti intracomplessi. Nei processi di estrazione dello scambio anionico, le ammine primarie RNH sono utilizzate come estrattori.2, secondaria R2NH e terziario R3N (R-C7-C9). Nelle ammine, l'azoto ha la capacità di formare composti di coordinazione: R3N + HCl => (R3NH) Cl.

Con estrazione continua controcorrente (Figura 2), l'acqua e il prodotto di estrazione si spostano l'uno verso l'altro nello stesso apparecchio, fornendo dispersione del solvente nell'acqua, mentre le impurità delle acque reflue vengono continuamente trasferite all'estrattore.

Figura 2. Diagramma di estrazione controcorrente continua

Lo schema tecnologico del trattamento delle acque reflue industriali per estrazione dipende dalla quantità e dalla composizione delle acque reflue, dalle proprietà dell'estrattore, dai metodi di rigenerazione e da altri fattori e solitamente include i seguenti impianti: trattamento delle acque prima dell'estrazione (fosse settiche, celle di galleggiamento, filtri per pulizia meccanica, neutralizzatori, ecc.) ; estrazione stessa; rigenerazione del solvente dall'estratto e acqua depurata. Il design delle colonne di estrazione dipende dal metodo di contatto delle acque reflue e del materiale estraente.

Ci sono colonne spray e iniezione. Spesso vengono utilizzate colonne impaccate, in cui i blocchi realizzati in ceramica, metallo, plastica, nonché elementi di ricarica in ceramica, metallo (anelli Raschig, anelli Pall, selle Berl, ecc.) Vengono utilizzati come ugelli. Per aumentare l'intensità e l'efficienza della miscelazione vengono utilizzate anche colonne a piastre, colonne con pulsazioni o con piastre a maglie mobili. La scelta del tipo di colonna è determinata dal numero richiesto di fasi di estrazione e dalla spesa ammissibile di energia.

L'elevata velocità di estrazione è ottenuta negli estrattori centrifughi, in cui per creare una superficie interfacciale sviluppata, i liquidi vengono schiacciati in gocce quando si spostano attraverso i fori degli elementi di contatto. Il fluido pesante viene iniettato nel centro del rotore attraverso la cavità, la luce, nella parte periferica di esso. La separazione dei liquidi nelle parti centrali e periferiche del rotore viene accelerata sotto la pressione delle forze centrifughe. Il reagente sciolto in acqua viene solitamente rigenerato mediante distillazione, che viene effettuata in una colonna impaccata. L'acqua riscaldata viene fornita dalla parte superiore della colonna e il vapore caldo dal fondo. I solventi ad alta tensione di vapore possono essere rigenerati espellendo l'aria o altri gas. Ciò consente di ridurre il consumo di calore per il riscaldamento dell'acqua, nonché di ridurre la perdita di solvente causata dall'idrolisi a temperature elevate.

Per i solventi facilmente idrolizzanti che hanno un costo elevato e hanno punti di ebollizione elevati, capacità di calore e calore di vaporizzazione, può essere consigliabile utilizzare il metodo di riestrazione. L'essenza del metodo è che il solvente viene estratto dall'acqua da un altro solvente più economico, che può essere facilmente rimosso dall'acqua per distillazione. La rigenerazione del solvente dall'estratto viene effettuata, di regola, per distillazione.

Secondo il metodo di contatto delle fasi, gli estrattori industriali sono suddivisi in dispositivi a contatto differenziale (apparecchi a colonna), a gradini e intermedi. L'apparato del primo gruppo si distingue per il contatto continuo delle fasi e una variazione graduale della concentrazione del componente estratto lungo la lunghezza (altezza) dell'apparecchio. Con un tale profilo di concentrazione, le fasi in qualsiasi punto dell'estrattore non sono bilanciate. Questi dispositivi sono più compatti e richiedono aree di produzione limitate, tuttavia, a causa della miscelazione longitudinale (dovuta a flussi assiali convettivi, zone stagnanti, pulsazioni turbolente, ecc.), La forza motrice media può essere significativamente ridotta.

I dispositivi del secondo gruppo sono costituiti da stadi discreti, in ognuno dei quali le fasi sono in contatto, dopodiché vengono separate e si muovono controcorrente nelle fasi successive. La miscelazione longitudinale è meno pronunciata, ma la necessità di separare le fasi tra fasi adiacenti può portare (con sistemi di decantazione insufficiente) ad un aumento significativo delle dimensioni dell'estrattore.

Gli estrattori di colonne sono divisi in gravità e con un rifornimento di energia esterno.

Estrattori per gravità. In essi, il movimento dei liquidi interagenti avviene sotto l'azione della differenza nelle densità delle fasi; la superficie del loro contatto si forma a causa dell'energia intrinseca dei flussi. Questi dispositivi includono spray, ugelli e estrattori dello schermo.

Gli estrattori a spruzzo (Fig. 3) sono colonne vuote dotate di ugelli, iniettori e altri spray per disperdere le fasi interagenti. Tali dispositivi si distinguono per semplicità e alte prestazioni, ma relativamente bassa efficienza. Estrattori di ugelli leggermente più efficienti, ma meno produttivi, non diversi nel dispositivo da altri analoghi apparati di trasferimento di massa. Gli estrattori del setaccio sono colonne con piastre perforate dotate di dispositivi di troppopieno. Uno dei liquidi interagenti, passando attraverso i fori nelle piastre, è disperso; questo crea una grande superficie di contatto con il fluido in arrivo che fluisce attraverso i dispositivi di sfioro sotto forma di una fase continua. Gli estrattori di setaccio hanno prestazioni inferiori solo agli estrattori a spruzzo, affidabili nel funzionamento (grazie alla semplicità del design e all'assenza di parti in movimento), ma hanno una bassa efficienza.

