к.т.н. Гасанов А.А.

Азербайджанская Государственная Нефтяная Академия

РАЗРАБОТКА технологиИ очистки сточных вод от углеводородов В РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСТРАКЦИОННОЙ КОЛОННЕ

Наступающий кризис водных ресурсов, с каждым днем приобретает угрожающие мировые масштабы, превращая эту проблему в глобальную. С другой стороны огромные потоки сточных вод, особенно нефте- перерабатывающих промышленностей наносит непоправимые удары по земной экологии. Две эти проблемы являются взаимосвязанными настолько, что решение второй, может стать частичным решением первой.

В связи с этим разработка высокоэффективных и недорогих технологий очистки сточных вод от углеводородов является актуальной как с экономической точки зрения, так и экологической.

Анализ научной литературы в этой области привел к следующим результатам.

В настоящее время очистку сточных вод от углеводородов осуществляют применением механических, физико-химических, химических и биологических методов очистки. Эти методы имеют ряд существенных недостатков.

Химические методы предполагают введение в очищаемую воду химических реагентов . В результате происходящих химических реакций возможно образование веществ еще более токсичных, чем исходные.

Механические методы очистки удаляют только плавающие углеводороды . Эмульгированные и растворенные углеводороды не извлекаются, поэтому такая очистка не эффективна.

Флотационная очистка предполагает введение в очищаемую воду химических реагентов, способствующих укрупнению эмульгированных частиц, поэтому происходит загрязнение очищаемой воды .

Биологическое окисление применимо только при низкой концентрации загрязнителей при строгом соблюдении температуры и рН –среды .

Сорбционная очистка сточных вод от загрязнителей позволяет достичь требуемых гигиенических нормативов . Этот метод используется, в основном, на стадии доочистки, по причине высокой стоимости сорбентов.

С целью решения этой проблемы и учетом имеющихся, на наш взгляд, недостатков в имеющейся литературе, мы попытались осуществить очищение сточных вод лакокрасочных производств от бутил гликоля, с помощью экстракционного метода в распылительной экстракционной колонне. Вторым важным пунктом наших исследований являлось выявление оптимальных условий протекания процесса, так как на сегодняшний день проблемным является прогнозирование оптимальных характеристик экстракционной аппаратуры. В качестве экстрагента мы использовали изопропиловый эфир.

Экстрактор представляет собой полую колонну, работающего так, чтобы поверхность раздела между фазами поддерживалась в верхней части аппарата. Процесс осуществляется следующим образом (рис. 1).

Сточная вода, поступающая сверху колонны, занимает почти весь объем аппарата и в виде сплошной фазы движется вниз колонны. Рафинадная фаза, покидая колонну, проходит через гидрозатвор, который обеспечивает полное заполнение аппарата. Экстрагент вводится снизу колонны и с помощью диспергатора (распылителя) распределяется в виде мелких капель. Капли легкой фазы движутся через колонну в результате разности плотностей фаз. На верху колонны капли сливаются и образуют слой легкой фазы, которая отводится их верхней части аппарата.

Процесс проводился при следующих технологических параметрах:

- температура 20⁰С;

- концентрация бутил гликоля в сточной воде 0,113 мол/л;

- расход экстрагента (изопропиловый эфир) 0,08 л/час;

- расход сточной воды 3л/час;

- объемное соотношение экстрагента к сточной воде 1:37,5

Диаметр экстракционной колонны м.

Получив удовлетворительные технологические результаты процесса, мы приступили к оптимизации условий его проведения. Для, теоретической оптимизации процесса мы попытались создать его математическую модель. С этой целью, были проанализированы опытные данные, проведена конкуренция гипотез о моделях проводимого процесса. Наиболее подходящим, на наш взгляд, была модель идеального вытеснения, поскольку оба участвующих в процессе потока, движутся поступательно навстречу друг к другу. В прямоточном реакторе.

Но расчеты основных параметров математической модели процесса дали несколько заниженные результаты. Попытки проведения экспериментов на этой модели приводили к сильно расхожим результатам. Это навело нас на мысль о включении в модель явления продольного перемешивания, имеющее место в противотоке. Именно перемешивание позволяет увеличить время контакта фаз, их диффузию, с последующей интенсивностью обменных процессов. Следующей моделью для апробации являлась диффузионная модель [6]. Эта модель оказалась очень сложной, с расчетной точки зрения и не совсем прозрачной в плане отображения отклика на вводимые возмущения. По этой причине мы ее исключили для дальнейшей конкуренции.

По форме математического выражения ячеечная модель проще диффузионной [7], что облегчает ее использование в практических целях.

Для ячеечной модели характерно представление объекта в виде последовательно соединенных между собой участков с сосредоточенными параметрами. Мы применили эту модель к математическому описанию изучаемого процесса.

Однако, в результате экспериментальной оценки величины продольного перемешивания в реальном аппарате число ячеек получилось дробным, что затруднило дальнейшее использование полученной информации для математического моделирования процесса массопередачи. С целью исключения указанного недостатка этой модели мы ввели в ее структуру величину шага обратного потока (рис.2).

Рис. 2. Ячеечная модель с обратным потоком

Получаемая при этом модель с обратным перемешиванием между ячейками приобрела большую гибкость по сравнению с простой ячейкой и диффузионными моделями, поскольку у этой модели возможно варьирование двух параметров: число ячеек и доля дисперсной фазы.

ВЫВОДЫ

Осуществлена экстракция сточных вод изопропиловым эфиром для извлечения бутил гликоля.

Разработана установка экстракция сточных вод изопропиловым эфиром для извлечения бутил гликоля.

Для процесса экстракции в распылительной экстракционной колонне

рассмотрены математические модели идеального вытеснения, диффузионная и ячеечная. В результате их конкуренции предложена ячеечная модель с учетом величины шага обратного потока.

ЛИТЕРАТУРА

1. B.C. Овечкин, В.Я. Бадеников Адсорбционно-окислительная очистка

сточных вод. Иркутск, 1988. - 72 с.

2. Л.Л. Пааль, Я.Я.Кару, Х.А. Мельдер, Б.Н. Репин. Справочник по

очистке природных и сточных вод. М., Высшая школа, 1994. - 336 с.

3. Б.С. Ксенофонтов. Флотационная очистка точных вод. М., Новые

Технологии. 2003. - 160 с.

4. Г.В. Поруцкий. Биохимическая очистка сточных вод органических

производств. М., Химия, 1975. - 312 с.

5. Н.А.Лукиных, В.Л. Линман, В.П. Криштул. Методы доочистки

сточных вод. М., Стройиздат, 1978 - 156 с.

6. K. Bischoff, O.Levenspiel, Chem. Eng. Sci., 17, 245. 1962.

7. Y.Carberry, AlChE Journal, 4, № 1. 1958.

8. Ю.И.Дытнерский. Основные процессы и аппараты. М., Химия, 1983,

272 с.