Delist.ru

Физико-химические и экологические аспекты утилизации органо-минеральных сточных вод предприятий химической промышленности (15.08.2007)

Автор: Юстратов Владимир Петрович

На втором этапе изучался процесс обессоливания и концентрирования при тех же начальных условиях с использованием комбинированной схемы подачи раствора, при которой через камеры обессоливания раствор течет непрерывным потоком, а концентрированный раствор циркулирует по замкнутому контуру. Процесс обессоливания описывается уравнением (2), а концентрирования – уравнением (1).

На третьем этапе задача исследования состояла в определении максимально возможной концентрации рассола в зависимости от исходной концентрации раствора при условии, что раствор в камеры концентрирования не подается совсем, а растворитель поступает в рассол только с гидратными оболочками ионов в результате осмоса и электроосмоса.

; концентрирование: ? – экспериментальная кривая; ? – теоретическая кривая

Процесс организовали таким образом, что на каждую последующую ступень концентрирования в тракт обессоливания и тракт электродной промывки подается концентрированный раствор (содержащий 1,4; 28,8; 106,7 и 190 г/дм3 (NH4)2SO4), полученный на предыдущей ступени, при этом раствор циркулирует через электродные камеры. Во всех опытах производительность по дилюату – 2,78(10-7 м3/с, температура исходного конденсата 35 (C, напряжение на рабочую камеру – 1B. Процесс проводили в потенциостатическом режиме, продолжительность 10 часов. Экспериментальные данные показывают, что с увеличением концентрации исходного раствора степень концентрирования уменьшается (табл. 7). В результате последовательного концентрирования раствора получили рассол с содержанием сульфата аммония 301,6 г/дм3.

Так как для непроточных рассольных камер значение концентраций постоянно, то

Формула (3) позволяет для случая высокого концентрирования рассчитать максимально допустимую концентрацию рассола в зависимости от исходной концентрации соли в растворе.

По формуле (2) находится значение (, по которому определяется параметр ( из уравнения (1) (табл. 7).

Подставляя значение (, ( в уравнение (1), получаем, что за 10 часов электродиализной обработки можно получить рассол с содержанием минеральных примесей 305,87 г/дм3, таким образом, расхождение экспериментальных и теоретических результатов составило 1,4 %.

Получение максимальной концентрации раствора в несколько циклов является экономически невыгодным, целесообразно незначительно пожертвовать величиной получаемой концентрации раствора в пользу значительного снижения временных и материальных затрат.

Таблица 7 - Влияние концентрации исходного конденсата на эффективность электродиализной переработки

Содержание (NH4)2SO4

в исходном растворе, г/дм3 Степень обессоливания, % Степень концентрирования, % Значения ( при (=0,33

1,4 28,00 20,57 9,85

28,8 1,97 3,70 36,20

106,7 2,84 1,78 63,75

190,0 2,13 1,59 100,94

Возможность реализации поставленной задачи изучалась в экспериментальных исследованиях, проводимых при тех же условиях с изменением концентрации подаваемого раствора (24,3 г/дм3) и напряжения на рабочую камеру (3,5 B). В один цикл получается рассол, содержащий 200 г/дм3 (NH4)2SO4. Теоретическая кривая концентрирования, соответствующая этому исследованию, приведена на рис. 12.

Сравнение результатов эксперимента и полученных теоретических кривых позволяет сделать вывод об адекватности модели (ошибка составляет 1,4–10,0 % в зависимости от схемы организации процесса), а условия, определяющие модель, могут являться теми условиями, на основании которых могут составляться дифференциальные уравнения для функциональных показателей эффективности процесса электродиализа.

Таким образом, стохастический подход позволяет системно подойти к описанию процесса электродиализа для различных режимов его организации на уровне планирования.

Пятая глава включает результаты исследования влияния компонентов органо-минеральных производственных смесей на физико-химические свойства мембран (МК-40, МА-40, МБ-1, МБ-2, МБ-3) и массоперенос в электромембранных процессах, а также исследования, направленные на разработку конкретных технологических процессов на базе экспериментального материала.

Изучение физико-химичес-ких свойств ионообменных мембран после длительного контакта с органо-минеральными смесями, содержащими соли моно- и дикарбоновых кислот, спирты, органические неэлектролиты, показало возможность их использования для переработки исследуемых органо-минеральных смесей.

Рассмотрены этапы создания безотходной технологии переработки сточных вод производства 2-этилгексанола, содержащих соли карбоновых кислот (масляной, 2-этилгексановой и 2,4-диэтил-3пропил-5- оксивалериановой кислоты). Теоретически проанализированы и экспериментально проверены 2 варианта осуществления конверсии солей в кислоты и щелочь: катионный обмен и биполярный электродиализ. Изучение закономерностей конверсии солей на основе биполярного электродиализа позволило установить, что эффективность процесса зависит не только от режимных параметров (плотности тока, температуры смеси, производительности установки, кратности обмена рассола и промывочных вод, концентрации соли в исходной смеси), но и от природы органических компонентов и биполярных мембран. Исходя из эффективности процесса и стойкости к отравлению продуктами переработки (лактон), для реализации технологии в промышленных условиях рекомендованы мембраны МК-40 и МБ-2. На основании экспериментальных исследований разработана безотходная технология переработки сточных вод производства 2-этилгексанола. С учетом результатов изучения химической стойкости в данной среде подобраны материалы для изготовления основного технологического оборудования и рекомендована электродиализная установка для реализации технологии. Выданы данные на проектирование промышленной установки. Результаты непрерывных испытаний разработанной технологии в производственных условиях (табл. 8) показали правомерность выбранного технического решения.

Хроматографический анализ показал абсолютную идентичность качественного состава органических продуктов, полученных в результате электромембранной переработки сточных вод производства 2-этилгексанола, качественному составу смеси, получаемой по существующей реагентной технологии (с использованием серной кислоты), и, следовательно, возможность их дальнейшей переработки с получением товарных продуктов (кислот масляной и

2-этилгексановой, лактона). Следует отметить стабильность работы установки, отсутствие перегрева аппарата и нарушений в работе электрической схемы установки. Физико-химические свойства мембран после испытаний практически не изменились.

Продукты переработки целесообразно утилизировать в производствах этого же предприятия (ОАО «Химпром»): раствор органических кислот и лактона - для переработки в товарные продукты, раствор щелочи - для нейтрализации кислых газов в установке термообезвреживания хлорорганических отходов цеха производства и переработки олефинов.

Разработанная технология позволит превратить производство 2-этилгек-санола в экологически безопасное, возвратить ценные продукты в производство, уменьшить техногенную нагрузку на окружающую среду. Эколого-экономический эффект от предотвращения сброса СВ производства 2-этилгек-санола – 4 млн.150 тыс. руб/год.

Таблица 8 - Результаты непрерывных испытаний электромембранной технологии получения карбоновых кислот в производстве 2-этилгексанола

№ пробы,

п/п Плотность тока, А/м2 Показатели качества обработанного технологического потока

массовая доля

солей,

% массовая доля

кислот, % выход кислот, % от теор. эфирное число,

эфирное число, % от теорет.

1 103,5 1,52 2,38 66,23 лакт.отс. -

2 110,0 1,27 2,60 72,28 лакт.отс. -

3 121,0 0,16 3,17 96,77 лакт.отс. -

4 121,0 0,20 3,68 95,97 лакт.отс. -

5 127,0 0,00 3,99 100,00 лакт.отс. -

9 121,0

загрузка...