Rispetto ad altri apparecchi a colonna, tutti gli estrattori a gravità sono inefficaci a causa dell'area relativamente piccola della superficie di contatto specifica delle fasi, a causa delle grandi dimensioni delle goccioline (fino a diversi mm). L'alimentazione di energia consente di schiacciare gocce (fino a decimi di mm), con il risultato che l'altezza della colonna richiesta può essere ridotta di un ordine di grandezza.

Fig. 3. Estrattore spray: 1,2 - spruzzatori.

Gli estrattori con un apporto esterno di energia sono divisi in pulsazioni, vibrazioni, con agitazione meccanica. Quest'ultimo tipo di apparecchio comprende estrattori a disco rotante e miscelatori alternati e sezioni di ugelli di sedimentazione (colonne di Scheibel). Nelle unità a disco rotante (Fig. 4), i dischi rotanti mescolano e disperdono i liquidi di contatto, dopodiché vengono stratificati. Nelle colonne di Scheibel (figura 5), ​​i miscelatori a palette o turbina sono collocati su un albero verticale comune alternativamente con strati di un ugello fisso. Fluido misto che passa attraverso lo strato di ugelli, stratificato.

Fig. 4. Estrattore del disco rotante: 1 - rotore (albero con dischi); 2 - partizioni anulari dello statore.

Fig. 5. Estrattore con sezioni alternate di miscelazione e decantazione (colonna di Scheibel): 1 albero; 2 - agitatore; 3 - ugello.

Estrattori a gradini. Questi includono vari tipi di mixer sommatori. La sezione di tale dispositivo si avvicina all'efficienza di un livello teorico. Il numero richiesto di livelli viene raggiunto collegando le sezioni in cascata. Spesso, diverse sezioni, separate da partizioni, sono combinate in un caso (estrattori di scatole; Fig. 6). Ogni sezione (stage) ha una camera di miscelazione e sedimentazione. La miscelazione di fase può essere a impulsi o meccanici (i miscelatori per turbine più usati, trasportando simultaneamente liquidi da uno stadio all'altro).

estrazione di acque reflue liquide

Fig. 6. Estrattore di scatole: 1.3 - camere di miscelazione e decantazione; 2 - partizione; 4 - confine di fase; 5 - tubo di ricircolo; 6 - collettore di aspirazione; 7 - agitatore a turbina.

Tra i dispositivi che occupano una posizione intermedia tra contatto differenziale e gradini, gli estrattori centrifughi sono i più comuni, in cui la separazione e talvolta la miscelazione delle fasi avvengono nel campo di azione delle forze centrifughe. Il corpo di lavoro (rotore) di questi dispositivi è costituito da una serie di cilindri perforati, nastri a spirale, ecc. La soluzione iniziale e l'estrattore si muovono uno verso l'altro, con una fase più pesante - dal centro verso la periferia e un accendino - nella direzione opposta. Il contatto dei liquidi avviene sulla via del loro movimento e della dispersione - quando passa attraverso le parti perforate dei cilindri.

Gli estrattori centrifughi sono suddivisi in camera (passo discreto) e contatto differenziale. L'apparato del primo gruppo è costituito da stadi separati (camere), in ciascuno dei quali le fasi mobili controcorrenti sono sequenzialmente mescolate e separate (ad esempio, gli estrattori di "Luvest" e "Robert"). Nell'apparecchio del secondo gruppo, il processo procede a stretto contatto con flussi in fase controcorrente in movimento; il movimento avviene attraverso i canali formati dalle partizioni interne del rotore (ad esempio, gli estrattori Podbilnyak).

Gli estrattori centrifughi sono noti per l'elevata produttività (flussi fino a centinaia di m 3 / h) e l'efficienza (3-10 stadi teorici), la breve durata del contatto delle fasi (diversi secondi o meno) e lo scambio di massa intensivo. Tali dispositivi sono promettenti nella produzione di composti instabili (ad esempio antibiotici), nella lavorazione di soluzioni altamente radioattive e emulsioni stabili, sistemi con densità di fase simili.

La scelta degli estrattori di progetti ottimali per specifici processi industriali dovrebbe basarsi sul confronto tecnico ed economico dei dispositivi, tenendo conto dell'efficienza del loro lavoro, della produttività, della capacità di separazione, dell'energia, del capitale e dei costi operativi.

Nella pratica di laboratorio, fondamentalmente gli stessi metodi utilizzati nell'industria sono utilizzati per l'estrazione liquida effettuata in estrattori di vetro, metallo o polimeri di vari disegni, i più semplici dei quali sono gli imbuti separatori, uno strumento Lewis (un becher con agitatori), ecc.

Distillazione (distillazione) e rettifica nel trattamento delle acque reflue.


La distillazione e la rettifica sono tra i metodi più comuni per separare i liquidi organici disciolti dalle acque reflue. Gli impianti per la distillazione e la rettifica delle acque reflue, di norma, fanno parte degli schemi tecnologici dei principali impianti di produzione, mentre le impurità isolate dalle acque reflue vengono solitamente utilizzate negli stessi impianti di produzione.

Distillazione (dalla distillazione della distillazione latina), separazione delle miscele liquide in frazioni di composizione diversa. Il processo si basa sulla differenza nei punti di ebollizione dei componenti della miscela. A seconda delle proprietà fisiche dei componenti delle miscele liquide separate, vengono utilizzati vari metodi di distillazione.

