TWI330543B - Liquid-liquid extracting method - Google Patents

Description

1330543 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於從例如超過50t/hr的大流旦 液-液萃取出目標成分的方法。 L里廢水中，依 【先前技術】

▲廢水中的有用物質屬於濃度較稀薄 π性較差’因而通常利用活性污泥法施行二2 J詈由高純度對酞酸(terephthalIC aci物^ 甲^ 中，雖含有大量反應中間生成物的對甲苯 甲-夂（paratolmc acid)，但是因為濃度較稀薄，因 常均利用活性污泥法施行處理。 ^

但是，在利用活性污泥法所施行的處理方面，不僅 物質將損失’且為運轉將耗費電力等大量能源。況且亦將 成=惡臭的原因。隨對㈣的製造裝置朝大型化演進，廢 水罝將趨於大量，不僅就環保層面，就連經濟性觀點而 言，均有必需從廢水中將有用物質去除及回收。 將廢水中的有用物質回收之方法，有如日本專利第 2899927唬公報中所揭示，將從對酞酸製造裝置所發生廢 水中含有的對曱苯曱酸’利用對二甲苯施行萃取的方法。 s玄方法雖因為萃取劑使用對酞酸原料的對二甲苯，因而屬 .於不需要萃取劑再生步驟的優越方法，但是通常萃取裝置 .的裝置費用偏！fj，導致經濟性降低。 [專利文獻1]曰本專利第2899927號公報 【發明内容】 312χΡ/發明說明書(補件)/95-05/9510丨574 5 1330543 (杂明所欲解決之問題） 广廢水中萃取出有用物質的手法已屬眾所週知。例 學工學便覽修訂5版(化學工學會編)的11.5章中，便有 記載各種方法。 “然例如上述便覽之丨〗· 5. U中所記載的混合澄清 ，取為’當設為多段萃取的情況時，裝置將趨於複雜且高 頜所以，當屬於多段的情況時便使用塔型萃取裝置，例 如上述便I之11, 5· 2章中所記载的逆流微分式萃取搭， =為構造較為單純者生偏流，因而頗難大型化，在工業上 幾t不採用。為避免此現象，若使用脈動式等，雖可抑制 偏流現象’但是構造將趨於複雜且高額。此外，上述便覽 1 · 5. 3早中所5己載的非授拌式分段型萃取搭，雖屬於 構造單純’但是運轉範圍較狹窄且操作上並無柔軟性可； 5。為求改良此現象，便有考慮上述便覽之丨丨.5. 4章中 所記載的攪拌式分段型萃取搭等，但是裝置將複雜化且内 害頁。依此，塔型裝置方面，若欲避免偏流現象，而將擴2 運轉範圍，便將複雜化且高額。 、 f有效率高且廉價的萃取裝置，不僅可將廢水等所含的 稀薄有用物質回收，且將廢水精製所衍生的水亦可再= 然而，日本專利第2899927號公報（專利文獻υ中所 示，將從對酞酸製造裝置所發生廢水中含有的對甲笨甲 酸，利用對二甲苯施行萃取的方法，並非屬廉價的萃 置頗難商業性實施。 、 312ΧΡ/發明說明書(補件)/95-05/951015 74 6 .▲所以^本發明之目的在於提供一種依運轉範圍較廣且有 j率的間易方法，實施大流量液-液萃取的方法，特別係 、提供田仗產業上顧重要之高純度對酞酸製造裝置中所發 生超過50t/hr的廢水中萃取出有用成分時的頗適用方 〜 法。 (解決問題之手段） 本％月所k供的萃取方法，雖由如同習知萃取操作施行 此σ並猙置分離的操作所構成，但是適用於大流量廢水的 ，處理。 換言之，本發明的液—液萃取方法係將廢水、以及供從 廢水中卒取出目標成分的萃取劑，流入於具有將該等混合 之構造的配管中而混合後，再將混合液一邊利用重力減速 :邊供應給谷器，經靜置而施行液_液分離。上述混合液 最好一邊利用重力減速一邊從容器下端進行供應。 再者，本發明的液_液萃取方法，將廢水、以及供從廢 >水中萃取出目標成分的萃取劑，流入於具有將該等混合之 構造的配管中而混合後，再將混合液從容器下端供應，經 靜置而施行液-液分離。 上述配管隶好為靜態混合器。此外，當將上述配管朝上 .下方向配置，且輕液屬於分散相的情況時，最好將流動設 .為由上而下，當重液（heavy liquid)屬於分散相的情況 •日令’敢好將〃IL動设為由下而上。其_，所謂「輕液」係指 所混合的液體中，屬於密度較小者，通常係為有機液，而 所谓「重液」係指所混合的液體中，屬於密度較大者，通 312XP/發明說明書(補件)/95-05/9510】574 7 常係為水。 使混合液的流入速度減速之方法， 利用重力減速之方彳、^ 子為對容器下端依 / 式切供應的方法，因為所靜置分離& μ内流動料致凌亂的緣故。依 刀相 係了攸今裔下端朝重力相反方向進入，亦可 =在容器f面處反轉之後，再利用重力減速

