Методы очистки сточных вод производства полимеров

Для органического осадка производственных сточных вод, который не может быть утилизирован, применяют сжигание. Сжигают, как правило, обезвоженные осадки, в состав которых входят нефтяные отходы и органические растворители[6]. 4. Комплексные технологии очистки.

Очистка сточных вод от формальдегида и фенола в производстве фенольно-формальдегидных смол имеет большое значение, так как наличие этих вредных загрязнений препятствует не только спуску сточных вод в водоемы общественного пользования, но и очистке на биохимических станциях. Опыты, проведенные в лабораторных условиях и на опытной установке, показали, что сточные воды, содержащие фенол и формальдегид, после предварительного обесфеноливания методом конденсации могут быть затем очищены и от формальдегида путем обработки негашеной известью и окончательно доочищены электрохимическим окислением. Опытами установлено также, что другие побочные продукты (сульфаты, хлориды, карбонаты и др.) не мешают очистке воды от формальдегида.

по-видимому, это процесс представляет собой преимущественно альдольную конденсацию формальдегида по схеме:

6СН2О CaO C6Н12О6Сточная вода по указанной выше схеме обрабатывается следующим образом. Воды, содержащая фенол и формальдегид в соотношении молей 1:3 (если формальдегид меньше, его добавляют), загружается в реактор, снабженный механической мешалкой и источником нагревания. Туда же подается серная кислота израсчет 3% от веса очищаемой воды. Содержимое реактора нагревают до 97−98°С и выдерживают при этой температуре 4−5 ч. Затем вода направляется на фильтр и по отделении сконденсировавшейся смолы поступает в другой реактор, где содержащаяся в воде серная кислота нейтрализуется гашеной известью и среда доводится до рН=9−11.Вода обрабатывается известью при температуре 97−98° с одновременным перемешиванием механической мешалкой в течение 15−30 мин. Затем вода поступает на фильтр для отделения сернокислого кальция и далее направляется в смеситель, где смешивается с поваренной солью, добавляемой в количестве 2% от веса воды.

Из смесителя вода подается самотеком в электролизер, где производится электрохимическое окисление фенолов. Обесфеноленная вода после проведения соответствующих анализов сливается в канализацию. Результаты опытов показывают, что конденсация фенола с формальдегидом, проведенная в кислой среде, позволяет резко снизить концентрацию фенола как в искусственных растворах, так и в производственных сточных водах. Обработка окисью кальция позволяет полностью обезвредить сточные воды от формальдегида. В результате предложена принципиальная технологическая схема процесса комплексной очистки сточных вод от фенола и формальдегида (рис. 1).Рис. 1.

Схема станции очистки воды1 — промысловый резервуар-отстойник, 2 — насос для перекачки пластовой сточной воды, 3- промежуточный регулирующий резервуар, 4 — резервуар для промывной воды, 5 — насос для промывки фильтра и подачи очищенной воды в резервуар для промывной воды, 6 — оборудование для приготовления известкового молока, 7 — дозатор для известкового молока, 8 — смеситель, 9 — насос для циркуляции известкового молока, 10 — осветлитель, 11 — песчаный фильтр, 12 — резервуар для очищенной промысловой сточной воды.

Сточная вода, содержащая фенолы и формальдегид, закачивается насосом в мерник, откуда самотеком сливается в реактор. Туда же добавляются серная кислота и формалин. Вся масса перемешивается и нагревается паром, подающимся в рубашку, до 97−98°С. при этой температуре она выдерживается 4−5 ч (до достижения концентрации фенола не более 400 мг/л). Перемешивание массы продолжается с момента заполнения реактора водой до ее удаления из аппарата. Затем в рубашку аппарата подается холодная вода и смесь, охлажденная до 60−80°С, сливается в нейтрализатор. Одновременно с водой в нейтрализатор при работающей мешалке засыпается гашеная известь (или заливается известковое молоко) до создания щелочной среды рН=9−11.После добавления извести реакционная масса выдерживается при температуре 97−99°С в течение 15−20 мин до снижения концентрации формальдегида ниже 5 мг/л. Во время всего процесса конденсация производится непрерывное перемешивание.