La semplice distillazione viene effettuata nell'impianto (Fig. 1) di un'azione periodica o continua mediante l'evaporazione graduale delle acque reflue nella distillazione. I vapori risultanti sono condensati in un refrigeratore a condensatore e il distillato entra nella raccolta. Applicarlo alle acque di scarico dalle impurità, il cui punto di ebollizione è significativamente inferiore al punto di ebollizione dell'acqua (acetone, alcool metilico, ecc.). Per una separazione più completa delle miscele e per ottenere un distillato concentrato, la distillazione viene effettuata con riflusso (condensazione parziale di miscele di vari vapori e gas per arricchirle con componenti a basso punto di ebollizione). Un condensatore a riflusso tubolare o serpentino è installato sopra il cubo di distillazione, in cui i vapori di acqua bollente più elevata sono parzialmente condensati, e viene riflusso (umidità) in un cubo e i vapori arricchiti con un componente basso bollente vengono inviati al refrigeratore-condensatore.

1- cubo di distillazione

3 collezione
Figura 1. Semplice distillazione

La distillazione frazionata, detta anche distillazione frazionata (Figura 2), è un tipo di distillazione semplice. Utilizzato per separare la miscela di liquidi in frazioni con punto di ebollizione in intervalli di temperatura ristretti. Allo stesso tempo i distillati di diverse composizioni vengono ritirati (successivamente nel tempo) in diverse raccolte. La Collezione 1 riceve la prima parte del distillato, il più ricco con componenti a basso punto di ebollizione, la raccolta 2 meno ricca, la raccolta 3 ancora meno ricca, ecc. In ciascuno di questi distillati (frazioni) prevalgono uno o più componenti della miscela iniziale con punti di ebollizione vicini. La semplice distillazione per migliorare la separazione delle miscele è spesso combinata con la distillazione a riflusso controcorrente (condensazione parziale di miscele di vari vapori e gas per arricchirle con componenti a basso punto di ebollizione) (Fig. 3). In questo caso, i vapori formati nel cubo 1 sono parzialmente condensati nel condensatore di riflusso 2, condensato (riflusso) viene continuamente restituito al cubo, e il resto del vapore dopo che il condensatore di riflusso entra nel condensatore 3, da dove il distillato fluisce nel collettore 4. Questo metodo raggiunge un maggiore arricchimento del distillato con componenti a basso punto di ebollizione, t. a. Con la condensazione parziale (riflusso) dei vapori, i componenti altobollenti sono prevalentemente condensati.

La distillazione di equilibrio (evaporazione singola) è caratterizzata dall'evaporazione di una parte del liquido e dal contatto prolungato dei vapori con liquido non evaporato fino al raggiungimento dell'equilibrio di fase (Fig. 4.) La miscela separata passa attraverso i tubi 1 riscaldati dall'esterno con i gas di scarico. La miscela vapore-liquido risultante, vicina allo stato di equilibrio, entra nel separatore 2 per la separazione meccanica del liquido dal vapore. I vapori (P) dal separatore entrano nel condensatore, da dove il distillato fluisce nel ricevitore e il liquido rimasto nel separatore viene scaricato nella raccolta. In questo processo, il rapporto tra vapore e liquido è determinato dal bilancio del materiale e dalle condizioni di equilibrio di fase. La distillazione di equilibrio viene raramente utilizzata per miscele bicomponente; buoni risultati si ottengono principalmente nel caso di miscele multicomponenti, dalle quali è possibile ottenere frazioni che differiscono notevolmente per composizione.

La distillazione molecolare si basa sulla separazione delle miscele liquide mediante la loro evaporazione libera in un alto vuoto di 133-13,3 mN / m 2 (10 -3 -10 -4 mm Hg) ad una temperatura inferiore al punto di ebollizione. Il processo viene eseguito con la disposizione reciproca delle superfici di evaporazione e condensazione ad una distanza inferiore al percorso libero medio delle molecole della sostanza distillata. A causa del vuoto, le molecole di vapore si spostano dalla superficie di evaporazione a quella di condensazione con il numero minimo di collisioni. Nella distillazione molecolare, la variazione nella composizione del vapore rispetto alla composizione liquida è determinata dalla differenza nei tassi di evaporazione dei componenti. Pertanto, questo metodo può essere utilizzato per separare le miscele i cui componenti hanno la stessa pressione di vapore. Ad una determinata temperatura del liquido e alla corrispondente pressione di vapore, la velocità di distillazione molecolare aumenta con la diminuzione della pressione nell'apparecchio.

Per ridurre il tempo di diffusione delle molecole del componente volatile dalla profondità dello strato liquido alla superficie di evaporazione, il processo in cubi molecolari moderni viene effettuato in film molto sottili di liquido, il che consente, inoltre, di ridurre il tempo trascorso sulla superficie di evaporazione e il rischio della sua decomposizione termica. Per la distillazione molecolare, vengono utilizzati dispositivi con superfici di evaporazione orizzontali e verticali, nonché dispositivi centrifughi che hanno ricevuto la massima applicazione industriale. In quest'ultimo, il processo è caratterizzato dallo spessore più piccolo di un film liquido (0,05 mm in media) e dal tempo di permanenza sulla superficie di riscaldamento (0,03-1,2 s). Nei dispositivi centrifughi (figura 5), ​​l'evaporatore 1, che è un cono a rotazione rapida (a volte un disco), viene fornito con una miscela separabile. La forza centrifuga sposta il fluido dal centro alla periferia (in alto). I vapori della sostanza distillata sono raccolti su un condensatore fisso 2, situato parallelamente alla superficie dell'evaporatore, da dove il distillato viene prelevato continuamente. Il residuo dopo la distillazione viene scaricato nello scivolo anulare 3 e rimosso dal cubo. Per aumentare l'effetto di separazione, diversi dispositivi sono installati in serie.

La distillazione molecolare è utilizzata per la separazione e la purificazione di sostanze organiche altamente molecolari e termicamente instabili, ad esempio per la purificazione di acidi sebacei, stearici, oleici e altri, per l'isolamento di vitamine dall'olio di pesce e vari oli vegetali, nella produzione di preparati medici, olii sottovuoto, ecc.

