在工業廢水(含酚廢水、含氰廢水、有機廢水)的回收利用中,經常會遇到物質由一相轉移到另一相的過程,例如用汽提法回收含酚廢水時,酚由液相(水)轉移到氣相中,這種過程稱為傳質過程。其他如萃取、吸附、吹脫、離子交換等物理化學過程也都是傳質過程。
含酚廢水中物相比較多,且雜亂。離心萃取機對含酚廢水處理中物相的影響受溫度、壓力、離心轉速等多方面的影響。而離心萃取機本身,對于液-液或固-液混合相的處理有很好的優勢,其離心力能充分帶動物相之間的混合,從而大大提高物相間的傳質效果。
傳質過程之所以能進行,是由于溶質在兩相中的濃度不平衡。偏離平衡狀態的濃度越大,傳質的推動力越大。在傳質過程中,物質的傳遞速度和相的接觸面積成正比,兩相的接觸面積越大,傳質速度越快。為了增大相的接觸面積,在傳質過程中,應盡量使某一相呈分散狀態,分散得越細小,接觸面積就越大。因此,在傳質過程中,應 盡量是兩相之間形成合理的湍流狀態,這樣可以大大加快傳質的進行。為建立合理的湍流狀態,可使氣-液兩相形成泡沫狀態,液-液兩相形成一定程度的乳化狀態,固-液兩相形成流動狀態。
在傳質過程中,兩相性質如濃度、溫度、pH值等均會影響傳質過程。研究結果正式,在傳質過程中,單位時間內,從一相轉移到另一相的物質的量可用下式表示:
G=KF△C
式中G—傳質速度,kg/h;K—傳質系數,與兩相的性質,如濃度、溫度、pH值等因素有關;F—兩相的接觸面積,m2;△C—傳質過程的推動力,即水中溶質的實際濃度與平衡時的濃度之差,kg/m3。
值得注意的是,隨著傳質過程的進行,廢水中溶質的濃度在逐漸減少,而另一相中溶質的濃度在逐漸增加,所以在傳質過程中,推動力是一個變數,其值逐漸減小,當達到平衡狀態時,推動力為零。逆流操作可以增大傳質過程中的推動力,所以在汽提、吹脫、萃取等工藝中,工程上均采用逆流操作方式,即氣-液兩相或液-液兩相呈逆流運動,密度大的由上往下流動,密度小的由下往下流動。
離心萃取機對于含酚廢水處理中兩相或多相傳質具有天然的優勢。
(1)容積效率高,傳質效率好。 萃取設備的容積效率可用效率因數衡量。所謂效率因數是指萃取時兩相液體在設備中停留時間的倒數。它取決于設備生產能力和傳質效率。若生產能力大,傳質效率高,則效率因數也大,反之亦然。
(2)兩相停留時間短。 轉鼓里的混合液體在離心力作用下被強制分相,即使只有幾秒鐘的停留時間,也能迅速分層。對那些在熱力學或化學上不穩定的物質的提取是很有利的。例如:用醋酸丁酯在酸性介質中提取青霉素時,青霉素與酸性介質接觸時間越長破壞得越多,因此對這種要求快速萃取的過程采用離心萃取機是合適的。
(3)兩相或多相物料的適應性強。 離心萃取機用于分析的離心力比重大數千倍。因此離心萃取機能夠處理兩相密度差小于0.01的體系。這樣小的密度差在混合澄清槽和脈沖篩板塔中是不能操作的。另外在離心萃取機的運轉過程中,某些操作條件(如轉速和流量)的波動對萃取效率影響很小。同時離心萃取機還可以出來兩相易于乳化的液體并能使之分相。離心萃取機開車停車較容易。從啟動到穩定狀態所需時間為20min,而混合澄清槽卻要用16個小時。停車時離心萃取機不用一個小時即能停下來,而混合澄清槽要5~6小時。停車后清理設備時間,離心萃取機也比混合澄清槽要短的多,前者制藥1~2小時,后者要9~18小時。
工業含酚廢水處理在傳質法回收利用時,一般都需要先進行預處理。盡量去除廢水中的懸浮物、油類、有害氣體等雜質,或調整廢水的溫度或pH值等,以便提高回收利用率及減少損失。由于含酚廢水水質復雜,單一方法并不能很好的去除廢水中對人體有害的酚類物質,通常人們通過溶劑萃取法以離心萃取機作為對含酚廢水處理的預處理階段。
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