В случае необходимости реакторы подогревают паром, подаваемым в рубашку. По окончании конденсации формальдегида в рубашку аппарата подается холодная вода, и реакционная масса охлаждается до 70−80°С. Затем, не прекращая перемешивания, в аппарат засыпают поваренную соль из расчета 2% от веса обрабатываемой воды, охлаждение продолжается до 50−60°С.Охлажденная сточная вода со взвешенными в ней твердыми частицами (смола, гипс, избыток извести, механические примеси, содержащиеся в соли, и т. п.) сливается из нейтрализатора на вакуумный нутчфильтр, содержащий последовательно: слой ткани, слой песка 3−4 см, слой ткани. Производительность такого фильтра не превышает 30 л/ч/м2. Фильтрат насосом закачивается в напорные баки. Из напорных баков через бачок постоянного уровня сточная вода подается в электролизер. Расход воды регулируется по ротаметру в зависимости от содержания фенола и анодной плотности тока. Стальной корпус электролизера служит катодом. Анод изготовлен из графита с рабочей поверхностью около 1 м². Расстояние между электродами 5 мм. Фенольная вода, проходя по межэлектродному пространству, емкость которого составляет 6,5 л, подвергается электрохимическому окислению.

Вода в электролизере с помощью верхнего сливного патрубка поддерживается на уровне, равном высоте анода. Из электролизера вода самотеком поступает на фильтр, где она очищается от механических загрязнений фильтрующей тканью «бельтинг». Обезвреженная таким способом вода после соответствующих анализов сбрасывается в канализацию[4]. 5. Расчет основного аппарата — реактора.

Реактор предназначен для проведения процесса очистки сточных вод в присутствии катализатора. Реактор предназначен для эксплуатации при следующих параметрах:

Давление, МПа: рабочее, не более — 0,59;расчетное — 0,5. Температура, °С:рабочей среды — 110;расчетная стенки — 140. Основные размеры аппарата:

диметр внутренний, мм1600высота, мм11 510вместимость, м321масса, кгметалла8750 В рабочем состоянии21 500.

Реактор Р-1 представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с эллиптическими днищами. На верхнем днище расположено три штуцера Dу 200 мм: Н1 — для вывода паров, Н2 — для уравнительной линии, Н3 — для предохранительного клапана. Верх реактора съемный. На высоте 8950 мм расположен штуцер Н7Dу 300 мм для вывода реакционной массы. На высоте 8475 мм расположен штуцер Н16Dу 90 мм для установки термопары. На высоте 1880 мм расположены:

штуцер Н6Dу 40 мм для установки термопары, — паз Н8Dу 500 мм, — гребенка реактора, на которой расположены штуцера:

Н4, Н5Dу 125 мм;

— Н9, Н10Dу 80 мм;

— Н11Dу 70 мм;

— Н14, Н15Dу 70 мм — для ввода продукта;

— Н12Dу 200 мм — для вывода продукта. На нижнем днище в центре расположен люк — Dу 400 мм. На высоте 5580 мм расположен штуцер — Н13Dу 90 мм для ввода продукта. Корпус аппарата изготовлен из марки стали Ст.