La rettifica (dalla tardiva rettifica latina - raddrizzamento, rettifica) è uno dei metodi per separare le miscele liquide, in base alla diversa distribuzione dei componenti della miscela tra le fasi liquida e vapore.

In rettifica, i flussi di vapore e liquido, muovendosi in direzioni opposte (controcorrente), si contattano ripetutamente in dispositivi speciali (colonne di distillazione) e parte del vapore (o liquido) che lascia l'apparecchio ritorna dopo condensazione (per vapore) o evaporazione (per liquido).

Attrezzatura di rettifica I dispositivi utilizzati per la rettifica, colonne di distillazione, sono costituiti dalla colonna reale, dove viene effettuata la controcorrente del vapore e del liquido, e dispositivi in ​​cui avviene l'evaporazione e la condensazione del vapore, il cubo e il deframmentatore. La colonna è un cilindro cavo verticale, all'interno del quale sono installati i cosiddetti. piastre (dispositivi di contatto di vari disegni) o materiale a forma di grumi disposti - ugello. Il cubo e il dephlegmator sono generalmente scambiatori di calore a fascio tubiero (anche i forni a tubi e gli evaporatori rotanti).

Lo scopo delle piastre e degli ugelli è lo sviluppo della superficie interfacciale e il miglioramento del contatto tra liquido e vapore. Le piastre sono solitamente fornite con un dispositivo per traboccare il liquido. I disegni di tre tipi di piastre di troppo pieno sono mostrati in Fig. 1 (a, b, c). Poiché gli ugelli delle colonne di distillazione sono solitamente anelli, il cui diametro esterno è uguale alla loro altezza. I più comuni sono gli anelli Raschig (Fig. 2, 1) e le loro varie modifiche (Fig. 2, 2-4).

In entrambe le colonne impaccate e piatti, l'energia cinetica del vapore viene utilizzata per superare la resistenza idraulica dei dispositivi di contatto e per creare un sistema di vapore dinamico disperso - un liquido con un'ampia superficie interfacciale. Ci sono anche colonne di distillazione con una fornitura di energia meccanica, in cui viene creato un sistema disperso quando il rotore è montato lungo l'asse della colonna. Gli apparati rotanti hanno una caduta di pressione più bassa in altezza, che è particolarmente importante per le colonne del vuoto.

Secondo il metodo di conduzione, si distingue la rettifica continua e periodica. Nel primo caso, la miscela separata viene alimentata continuamente nella colonna di distillazione e due o più frazioni, arricchite in alcuni componenti e impoverite in altre, vengono continuamente rimosse dalla colonna. Il diagramma di flusso di un tipico apparecchio di rettifica continua - una colonna completa - è mostrato in Fig. 3, a. La colonna completa è composta da 2 sezioni: rafforzamento (1) ed esauriente (2). La miscela iniziale (di solito al punto di ebollizione) viene alimentata alla colonna, dove viene mescolata con il cosiddetto. liquido estratto e scorre attraverso i dispositivi di contatto (piastre o ugelli) della sezione controcorrente esaustiva al flusso di vapore in aumento. Raggiunto il fondo della colonna, il flusso liquido arricchito con componenti altamente volatili scorre nel cubo della colonna (3). Qui, il liquido viene parzialmente evaporato come risultato del riscaldamento con un adatto refrigerante, e il vapore entra nuovamente nella sezione esaustiva. Uscendo da questa sezione il vapore (cosiddetto distante) entra nella sezione di rinforzo. Dopo averlo superato, il vapore arricchito con componenti volatili entra nel condensatore a riflusso (4), dove è solitamente completamente condensato con un refrigerante adatto. Il liquido risultante è diviso in 2 flussi: distillato e riflusso. Il distillato è il flusso del prodotto, e il reflusso viene alimentato all'irrigazione della sezione di rinforzo, attraverso i dispositivi di contatto di cui scorre. Una parte del liquido viene prelevata dal fondo della colonna sotto forma di cosiddetto. Residuo IVA (anche flusso di prodotto).

Il rapporto tra la quantità di riflusso e la quantità di distillato è indicato con R ed è chiamato il numero di riflusso. Questo numero è una caratteristica importante della rettifica: maggiore è la R, maggiori sono i costi operativi del processo. I costi minimi di riscaldamento e freddo associati all'esecuzione di un particolare compito di separazione possono essere trovati utilizzando il concetto di numero minimo di riflusso, che viene calcolato assumendo che il numero di dispositivi di contatto o l'altezza totale dell'ugello tenda all'infinito.

Se la miscela iniziale deve essere divisa in modo continuo in un numero di frazioni maggiore di due, viene utilizzata una serie di colonne o serie parallele di colonne.

Con la rettifica periodica (figura 3, b), la miscela liquida iniziale viene caricata simultaneamente nel cubo della colonna, la cui capacità corrisponde alla prestazione desiderata. I vapori del cubo entrano nella colonna e salgono al dephlegmator, dove si condensano. Nel periodo iniziale, tutta la condensa viene restituita alla colonna, che corrisponde al cosiddetto. regime di irrigazione completo. Quindi la condensa viene divisa in riflusso e distillato. Quando il distillato viene prelevato (con un numero di riflusso costante o con il suo cambiamento), vengono innanzitutto rimossi i componenti volatili dalla colonna, quindi i componenti volatili e così via. La frazione (o le frazioni) desiderate viene portata alla raccolta appropriata. L'operazione continua fino all'elaborazione completa della miscela inizialmente caricata.

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Tecnologie di trattamento delle acque reflue ad alta salinità

Selezione di un metodo per il trattamento delle acque di scarico saline

1. Metodi di dissalazione dell'acqua e loro classificazione.

Ridurre la salinità dell'acqua ai limiti di GOST 2874-82 "Acqua Potabile" o ad una concentrazione vicina al contenuto di sale nell'acqua distillata è chiamata desalinizzazione e desalinizzazione, rispettivamente.

