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萃取技术原理与用于含酚废水处理简述於剑霞摘要：本文就液液萃取技术的原理做了介绍，对萃取工艺的流程、经济性及工业应用进行了分析。并对萃取工艺在含酚废水处理上的应用和研究作了较深入的阐述。关键词：液液萃取，含酚废水一、液液萃取原理溶剂萃取是一种在20世纪得到迅速发展的分离技术，是分离液体混合物的一种方法。它利用溶质在两种互不相溶或部分互溶的液相之间溶解度不同的性质来实现液体混合物的分离或提纯。所使用的溶剂应具备一下条件： 溶剂不能与被分离混合物完全互溶，只能部分互溶； 溶剂对各组分又不同的溶解能力，或者说，溶剂具有选择性。在萃取过程中，设有一溶液内含A、B两部分，为将其分离可加入某溶剂S。该溶剂与原溶液不互溶或只是部分互溶，于是混合体系构成两个液相，如下图所示：为加快溶质A由原混合液向溶剂的传递，将物系搅拌，使一液相以小液滴形式分散于另一液相中，造成很大的相际接触表面，然后停止搅拌，两液相因密度差沉降分层。这样，溶剂S中出现了A和少量B，称为萃取相；被分离混合液中出现了少量溶剂S，称为萃余相。以A表示原混合物中的易溶组分，称为溶质；以B表示难溶组分，习称稀释剂。对溶剂的选择性可用下式来表示：即萃取相内A、B两组分浓度之比yA/yB大于萃余相内A、B两组分浓度之比xA/xB.选择性的最理想情况是组分B与溶剂S完全不互溶。此时如果溶剂也几乎完全不溶于被分离混合物，那么，此萃取过程于吸收过程十分类似。唯一的重要差别是吸收中处理的是气液两项。萃取中则是液液两项，这一区别将使萃取设备的构型不同于吸收。但就过程的描述和计算而言，两者并无本质区别。在化工生产中常遇见的萃取过程，是萃取剂与稀释剂形成部分互溶的情况。即所形成两液相中都含有三个组分（A、B、S），以萃取剂为主的液相称为萃取相E，以稀释剂为主的液相标为萃余相R。这样三个组分都将在两相之间出现，从而使过程的数学描述和计算较为复杂。二、萃取操作流程根据原溶液与萃取剂的接触方式。萃取的操作流程可分为分级接触萃取与微分接触萃取两大类。1、 分级接触式单级接触式萃取设备包括混合槽与沉清槽两部分。原料液与萃取剂加入混合槽内，在拌器的作用下使两相进行充分接触。由混合槽排出的两相混合液在沉清槽内分为萃取相与萃取余相，然后分别引入溶剂回收设备。单级接触式萃取设备中所得萃余相往往还含有部分溶质。为了进一步提取溶质，可采用多级接触式萃取操作流程。可分为多级错流萃取和多级逆流萃取。多级错流萃取，是将若干单级接触萃取设备串联使用。原料液以次通过各级，新鲜萃取剂分别加入各级。萃取相最后一级的萃余相分别进入溶剂回收设备。此流程特点是萃取的推动力较大，萃取效果好，但所用萃取剂量较多，回收溶剂时能量消耗较大。多级逆流萃取，其特点原料液与萃取剂分别从两段加入，萃取相与萃余相逆流流动进行接触传质。最终萃取相从加料一端排出，并引入溶剂回收设备中，最终萃余相从加入萃取剂一端排出。自此过程中，萃取相的溶质浓度逐渐增高，但因在各级中其分别与平衡浓度更高得物料进行接触，所以仍能发生传质过程。萃余相在最末级与纯的萃取剂新接触，故能使其中溶质浓度继续减少到最低的程度。此流程萃取效果好，消耗萃取剂较少，故工业上广泛采用。2、 微分接触式通常都是在塔式设备中进行操作的。若原料也为连续相，萃取剂为分散相，则在萃取塔内分散相和连续相逆流流动，并在连续逆流流动过程中进行质量传递。两相的分离是在塔的两端实现的。原料液由塔的上部进入的塔内，萃取剂由塔底进入塔内。两液相在塔内逆流流动并密切接触进行萃取。离开塔顶的是萃取相，离开塔底的是萃余相。