李 琳，施 蘭，雷 蘭，王 鳳，李凱文，李 靜，葉 昆

(1.六盤水師范學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，貴州 六盤水 553004；2.中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司 華北分公司，河北 任丘 062550)

丙酮廢水是一種常見的工業(yè)廢水，多產(chǎn)生于甲基丙烯酸甲酯、衍生物雙酚 A和喹啉衍生物等化工產(chǎn)品的制備中[1-2]，反應(yīng)結(jié)束后會(huì)產(chǎn)生大量的丙酮廢水。丙酮價(jià)格逐年上漲，所以在廢水處理時(shí)回收丙酮就變得至關(guān)重要，一方面有效的避免了水體的污染，另一方面可以提高經(jīng)濟(jì)效益。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于丙酮廢水的處理方法有精餾法[3-4]、蒸餾法[5]和滲透汽化法[6]等。本文采用多級(jí)逆流萃取法對(duì)丙酮廢水進(jìn)行分離，因?yàn)檩腿》ㄒ话闱闆r在常溫常壓下操作，設(shè)備也相對(duì)簡(jiǎn)單。通過Aspen Plus 模擬萃取的工藝過程，并分析了萃取劑、萃取級(jí)數(shù)和萃取溫度等對(duì)工藝過程的影響。

1 萃取劑的篩選

為了得到高效的萃取劑，首先利用單級(jí)萃取模擬，以丙酮常用萃取劑如二異丙基醚、醋酸丁酯、叔戊基甲基醚、1,2-二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷等為研究對(duì)象，通過比較萃取相和萃余相中丙酮、水和萃取劑的濃度，從而得到最優(yōu)萃取劑，模擬結(jié)果如表1和表2所示。

表1 萃取相中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

表2 萃余相中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

從表1可以看出，1,2-二氯乙烷的萃取效率最高，其次是1,1,2-三氯乙烷，但是1,2-二氯乙烷做萃取劑時(shí)，對(duì)水的夾帶量是最大的，遠(yuǎn)高于1,1,2-三氯乙烷。從表2中可以看出，萃余相中萃取劑夾帶量最小的是1,2-二氯乙烷，其次是1,1,2-三氯乙烷，但是其差別并不顯著。綜合考慮，1,1,2-三氯乙烷為最合適的萃取劑。

2 模擬流程的搭建

2.1 建立模擬流程圖

在Aspen plus系統(tǒng)Separators模型下選擇塔Decanter，搭建逆流六級(jí)萃取流程，如圖1。

圖1 六級(jí)逆流萃取流程

Fig.1 Six-stage countercurrent extraction process

2.2 設(shè)置初始參數(shù)

輸入組分1,1,2-三氯乙烷、水、丙酮，選擇熱力學(xué)模型為NRTL方程。再設(shè)定初始數(shù)據(jù)，以1,1,2-三氯乙烷為萃取劑，萃取溫度20℃，壓力101.325 kPa，丙酮廢水的處理量為30 m3/h，廢水中含丙酮6000 mg/L，萃取劑流量16 m3/h。設(shè)置好初始參數(shù)后，點(diǎn)擊運(yùn)行，對(duì)6級(jí)逆流萃取丙酮水溶液進(jìn)行模擬計(jì)算。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 萃取級(jí)數(shù)的影響

在初始溫度和壓力不變的條件下，對(duì)不同的萃取級(jí)數(shù)進(jìn)行模擬計(jì)算，得到圖2。

圖2 萃取級(jí)數(shù)對(duì)萃余液中各組分的影響

從圖2可以看出，隨著級(jí)數(shù)的增加，萃余液中丙酮的含量是減小的，從二級(jí)的767.8 mg/L減小到六級(jí)的44.7 mg/L，萃余液夾帶量也是呈減小趨勢(shì)，但是改變量很小，為了達(dá)到廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)，采取六級(jí)萃取的工藝流程。

3.2 萃取劑用量的影響

圖3 萃取劑用量對(duì)萃余液中各組分的含量的影響

在不同的萃取劑用量下，對(duì)萃余液進(jìn)行分析。采用六級(jí)萃取工藝，得到萃取劑用量對(duì)萃余液中各組分的含量的影響，如圖3。

從圖3中可以看出，隨著萃取劑1,1,2-三氯乙烷用量的增加，萃余液中丙酮的含量和夾帶量都減小。當(dāng)萃取劑1,1,2-三氯乙烷用量為16 m3/h時(shí)，丙酮含量減小的速度越來越小，最后趨于不變，夾帶量減小的情況也是在萃取劑1,1,2-三氯乙烷用量為16 m3/h時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)。所以，繼續(xù)增加萃取劑的用量，也無法再有效的提高廢水的處理效果，還會(huì)增加操作費(fèi)用。綜上所述，萃取劑1,1,2-三氯乙烷的最佳用量為16 m3/h。

3.3 萃取溫度的影響

在不同的萃取溫度下，對(duì)萃余液中各組分的含量進(jìn)行分析。XA表示萃余液中的丙酮的含量，XB表示萃余液中的夾帶量。萃取溫度取10～50℃，對(duì)萃余液中各組分進(jìn)行計(jì)算，得到表3。

表3 不同萃取溫度的影響

從表3可以看出，隨著溫度的增加，XA逐漸增大，XB先減小后增加，在25℃達(dá)到最小值。說明低溫是有利于萃取操作的，因?yàn)閷?duì)于部分互溶的三相體系，當(dāng)溫度降低時(shí)，兩相區(qū)會(huì)相應(yīng)擴(kuò)大。常溫20℃時(shí)XA的含量為45 mg/L，10℃時(shí)為42 mg/L，減小優(yōu)勢(shì)不明顯，考慮到節(jié)能，最適合的操作溫度為常溫。

4 結(jié)論

(1)利用模擬軟件AspenPlus建立單級(jí)萃取流程，對(duì)常用萃取劑進(jìn)行模擬計(jì)算，得到最合適的萃取劑是1,1,2-三氯乙烷。

(2)熱力學(xué)模型選擇NRTL方程，應(yīng)用靈敏度分析了萃取級(jí)數(shù)、萃取劑用量和萃取溫度對(duì)丙酮廢水的萃取影響。得到最合適的萃取條件是萃取級(jí)數(shù)為六級(jí)、萃取劑用量為16 m3/h、萃取溫度為常溫，萃余液中丙酮的含量由初始的6000 mg/L 下降到45 mg/L。