I metodi esistenti di desalinizzazione e desalinizzazione dell'acqua sono divisi in due gruppi principali: con e senza cambiamento nello stato di aggregazione dell'acqua. Il primo gruppo di metodi comprende la distillazione, il riscaldamento dell'acqua al di sopra della temperatura critica (350 ° C), il congelamento, il metodo con gas idrato; al secondo - scambio ionico, elettrodialisi, osmosi inversa (iperfiltrazione), ultrafiltrazione, estrazione, ecc.

La distillazione, lo scambio ionico, l'elettrodialisi e l'osmosi inversa sono i più comuni nella pratica.

2. Dissalazione e desalinizzazione dell'acqua per distillazione.

Il metodo di distillazione si basa sulla capacità dell'acqua di evaporare e decomporsi quando riscaldato a vapore fresco e salamoia. Il principio di distillazione si basa sul fatto che quando l'acqua salata viene riscaldata ad una temperatura superiore al punto di ebollizione (a una data salinità e pressione), l'acqua inizia a bollire. Il vapore risultante ad una pressione inferiore a 50 kgf / cm 2 è praticamente incapace di dissolvere i sali contenuti nell'acqua desalinizzata, quindi, quando si condensa, si ottiene acqua fresca. Per l'evaporazione di 1 kg di acqua, è necessario riscaldarlo fino al punto di ebollizione e quindi aggiungere calore aggiuntivo alla transizione di fase dell'acqua in vapore, il cosiddetto calore latente di vaporizzazione, pari ad una temperatura di 100 ° C a 539,55 kcal / kg. Per convertire il vapore risultante in acqua, è necessario eliminare il calore della transizione di fase (559,55 kcal / kg) dal vapore. Gran parte di questo calore può essere restituito all'unità, ad es. E 'ripreso. Maggiore è il recupero del calore della transizione di fase, maggiore è l'efficienza termica dell'impianto di desalinizzazione della distillazione.

Il principio di funzionamento dell'impianto di dissalazione di distillazione monostadio è il seguente: l'acqua di fonte viene alimentata attraverso il riscaldatore del condensatore all'evaporatore, dove viene riscaldata ed evaporata a causa del calore del vapore di riscaldamento o dell'acqua calda. Il vapore risultante (secondario) entra nel condensatore, dove viene raffreddato dall'acqua di sorgente e convertito in distillato. La condensazione del calore viene utilizzata per preriscaldare l'acqua di reintegro dell'evaporatore.

Le più utilizzate sono le unità evaporatore multistadio, che sono diverse unità consecutive a singolo stadio, con il vapore secondario proveniente dallo stadio precedente utilizzato come vapore di riscaldamento per l'evaporazione dell'acqua nella fase successiva. Con l'aumento del numero di stadi, gli impianti di dissalazione multistadio diventano più economici. Tuttavia, con un aumento del numero di stadi di evaporazione, la differenza di temperatura su ciascuno di essi diminuisce, la superficie di riscaldamento totale degli apparati aumenta e i costi di capitale dell'impianto di dissalazione aumentano drasticamente.

Il vantaggio principale degli impianti di dissalazione di distillazione multistadio è che si può ottenere una quantità significativamente maggiore di acqua demineralizzata per unità di vapore primario. Quindi, con evaporazione a stadio singolo, si ottengono circa 0,9 tonnellate di acqua desalinizzata per 1 tonnellata di vapore primario, quindi in installazioni con 50-60 fasi - 15-20 tonnellate di acqua desalinizzata. Il consumo energetico specifico nelle unità di distillazione è 3,5-4,5 kWh / m 3 di distillato.

Durante il funzionamento degli impianti di desalinizzazione della distillazione, il ridimensionamento degli elementi riscaldanti di evaporatori e condensatori gioca un ruolo negativo, che riduce la temperatura di riscaldamento dell'acqua, compromette il trasferimento di calore e il funzionamento di tutte le unità dell'impianto. Reagente (inibitori speciali, additivi, pre-acidificazione, ecc.) E non reagenti (trattamento magnetico, ultrasonico, ecc.) Sono utilizzati per prevenire la formazione di calcare. Quasi completamente eliminare la formazione di incrostazioni si ottiene creando un vuoto sufficientemente profondo negli evaporatori, che consente di ridurre la temperatura dell'acqua evaporata a 50 ° C e inferiore. I costi energetici sono circa 10 kWh / m 3 di acqua desalinizzata.

3. Metodo di dissalazione ionica e desalinizzazione dell'acqua

Il metodo di scambio ionico di dissalazione e desalificazione si basa sulla filtrazione sequenziale dell'acqua attraverso H-cation e quindi NSO3, OH o CO3 2- filtro di scambio anionico. Nel filtro H-cationite, i cationi contenuti nell'acqua, principalmente Ca (II), Mg (II), Na (I), vengono scambiati per idrogeno-cationi

Quando si passa acqua dopo filtri H-cation attraverso scambiatori di anioni OH, gli anioni degli acidi formati vengono scambiati con gli ioni OH:

In conformità con la desalinizzazione dell'acqua richiesta, vengono progettate installazioni a uno, due e tre stadi, ma in tutti i casi vengono utilizzati scambiatori a H-cationici fortemente acidi con una grande capacità di scambio per rimuovere gli ioni metallici dall'acqua.

Il contenuto di sale residuo con ionizzazione a stadio singolo richiede fino a 20 mg / l. Per ottenere acqua con un contenuto di sale fino a 0,5 mg / l, vengono utilizzati impianti con uno schema di ionizzazione H e OH a due fasi.

