【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,對(duì)于清潔生產(chǎn)和資源回收的需求日益迫切。煤焦油加工硫酸鈉廢水是一種含有高濃度苯酚的劇毒廢水,若不妥善處置將對(duì)自然環(huán)境和人類健康產(chǎn)生巨大威脅。溶劑萃取法是一種簡單高效的含酚廢水處理方法,但普通的萃取劑往往無法滿足高萃取性能、低溶解度、再生性能等多種工業(yè)使用要求。本文研發(fā)了一種綠色、高效、新型的三元萃取劑磷酸三丁酯(TBP)/碳酸二乙酯(DEC)/環(huán)己烷(CYH)來處理硫酸鈉廢水,隨后以堿液作為反萃劑完成萃取劑的再生和苯酚的回收。為了滿足工業(yè)連續(xù)處理要求,以離心萃取機(jī)為設(shè)備平臺(tái),研究了設(shè)備的水力特性和內(nèi)部流動(dòng)特性,實(shí)現(xiàn)了三元萃取劑與離心萃取協(xié)同處理硫酸鈉廢水。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新成果如下:(1)研究了萃取劑配方的影響,發(fā)現(xiàn)TBP/DEC/CYH的最佳體積比為20%:20%:60%,反萃取劑NaOH最佳濃度為lmol/L。系統(tǒng)地考察了萃取條件和反萃取條件的影響,獲得最大的萃取和反萃取效率分別為99.79%和96.29%。采用FTIR證明了TBP和DEC共同發(fā)揮了萃取作用。(2)基于Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和響應(yīng)面法優(yōu)化了萃取和反萃取過程,建立了預(yù)測(cè)萃取-反萃取效率的二次回歸方程模型。在高效率低相比的優(yōu)化原則下,優(yōu)化萃取條件為萃取時(shí)間299.4 s,溫度33.43℃,相比為0.45,萃取效率達(dá)到98.40%。在高效回收苯酚資源的優(yōu)化原則下,反萃取優(yōu)化條件為反萃取時(shí)間213.4 s,溫度為36.85℃,相比為0.97,反萃取效率為96.39%。(3)設(shè)計(jì)并搭建離心萃取平臺(tái),研究了在萃取劑-NaSO4溶液體系下的水力特性。體系的相分離能力隨著鹽濃度的增加而增大;隨著轉(zhuǎn)速的增加,相夾帶量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),最大分離容量線性增加,存液量減少;當(dāng)流比遠(yuǎn)離1,相夾帶量會(huì)快速上升,導(dǎo)致最大分離容量降低,合適的流比范圍為0.25-4。(4)基于CFD計(jì)算和PIV實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,研究了混合區(qū)域泰勒渦流態(tài)變化和轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流場分布。泰勒渦混合能力和轉(zhuǎn)鼓抽吸能力都隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大;對(duì)離心萃取機(jī)內(nèi)的氣-液界面進(jìn)行調(diào)控,獲得了轉(zhuǎn)速對(duì)于氣-液界面的影響規(guī)律;混合區(qū)域內(nèi)的液-液兩相混合計(jì)算表明轉(zhuǎn)速的增加和流量的減少能夠使兩相混合更加均勻。(5)采用三元萃取劑和離心萃取對(duì)硫酸鈉廢水進(jìn)行協(xié)同處理研究,研究了流比、轉(zhuǎn)速、流量對(duì)級(jí)效率和萃取效率的影響。流比遠(yuǎn)離1時(shí),級(jí)效率將逐漸下降;轉(zhuǎn)速對(duì)于效率有一定的增益作用;流量增加使效率呈現(xiàn)減小的趨勢(shì):設(shè)備單級(jí)最大萃取效率可達(dá)99.76%,級(jí)效率接近100%;二級(jí)萃取后廢水中的含酚量低于0.12mg/L,達(dá)到排放要求。
【圖文】：

－重相堰；３－擋水板；４－輕相收集室；５－輕相堰；６－環(huán)隙混片；８－轉(zhuǎn)鼓進(jìn)口；邋９－轉(zhuǎn)鼓；１０－澄清區(qū)域；１１－外筒逡逑圖１．２．環(huán)隙式離心萃取機(jī)的結(jié)構(gòu)示意Ｍ逡逑Ｆｉｇ．邋１．２．邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ａｎｎｕｌａｒ邋ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ邋ｅｘｔｒａｃｔｏｒ逡逑機(jī)中的兩相混合主要發(fā)生在設(shè)備外殼和轉(zhuǎn)鼓之間的生的湍流泰勒渦將兩相充分的混合。隨后，兩相混，澄清區(qū)位于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，為了能帶動(dòng)混合液與澄清區(qū)，葉片數(shù)目需要考慮結(jié)構(gòu)的均衡對(duì)稱，當(dāng)轉(zhuǎn)鼓直徑徑轉(zhuǎn)鼓中可以多設(shè)置幾塊葉片。在澄清區(qū)中，，兩相面需要用重相堰來控制。離心萃取機(jī)所采用的重相設(shè)計(jì)了邋（ｐ５0ｍｍ環(huán)隙式離心萃取機(jī)，當(dāng)兩相分離效節(jié)轉(zhuǎn)速和重相堰來改善。當(dāng)輕相夾帶重相時(shí)，可以相夾帶輕相時(shí)，應(yīng)降低轉(zhuǎn)速或者減小重相堰半徑；或者輕重相分界帶太寬，應(yīng)提高轉(zhuǎn)速或者減少重相

卜重相收集室；２－重相堰；３－擋水板；４－輕相收集室；５－輕相堰；６－環(huán)隙混合區(qū)域；７－混合葉逡逑片；８－轉(zhuǎn)鼓進(jìn)口；邋９－轉(zhuǎn)鼓；１０－澄清區(qū)域；１１－外筒逡逑圖１．２．環(huán)隙式離心萃取機(jī)的結(jié)構(gòu)示意Ｍ逡逑Ｆｉｇ．邋１．２．邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ａｎｎｕｌａｒ邋ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ邋ｅｘｔｒａｃｔｏｒ逡逑環(huán)隙式離心萃取機(jī)中的兩相混合主要發(fā)生在設(shè)備外殼和轉(zhuǎn)鼓之間的環(huán)隙內(nèi)，當(dāng)轉(zhuǎn)鼓逡逑高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，液體產(chǎn)生的湍流泰勒渦將兩相充分的混合。隨后，兩相混合液通過轉(zhuǎn)鼓底逡逑部的進(jìn)口進(jìn)入澄清區(qū)，澄清區(qū)位于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，為了能帶動(dòng)混合液與澄清區(qū)同步旋轉(zhuǎn)，澄清逡逑區(qū)內(nèi)裝設(shè)由徑向葉片，葉片數(shù)目需要考慮結(jié)構(gòu)的均衡對(duì)稱，當(dāng)轉(zhuǎn)鼓直徑較小時(shí)，葉片數(shù)逡逑目可以少些，而大直徑轉(zhuǎn)鼓中可以多設(shè)置幾塊葉片。在澄清區(qū)中，兩相混合在高速旋轉(zhuǎn)逡逑的作用下分相，相界面需要用重相堰來控制。離心萃取機(jī)所采用的重相堰為環(huán)形堰。逡逑陳崔龍等人｜６￣在設(shè)計(jì)了邋（ｐ５0ｍｍ環(huán)隙式離心萃取機(jī)，當(dāng)兩相分離效果不好或者互相逡逑夾帶時(shí)
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O658.2;X784

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本文編號(hào)：2700245