文档介绍：第十章其他相转移分离法
第一节吹脱、气提法
第二节萃取法
第三节蒸发法
第四节结晶法
第一节吹脱、气提法
吹脱和汽提都属于气-液相转移分离法。即将气体(载气)通入废水中,使之相互充分接触,使废水中的溶解气体和易挥发的溶质穿过气液界面,向气相转移,从而达到脱除污染物的目的。常用空气或水蒸气作载气,习惯上把前者称为吹脱法,后者称为汽提法。
一、吹脱法
吹脱法的基本原理是气液相平衡相传质速度理论。在气液两相系统中,溶质气体在气相中的分压与该气体在液相中的浓度成正比。当该组分的气相分压低于其溶液中该组分浓度对应的气相平衡分压时,就会发生溶质组分从液相向气相的传质。
吹脱设备一般包括吹脱池(也称曝气池)和吹脱塔。前者占地面积较大,而且易污染大气,对有毒气体常用塔式设备。
依靠池面液体与空气自然接触而脱除溶解气体的吹脱池称自然吹脱池,它适用于溶解气体极易挥发,水温较高,风速较大,有开阔地段和不产生二次污染的场合。
此类吹脱池也兼作贮水池,其吹脱效果按下式计算:
式中 t————废水停留(吹脱)时间,min;
c1、c2——分别为气体初始浓度和经过t后的剩余浓
度,mg/L;
h————水层深度,mm;
D————气体在水中的扩散系数,cm2/min。
为强化吹脱过程,通常向池内鼓入空气或在池面以上安装喷水管,构成强化吹脱池。其吹脱效果按下式计算
为提高吹脱效率,回收有用气体,防止二次污染,常采用填料塔、板式塔等高效气液分离设备。
填料塔的主要特征是在塔内装置一定高度的填料层,废水从塔顶喷下,沿填料表面呈薄膜状向下流动。空气由塔底鼓入,呈连续相由下而上同废水逆流接触。塔内气相和水相组成沿塔高连续变化,系统如图10-2所示。
板式塔的主要特征是在塔内装置一定数量的塔板,废水水平流过塔板,经降液管流入下一层塔板。空气以鼓泡或喷射方式穿过板上水层,相互接触传质。塔内气相和水相组成沿塔高呈阶梯变化。泡罩塔和浮阀塔的构造示意见图10-3。
吹脱塔的设计计算同吸收塔相仿,单位时间吹脱的气体量,正比于气液两相的浓度差(或分压差)和两相接触面积,即
式中 G——单位时间内由水中吹脱的气体量,
Q——废水流量,m3/h;
c0、c——分别为原水和出水中的气体浓度,mg/L;
Δc——吹脱过程的平均推动力,近似取c0和c的对数平均值;
A——气液两相接触面积,m2,由填料体积和特性参数确定;
K——吹脱系数,与气体性质,温度等因素有关,m/h。
吹脱不同气体时的k值不同从废水中吹脱出来的气体,可以经过吸收或吸附回收利用。
在吹脱过程中,影响因素很多,主要有以下几点。
(1)温度在一定压力下,气体在水中的溶解度随温度升高而降低,因此,升湿对吹脱有利。
(2)气水比空气量过小,气液两相接触不够;空气量过大,不仅不经济,还会发生液泛,使废水被气流带走,破坏操作。为使传质效率较高,工程上常采用液泛时的极限气水比的80%作为设计气水比。
(3)pH值在不同pH值条件下,气体的存在状态不同。
二、汽提法
汽提法用以脱除废水中挥发性溶解物质。其实质是废水与水蒸气直接接触,使其中的挥发性物质按一定比例扩散到气相中去,从而达到从废水中分离污染物的目的。
单位体积废水所需蒸汽量称为汽水比,用V0表示。假定在废水进口处气液两相传质已达平衡,可得如下关系:
(10—7)
(10—8)
式中,k为汽液平衡时溶质在蒸汽冷凝液与废水中的浓度之比,或称分配系数。
废水经换热器预热至1OO℃后,由汽提塔的顶部淋下,在汽提段内与上升的蒸汽逆流接触,在填料层中或塔板上进行传质。净化的废水通过预热器排走。含酚蒸汽用鼓风机送到再生段,相继与循环碱液和新碱液(含NaOH10%)接触,经化学吸收生成酚钠盐回收其中的酚,净化后的蒸汽进入汽提段循环使用。碱液循环在于提高酚钠盐的浓度,待饱和后排出,用离心法分离酚钠盐晶体,加以回收。