Il principale svantaggio della desalificazione dello scambio ionico è:

  1. consumo significativo di reagenti per la rigenerazione di resine a scambio ionico:
    • la rigenerazione dei filtri H-cationite viene effettuata con acido (solforico, cloridrico) con una portata di 70-75 g / g-eq. Per i filtri H-cationite dello stadio II, il consumo specifico di acido solforico al 100% è di 100 g per 1 gekv. cationi assorbiti. Il consumo di acqua per lo scambiatore di cationi di lavaggio è uno scambiatore di cationi 5-8 m 3 / m 3.
    • la rigenerazione dei filtri degli scambiatori di anioni OH viene effettuata con una soluzione di alcali, il consumo specifico di NaOH al 100% è la resina scambiatrice di anioni da 120-140 kg / m 3. Il consumo d'acqua per il lavaggio è fino a 10 m 3 / m 3 di scambiatore anionico.
    Di norma, quando l'acqua dolce viene dissalata, i filtri del primo stadio vengono rigenerati ogni 8-10 ore, il secondo stadio ogni 8-10 giorni.
  2. Il tempo di rigenerazione del filtro è 3-3,5 ore, quindi richiede l'installazione di due filtri (uno sta funzionando, l'altro è in rigenerazione), il che aumenta i costi di capitale.
  3. A causa dell'elevato numero di reagenti utilizzati, vi sono costi significativi per il loro trasporto e stoccaggio.
  4. La necessità di organizzare un'economia di reagenti per il ricevimento di acidi e alcali, il loro disimballaggio, la preparazione di malte e soluzioni spendibili.
  5. Scarico significativo di acque di scarico saline in fognature e inquinamento ambientale.

4. Desalinizzazione mediante elettrodialisi.

La desalinizzazione dell'acqua mediante elettrodialisi si basa sul fatto che in un campo elettrico, i cationi di sali disciolti in acqua si muovono verso un catodo immerso in acqua desalinizzata e anioni verso un anodo. In questo caso, la corrente elettrica nella soluzione viene trasferita dagli ioni, che vengono scaricati sull'anodo e sul catodo.

Se lo spazio è diviso per partizioni permeabili a cationi e anioni in tre parti (catodo, anodo e lavoro), quindi sotto l'azione della corrente elettrica la maggior parte dei cationi disciolti in acqua di sali sarà trasferita al catodo e anioni allo spazio anodico. L'acqua nell'area di lavoro dell'elettrodialisi si desalinerà.

Le membrane di scambio ionico (attivo cationico e anionico) sono utilizzate come pareti divisorie e l'efficienza della macchina per elettrodialisi dipende dalle proprietà e dalla qualità delle quali vengono utilizzate. Le membrane dovrebbero avere un'alta conduttività elettrica, selettività e alta resistenza alla diffusione, essere sufficientemente resistenti e durevoli in acqua e salamoia.

La progettazione di elettrodialisi unidirezionale a più camere comporta una serie di camere alternate separate da membrane a scambio ionico. L'acqua desalinizzata entra nelle camere pari dell'apparato, la salamoia circola attraverso le strane camere. Con il passaggio della corrente elettrica diretta, i cationi di sali disciolti nelle camere pari si muovono verso le membrane di scambio cationico, passano attraverso di essa e gli anioni - all'anodo, facilmente passano nella camera dispari attraverso la membrana di scambio anionico. Dalle camere dispari né gli anioni né i cationi penetrano nelle camere vicine, poiché incontrano un ostacolo nel percorso del movimento sotto forma di membrane anioniche impermeabili ai cationi e impermeabili alle membrane cationiche degli anioni. I sali vengono trasferiti da camere pari a camere dispari. L'acqua nelle camere pari è desalinizzata, i sali si accumulano in camere di salamoia dispari.

Per impedire la formazione di un precipitato sulla superficie della membrana di sali di calcio insolubili, solfato di bario, ferro, ecc., Nonché composti organici che non vengono rimossi durante il processo di elettrodialisi, viene usata l'elettrodialisi reversibile, vale a dire effettuare periodicamente una variazione della polarità della corrente, che comporta un cambiamento nella direzione del flusso e la rimozione delle precipitazioni.

La resa di acqua depurata è del 90-95% dell'acqua in entrata con circolazione controllata della corrente concentrata e altre misure aggiuntive. Il normale riciclaggio del flusso concentrato dà una resa di acqua depurata dal 70 all'85%.

Il processo non richiede ulteriori reagenti chimici, non crea sostanze che avvelenano l'ambiente, ma una condizione necessaria per un funzionamento affidabile dell'impianto di elettrodialisi è un attento pretrattamento dell'acqua dalla sostanza sospesa e dalla miscela di sostanze organiche, composti di ferro e manganese.

5. Desalinizzazione mediante osmosi inversa.

Recentemente, i metodi a membrana, in particolare l'osmosi inversa, sono stati ampiamente utilizzati nella preparazione dell'acqua desalinizzata. Il metodo dell'osmosi inversa è uno dei metodi più promettenti di purificazione e desalinizzazione profonda dell'acqua con mineralizzazione diversa. Si basa sulla separazione delle soluzioni mediante filtrazione attraverso membrane semipermeabili, i cui pori passano molecole d'acqua, ma non passano sali idrati o molecole di composti indissociati. Se una nave semipermeabile è posta nella nave tra acqua dolce e salata, capace di far passare acqua e di trattenere gli ioni idratati di sali solubili in acqua, si può osservare come l'acqua dolce cominci a fluire nel compartimento dell'acqua salata. Il flusso di acqua pulita si verifica a causa della differenza nella concentrazione di liquido su entrambi i lati del setto. Dopo un po ', il livello di acqua dolce diventerà notevolmente inferiore al livello della salamoia. La differenza di livelli dopo lo stato stazionario caratterizza la pressione osmotica del soluto. Se una pressione in eccesso di pressione osmotica viene creata in una soluzione salina, allora le molecole di acqua dolce scorrono nella direzione opposta al suo movimento naturale, cioè l'acqua dalla soluzione inizia a fluire attraverso il setto in acqua dolce. Questo processo è noto come osmosi inversa. La dissalazione di acqua salina con il metodo dell'osmosi inversa si basa proprio sul processo del flusso di molecole d'acqua pura dalla soluzione per creare una pressione superiore a quella osmotica, nella direzione dalla soluzione all'acqua dolce attraverso una parete semipermeabile. La partizione semi-permeabile è scelta in modo che le molecole d'acqua possano passare attraverso i suoi pori, ma non può passare ioni di sali sciolti in acqua salata. Poiché gli ioni di sali nella quantità di circa 1,5 volte di più delle molecole d'acqua, questo è possibile (nel senso tecnico) è possibile.