然后分别进入溶剂回收设备。由上述所有流程看出，萃取过程本身并未完全完成分离任务，因为经萃取后所得的萃取相及萃余相都含有三个组分（A、B、S）。要获得纯产品并回收溶剂必须辅以精镏（或蒸发）等操作。三、萃取过程的经济性萃取过程的经济性上是否取决于后两个分离过程是否较原溶液的直接分离 更容易实现。一般来说，在下列情况下采用萃取过程较为有利：1、 混合液的相对挥发度小或形成恒沸物，用一般精镏方法不能分离或很不经济；2、 混合液浓度很稀，采用精镏方法必须将大量稀释剂B汽化，能耗过大；3、 混合液含热敏性物质，用蒸馏方法容易受热分解、聚合或发生其他化学变化时。萃取过程的经济性在很大程度上取决于萃取剂的性质，萃取溶剂的优劣可由以下条件判断：1、 溶剂应对溶质有较强的溶解能力，这样，单位产品的溶剂用量可以减少，后继的精镏分离的能耗可以降低；2、 溶剂对组分A、B应有较高的选择性，这样才易于获取高纯度产品；3、 溶剂与被分离组分A之间的相对挥发度要高（通常都选用高沸点溶剂），这样可使后继的精镏分离所需要的回流比较小；4、 溶剂在被分离混合物中溶解度要小，这将使萃余相中溶剂回收的费用减少。四、萃取技术的工程应用由于可以根据分离对象和要求选择适当的萃取剂和流程。因而具有选择性高，分离效果好和适应性强等特点。溶剂萃取通常在常温或较低温度下进行，能耗低，特别适用于热敏性物质的分离，而且易于实现大规模连续化的生产。首次有重要意义的工业应用是20世纪初在石油工业中的芳烃抽提。随后又用于菜油的提取和青霉素的纯化等。第二次世界大战期间在原子能工业中成功地应用萃取法分离轴、钚和放射性同位素，促进了溶剂萃取的研究和应用。60年代以来，溶剂萃取用于大规模的工业生产，如石油化工中的润滑油精制、丙烷脱沥青、芳烃抽提和湿法冶金工业中的铜萃取、镍钴分离和稀土元素的分离等。它是湿法冶金、原子能化工、石油化工等领域一种不可替代的重要分离技术。随着高科技的发展。液-液萃取在能源和资源利用、生物和医药工程、环境工程和高新材料的开发等方面面临着新的机遇和挑战。由于溶剂萃取具有悠久的历史和广泛的应用，有人称之为“成熟技术”。但是，溶剂萃取过程中两相密度差小、连续相粘度大、返混严重，两相流动和相际传质极为复杂，而且两相具有一定程度的互溶性，易造成溶剂损失和二次污染，溶剂再生也对过程的经济性和可靠性产生重要的影响。与精馏等气-液传质过程比较，萃取过程和设备的设计放大难度较大。作为化工分离科学的一个重要分枝，溶剂萃取具有多学科交叉的特点，存在进一步研究和发展的需要和潜力。五、萃取技术在环境工程中的应用随着工业技术的发展和人们环境意识的提高，各种工业废水(如含有机物、含酸、含金属离子、含放射性物质和其他有毒物质的废水等)的处理变得更为重要了。鉴于溶剂萃取在稀溶液回收方面具有优势(特别是浓度范围在10-3数量级的废水)，有关的研究工作很多。为此，筛选高效、低毒、价廉和可供长期循环使用的溶剂和复合溶剂显得十分重要。也急需开发高效、高通量而溶剂夹带少的萃取设备以克服残留溶剂的二次污染问题。高效填料萃取塔和中空纤维萃取器等新型萃取设备可望得到广泛的应用。研究从水溶液中有效地脱除糖、淀粉和其他高极性物质的溶剂也是一个迫切的课题。溶剂萃取处理废水的另一潜在优势是在解决一些困难的废水问题时，可以回收有价物料或使物料再循环，而不像生化处理、氧化和焚烧那样只是简单销毁的这些物料。溶剂萃取在绿色工艺的开发过程中将发挥重要的作用。六、萃取技术治理含酚废水苯酚俗称石炭酸，是重要的化工原料，也是有毒的化学物质。树脂厂、苯酚厂等化工企业排放大量的含酚废水，其酚含量从几百mg/L至十几万mg/L不等。生产酚醛树脂、酚醛塑料工厂废水中的酚含量达20-50g/L。