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《华南理工大学》 2017年
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甲基(异)丙基甲酮萃取高浓煤化工含酚废水中酚类物质液液相平衡研究及过程模拟

吕冉  
【摘要】:根据中国化石能源结构特点,煤炭是中国的主体能源。在煤的加工利用过程中,会产生大量煤化工含酚废水,这些废水中含有高浓度的有毒酚类物质,严重威胁环境和人体健康。溶剂萃取是脱除并回收高浓煤化工废水中酚类物质的常用方法。本文选择甲基异丙基甲酮和甲基丙基甲酮为脱酚萃取剂,对高浓煤化工含酚废水进行萃取脱酚处理,回收废水中的酚类物质,有效降低废水中酚类物质的含量,达到后续生化处理的要求。苯酚、甲酚和二元酚等酚类污染物在高浓煤化工含酚废水中较为常见。通过实验测定甲基(异)丙基甲酮-7种酚类物质(苯酚,邻、间、对甲酚,邻、间、对苯二酚)-水的三元液液相平衡数据,并用UNIQUAC和NRTL热力学模型关联实验数据,所得预测数据与实验数据的误差较小,低于0.5%。由三元液液相平衡数据计算得到甲基(异)丙基甲酮分别萃取7种酚类物质时的分配系数D和选择性S,作为评价7种酚类物质被甲基(异)丙基甲酮萃取难易程度的指标,发现在挥发酚——苯酚和邻、间、对甲酚中,苯酚最难被萃取,在非挥发酚——邻、间、对苯二酚中,对苯二酚最难被萃取。以苯酚和对苯二酚分别作为高浓煤化工含酚废水中挥发酚和非挥发酚的代表,通过实验测定甲基(异)丙基甲酮-苯酚-对苯二酚-水的四元液液相平衡数据,利用UNIQUAC和NRTL热力学模型对四元液液相平衡数据进行关联得到预测数据,实验数据与预测数据之间的偏差小于0.5%,吻合度较好。热力学模型关联四元液液相平衡数据得到的各组分间的二元交互作用参数,为高浓煤化工含酚废水萃取脱酚过程模拟提供数据基础。在四元液液相平衡实验数据测定和模型关联的基础上,进行甲基(异)丙基甲酮萃取脱除高浓煤化工废水中酚类物质的过程模拟。根据过程模拟结果,萃取工段在萃取温度40℃,萃取级数5级,相比1:7.52(甲基异丙基甲酮作萃取剂)或1:7.00(甲基丙基甲酮作萃取剂)的操作条件下,可将总酚浓度由12700mg·L-1降至300mg·L-1,满足后续生化处理对废水总酚浓度的要求。通过精馏和汽提等工段回收萃取剂甲基(异)丙甲基酮,可使绝大部分萃取剂回流到萃取工段循环利用。利用甲基异丙基甲酮和甲基丙基甲酮分别作萃取剂时,新鲜萃取剂补充量仅占萃取工段萃取剂总用量的0.049%和0.046%。公用工程成本计算结果显示,甲基异丙基甲酮和甲基丙基甲酮分别作脱酚萃取剂时,含酚废水的吨处理成本分别为15.65元和16.48元。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O658.2;X784

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