Il metodo dell'osmosi inversa presenta vantaggi significativi rispetto ai metodi tradizionali: i costi energetici del processo sono relativamente piccoli, le installazioni sono strutturalmente semplici e compatte, il loro lavoro dipende poco dalle fluttuazioni della qualità dell'acqua di fonte, l'operazione non richiede personale altamente qualificato, il funzionamento degli impianti può essere facilmente automatizzato. La principale caratteristica dell'osmosi inversa è la pratica assenza di consumo di reagenti chimici per il trattamento delle acque (acidi, alcali, ecc.), Ad eccezione di piccole spese per la regolazione del pH, l'inibizione delle incrostazioni e il lavaggio periodico delle membrane. Le acque reflue delle piante (concentrato) contengono praticamente solo quei sali che erano nell'acqua di fonte, mentre, quando ionizzati, la quantità totale di sali negli effluenti è almeno due volte o tre volte superiore al loro contenuto in acqua depurata. È vero, il volume delle acque reflue, sebbene con un contenuto di sale inferiore, rimane approssimativamente lo stesso della desalinizzazione a scambio ionico.

Il metodo dell'osmosi inversa è diverso in quanto la separazione sulla membrana avviene senza trasformazioni di fase di sostanze e richiede un dispendio energetico solo per pompare la soluzione lungo la membrana e forzare il solvente (acqua) attraverso la membrana. In questo caso, la membrana semipermeabile non funziona come un filtro sul quale si accumulano le sostanze ritardate. Divide solo il flusso originale in due. Il primo flusso - l'acqua che passa attraverso la membrana (permeato) - contiene meno sale rispetto all'acqua originale. Il secondo flusso - l'acqua di fonte - mentre si muove lungo la membrana diventa sempre più concentrato, portando con sé i sali trattenuti dalla membrana. Il flusso che lascia l'elemento di separazione è chiamato un concentrato.

La pressione di esercizio nell'apparecchio dipende dalla salinità dell'acqua di fonte e dalla pressione osmotica della soluzione. Per la desalinizzazione dell'acqua del rubinetto, di regola, sono sufficienti 0,7-1,2 MPa, per la desalinizzazione dell'acqua di mare - 5-7 MPa.

A seconda della pressione di esercizio, le membrane e gli elementi del rotolo possono essere di bassa, media e alta pressione. Attualmente, un'intera gamma di elementi a bassa, media e alta pressione è offerta per la dissalazione di acque di composizione diversa con un alto valore di selettività (oltre il 99%), sia della produzione russa che di quella estera.

Lo sviluppo all'estero di membrane ad osmosi inversa altamente selettive e ad alte prestazioni che operano a pressioni di 0,7-1,0 MPa e di elementi a rulli basati su di esse (i cosiddetti elementi di risparmio delle risorse) consentono di applicarle efficacemente nella desalinizzazione dell'acqua a bassa mineralizzazione. In questo caso, il consumo di energia è 0,5-1,5 kW / m 3 di acqua purificata.

6. La scelta del metodo di dissalazione.

La scelta del metodo di dissalazione è determinata dalla qualità dell'originale e dai requisiti per la qualità dell'acqua trattata, dalle prestazioni dell'impianto e da considerazioni tecniche ed economiche. La valutazione degli indicatori economici incontra alcune difficoltà, poiché dipendono da molti fattori di natura naturale, tecnica ed economica. Tuttavia, ci sono linee guida generali per l'uso di uno o un altro metodo di dissalazione.

Lo schema seguente mostra i limiti raccomandati per l'uso di vari metodi di dissalazione a seconda della salinità dell'acqua di fonte e della produttività giornaliera dell'impianto di dissalazione (ancora una volta si presta attenzione alla natura raccomandativa di questo grafico).

In base ai dati del grafico seguente:

  1. Il costo della desalinizzazione dell'acqua per scambio ionico aumenta fortemente con l'aumento del contenuto di sale nell'acqua; allo stesso tempo, la profondità della desalinizzazione dell'acqua diminuisce. Pertanto, la desalinizzazione per scambio ionico (scambio di ioni misti, normale o con rigenerazione continua) è preferibile per l'elevata domanda giornaliera di acqua con un basso grado di salinità in meno (fino a 100 mg / l).
  2. Dati i nuovi sviluppi nel campo dell'osmosi inversa, vale a dire lo sviluppo di membrane a bassa pressione, ad alte prestazioni e ad alta selettività (risparmio energetico), l'area di utilizzo della tecnologia a membrana (osmosi inversa) si è notevolmente ampliata. In una vasta gamma di contenuto di sale (0,15-50 g / l), le piante a membrana di dissalazione sono comparabili con gli elettrodializzatori da indicatori economici e si confrontano favorevolmente con lo scambio ionico.
  3. La dissalazione di soluzioni saline altamente concentrate è economicamente vantaggiosa da effettuare mediante distillazione.

Acque reflue di distillazione termica (distillazione)

La distillazione è il processo di separazione delle miscele liquide, basato sulla differenza nella composizione di liquido e vapore. La separazione è effettuata più facile, più la composizione della soluzione liquida e il vapore.