酚作为水中重要的污染物之一，不仅造成农田和渔业的损失，而且危害人体健康，若长期饮用被酚污染的水会引起头晕、贫血以及神经系统病症，酚也是公认的致癌物。目前，处理含酚化工废水的方法很多，常用的有物理化学法（萃取、活性炭吸附、化学氧化、缩聚法、离子交换、醋酸纤维素膜反渗透等），生化法（CSTBR、SBR、生物转盘等）。但对于不同浓度的含酚化工废水在选择方法上应有所不同。1、 国内的应用及研究萃取法处理有机废水因起经济性和实用而受到注目，我国已开展了多方面的研究，但主要方向还是回收酚类等，在回收有用物质的同时，COD得到一定去处。沈阳化工综合利用研究所采用803液体树脂萃取剂和中分式萃取塔对苯酚生产废水进行萃取处理。处理后出水酚浓度可达到排放标准，0.5mg/L1左右，去除率达98；COD可降至500mg/L左右，去除率达98以上，苯酚回收率可达80以上，处理能力40t/d的装置，年盈利80余元。江苏农药研究所利用萃取法处理南京化工厂甲萘酚生产废水，萃取剂为N503煤油，总酚去处率为9093，COD去处率为3040。无锡化工环境检测站用N503煤油萃取剂和三级错流萃取装置处理混灭威农药含酚废水，原水酚含量1300mg/L，COD为40000mg/L，萃取处理后，酚总去除率99.74，COD总去除率48.7。上海工业大学研究用N503煤油萃取有机废水，萃取后废水COD从30000-40000mg/L降至2000mg/L以下。采用新型萃取剂HLE处理水杨酸生产中的含酚高达600012000mg/L的离心废水，回收的酚钠套用于水杨酸生产工艺，萃取剂HLE循环使用，取得良好效果。萃取率达99.5，而且溶解度，消耗量小，分层速度快，有广泛的应用前景。以松香胺煤油作为溶剂作萃取剂处理高质量浓度（30000mg/L）含酚废水，酚去处率可达99.9以上。萃取液用NaOH溶液反萃回收酚，并回收萃取剂松香胺循环使用，由于松香胺在水中的溶解度非常小，故在萃取过程中损失很小。对含酚30mg/L的化工废水进行三级萃取处理，酚的总去除率塔99，在经二级反萃处理后，松香的回收率达99，酚的回收率达98。2、 国外的研究国外用萃取法处理废水的报道自70年代以来油逐渐增加的趋势，涉及废水的种类很多，应用的萃取及也很多。印度Rasayani有机化学股份有限公司用萃取法去处回收废水中的间氨基苯酚、间苯二酚、硝基化合物和芳香化合物。来自硝基酚、硝基甲苯、氨基酚生产的废水，萃取后硝基芳香化合物、硝基酚、COD的去除率分别是92.1、95.8和75.7。同我国类似，二元溶剂萃取回收酚在国外也是溶剂萃取法应用于处理比较早，发展的也比较成熟的例子。萃取脱色也是溶剂萃取的一方面的应用。日本有以处理高浓度有色有机废水的专利，其主要就是厌氧萃取中和好氧。其中萃取的目的之一就是脱色。萃取后溶剂回收，浓缩了的COD成分和颜色则被焚烧处理。3、 存在的问题及发展萃取法处理废水在国内外都已开发研究，并取得了一定成果。就我国目前的情况来看，存在得主要问题是浓缩了的COD成分和颜色成分的处置问题，我们的国情不能使用象液态CO2那样的萃取剂，而常用的萃取剂一般都需反萃，反萃后溶剂回用，反萃液需处理。国内所处理的废水都有一共同特点：废水中很大一部分有机污染物为反应的原料或产品，就有可能从研究萃取着手，提高萃取的选择性，使反萃液与原生产工艺相联系。如果这一电做到了，溶剂萃取法处理高浓度有色废水就会以其经济性和实用性而得到广泛应用。参考文献：1陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋，化工原理，化工工业出版社，