3.Корпус аппарата приварен к конической обечайки опоры. Крепление опоры к постаменту осуществляется с помощью 12 болтов М27. Реактор изнутри покрывается футеровочным слоем. Объем реакционной зоны реактора должен обеспечить время контакта паров сырья с катализатором на уровне 5−8 секунд. Объем первой реакционной зоны рассчитывается по уравнению: VZ1 = TR • VC, где VZ1 — объем первой зоны, м ;TR — время контакта, секунды; принимаем TR = 5,5 с;VC — средний объемный расход продуктов через первую зону, м /сVC = 2VE — объемный расход продуктов на выходе из первой зоны, м /с; где ТХ — температура выхода продуктов из зоны, К; ТХ = 796 К; Gi — выход продуктов крекинга, кг/ч; Mi — молярная масса продуктов; 290 — давление смеси на выходе из первой зоны, кПа; 1400 — плотность частиц катализатора, кг/м; GK — расход катализатора через зону, кг/ч.Следовательно, объем первой реакционной зоны реактора равен:

Высота первой зоны рассчитывается из уравнения: HZ=VZI/S=10,5м- площадь живого сечения реактора в первой зоне, м2, S = 17,58 м². Диаметр реактора в первой реакционной зоне.

Диаметр реактора для первой зоны рассчитывается по уравнению: SS — сечение реактора, занятое стояками катализатора, м2;V — объемный расход смеси паров сырья водяного пара и катализатора, поступающей в реактор из стояка катализатора, м3/с; W — допустимая скорость смеси в переходной зоне от псевдоожиженного слоя до зоны отпарки. W = 0,6 м/с. Объемный расход паров сырья, водяного пара и катализатора рассчитывается по формуле: GK — расход циркулирующего катализатора, кг/ч;РК — плотность частиц катализатора, кг;РК = 1400 кг/м3; GC — расход паров сырья, кг/ч; GC = 250 000 кг/ч;МС — молярная масса сырья, МС = 429;VП — расход водяного пара, кг/ч, VП = 19 407 кг/ч;ТЕ — температура смеси, поступающей в реактор, К;ТЕ = 813 К = 540 °C;Р — давление в первой зоне, кПа, Р = 1,47 МПа. При этом расходе смеси живое (свободное) сечение реактора для первой зоны должно быть.

Часть площадки сечения реактора (SS) занята стояками, по которым, выделенный в сепарационном устройстве, катализатор поступает в отпарную зону реактора. Площадь сечения стояков рассчитывается по формуле: VK — объемный расход катализатора, проходящего через стояк, м3/с;W — скорость движения потока катализатора в стояке, м/с.Принимаем, что в сепарационном устройстве выделяется 90% катализатора выходящего из реактора, т. е. 1 425 000 · 0,9 = 1 282 500 кг/ч W = 0,4 м/с.720 — принятая насыпная плотность катализатора, кг/м3.Следовательно, истинная площадь сечения реактора составляет: SR=S + SS = 15м2Для перетока отработанного катализатора, выделенного из продуктов реакции на их выходе из реактора в сепарационном устройстве, принимаем 4 стояка. Тогда диаметр стояка равен:

где 1,42 — сечение четырех стояков, м;4 — количество стояков. Диаметр реактора в первой реакционной зоне будет равен, в соответствии с уравнением 1: dR= 2,4мЗаключение.

Благодаря своим исключительным свойствам НПАВ получили широкое применение практически во всех отраслях производства. Важно отметить, что, неионогенные поверхностно-активные вещества наиболее широко используются в фармацевтической технологии, в частности в производстве лекарств аптечным способом. В работе рассмотрены методы очистки сточных вод при производстве полимеров. Рассчитан реактор для очистки воды.

Список литературы

1.Гарцева Л. А. Физика и химия полимеров. — Иваново:

Химия, 2003. — 68 с.

2.Брацыхин Е. А., Шульгина Э. С. Технология пластических масс. — СПб.: Химия, 2012. — 328 с.

3.Фрог Б. Н., Левченко А. П. Водоподготовка. — М.: Издательство МГУ, 2006. — 680 с.

4. Сахарнов А. В. Очистка сточных вод. — М.:ГОСИНТИ, 2014. — 118 с.

5. Ковалев В. М., Петренко Д. С. Технология производства синтетических моющих средств. М.: Химия, 2012. — 272 с.

6. Абрамзон А. А. Поверхностно-активные вещества. Синтез, анализ, свойства, применение. Л.: Химия, 2008. — 200 с.