Per separare le miscele usate la distillazione frazionata. Il metodo di distillazione frazionata consiste nel realizzare una serie di fasi successive:

1) riscaldare la miscela liquida iniziale fino all'ebollizione per produrre vapore di una certa composizione;

2) condensazione del vapore risultante;

3) evaporazione della condensa per produrre vapore di una nuova composizione arricchita in un componente volatile.

Secondo la legge di Raul la pressione parziale del vapore del solvente (acqua) px sopra la soluzione con un soluto volatile (impurità) è proporzionale alla frazione molare del solvente xx in soluzione:

dove r< - pressione di vapore di solvente puro a una data temperatura.

Se entrambi i componenti della soluzione sono volatili, la legge di Raul è soddisfatta per ciascuno dei componenti:

dove p2 - pressione parziale di vapore del soluto; x2 - frazione molare di soluto.

La pressione totale di vapore sulla soluzione P secondo la legge di Dalton è uguale alla somma delle pressioni parziali px e p2:

Dalle espressioni (8.8) e (8.9) segue che a temperatura costante le pressioni parziali dei componenti nella fase vapore e la pressione totale di quest'ultimo dipendono linearmente dalla concentrazione molare del componente bassobollente nella fase liquida di equilibrio. Questa dipendenza è presentata in Fig. 8.8, dove le rette inclinate OA e CB mostrano schemi di cambiamento in pe e ps, e la retta AB è la regolarità della variazione della pressione di vapore totale al di sopra della miscela di liquido bollente in t = const.

Fig. 8.8. Grafico della legge di Raul per una miscela di due liquidi volatili

Nelle soluzioni ideali, la legge Raoult è soddisfatta per entrambi i componenti nell'intera gamma di composizione.

Curva ADB in fig. 8.8 illustra la dipendenza iperbolica della concentrazione di un componente basso bollente nella fase vapore y sulla pressione totale P, il che significa che il vapore è sempre più ricco del componente a basso punto di ebollizione (più volatile) rispetto alla fase liquida di equilibrio (y x).

In pratica, la separazione delle miscele viene effettuata mediante distillazione frazionata continua, detta rettificazione. La rettifica è utilizzata per la depurazione delle acque reflue da sostanze organiche volatili, in particolare fenoli.

L'essenza del processo di rettifica è la separazione di una miscela di liquidi con diversi punti di ebollizione di uno o più liquidi allo stato puro. Ciò è ottenuto mediante il calore ripetuto e il trasferimento di massa tra le fasi liquida e vapore; Di conseguenza, parte della componente volatile (impurità) viene trasferita dalla fase liquida alla fase vapore e parte del componente meno volatile (acqua) dalla fase vapore alla fase liquida.

Le piante di distillazione sono un'azione periodica e continua. Le piante in lotti vengono utilizzate per separare una piccola quantità di acque reflue. Il processo di rettifica continua viene eseguito nell'installazione mostrata in fig. 8.9.

Fig. 8.9. Schema di unità di distillazione continua

L'installazione consiste in una colonna di distillazione 2, un condensatore a riflusso 3, un frigorifero 4, un preriscaldatore di acque reflue grezzi 7, collettori di distillato (impurità organiche) 5 e un residuo di distillazione (acqua purificata) 6. Il condensatore a riflusso, il frigorifero e il preriscaldatore sono scambiatori di calore convenzionali.

Nel calcolo delle colonne di rettifica, i flussi di materiale e il costo del calore sono determinati in base alle equazioni di materiale e bilancio termico; utilizzando le equazioni cinetiche, vengono calcolate le dimensioni principali della colonna (diametro, altezza), le dimensioni degli elementi della struttura interna (piastre, cappucci, ugelli, ecc.).

Lo schema dei flussi di materiale nella colonna di rettifica è mostrato in Fig. 8.10.

Fig. 8.10. Lo schema dei flussi di materiale nella colonna di rettifica:

1 - colonna di distillazione; 2 - cubo di distillazione; 3 - dephlegmator

Nella colonna, il vapore G sale dal basso verso l'alto, e dall'alto verso il basso il liquido scorre come una miscela iniziale F (acque reflue) nella parte centrale e nella parte superiore dell'apparato sotto forma di catarro F (materia organica arricchita). I prodotti finali sono il vapore condensato P di un'impurità organica volatile basso-bollente (NC) proveniente dalla parte superiore della colonna, e il componente alto-bollente W (VK) - acqua depurata che scorre dalla parte inferiore della colonna.

Il bilancio materiale della colonna di distillazione per i flussi:

Poiché G = P + F,

dove F è la portata della miscela iniziale (acque reflue), kmol (kg); P - consumo di distillato (impurità estratte), kmol (kg); W è il consumo di residui IVA (acqua depurata), kmol (kg). Bilancio del materiale per impurità a basso punto di ebollizione (NC):

Qui xF, xr= xf e xw - il contenuto dell'inquinante nelle acque di scarico originali, nel distillato (riflusso) e in acqua purificata, mol. condividere (quota di massa).

Il numero di vapori in aumento nella colonna

Qui R = F / P è il numero di riflusso, che è il rapporto tra la quantità di riflusso e la quantità di distillato.

Il bilancio termico della colonna (Fig. 8.11) è composto da:

- l'arrivo di calore dal liquido di raffreddamento nella caldaia Qkm, con l'acqua di scarico originale Qf, con flemma?f;

- consumo di calore con vapore in un condensatore a riflusso Qsol, con acqua purificata Qw e perdite per l'ambiente Qn.

Fig. 8.11. Per compilare il bilancio termico della colonna di distillazione:

1 - colonna di distillazione; 2 - caldaia; 3 - dephlegmator

Quindi l'equazione del bilancio termico

Risolvere l'equazione del bilancio termico (8.10), trovare il costo del calore, J / s (W), nella caldaia