在取好利用流動狀態的電腦解析，確認流入速度 在=内不致衍生魏的情況下，於短期間内減速之事: ’本發明所提供的液一液萃取方法係上述容器在加 =利用容器的壓力分別萃取出廢水與萃取劑，且本發 二θ供上述容器呈滿水位狀態，且未具有氣相與液相間 液位控制裝置與壓力控制裝置的液_液萃取方法。 &最好根據上述容器中所流入的廢水量或萃取劑量，利用 I串級控制（cascade control)的流量控制器，分別萃取 出淨置分離後的廢水與萃取劑。

。。，者，本發明的液_液萃取方法，係上述容器具備有容 w问度之1 〇〜70%咼度的隔板，且從供應上述混合液之一 侧的相反側下端，萃取出經液-液分離過的重液（水相）， 並從供應上述混合液之一側的相反側上端，萃取出經液_ 液分離過的輕液（有機相）。 上述液-液萃取方法亦可組合二段以上而施行多段萃 取。此外’上述液-液萃取方法中的廢水，係可使用來自 對酞酸設備中的廢水。 (發明效果） 312XP/發明說明書(補件)/95-05/95101574 8 ^30543 •、本，明係提供利用運轉範圍較廣且效率佳的簡易方 法，實施大流量液—液萃取的方法。 、本發明係提供當習知流量較多但因為濃度較稀薄因而 回m幸父低，被視為廢水並丢I，例士口由高純度對欧 、馱製造裝置所發生超過50t/hr的廢水中，萃取出有用成 分並將廢水再利用時將特別有用的方法。 【實施方式】

本發明係提供例如將萃取物（欲施行溶劑萃取的原料， 具體，言係為廢水）與萃取劑，流入具有將流動混合構造 的—配一官.中經混合後，供應給滿水位且加壓下的靜置分離器 下端，並以萃取物或萃取劑的流量為基準，藉由利用加壓 下靜置分離器的壓力對萃取物及萃取劑施行萃取，而適合 於大流量處理的液-液萃取方法。 σ 萃取物與萃取劑的混合在通常的混合澄清萃取器 (mixer-settler extractor)方面將使用攪拌機，但是當 屬於多段萃取的情況時，將需要數個高單價攪拌裝置與攪 拌容器，因而並無經濟性可言。此外，屬於塔型且無機械 式攪拌裝置的混合器方面’混合將嫌不足且萃取效率差。 本發明的特徵在於：藉由使用具有將流動混合構造的配 管’便可以簡單的裝置效率佳的完成混合。 . 具有將流動混合構造的配管係例如通稱靜態混合器的 • ·靜止式混合器。使用靜態混合器施行萃取操作雖已眾所週 知’但是當實施多段萃取的情況時，因為在靜態混合器產 生的壓力損失因而各段將需要設置泵。本發明的特徵在 312XP/發明說明書(補件)/95-05/95101574 9 ⑵〇543 ^ I曰由對硬置分氡器二施行加愿，非利用果 ,行液體的萃取’因而將可解決各段需要:力 二特徵在於藉由將靜置分離器設定為滿水位’ 習知…： 昼力控制裝置的課題。 具界面與氣相之靜置分離器的情況時 面的液位控制梦罟。而f 一晏· ,.. " 此外，因為液位控制器的設置，因而 在靜置分離器内的滯留眸鬥 U而 M0B 原本液'液分離所需時間

=ϋ Θ的特徵在於··藉由以所供 劑的流量為基準施行萃取，^卒取 制裝置。此外m^ 液間的界面液位控 斗、知％的将徵在於：藉由聛越 ^ ->V A-h 、月’置刀綠杰設 需要在氣液界面控制的液位控制裳置。 又猎不而要設置液位控制器，本發明特 不需要因液位控制器的設置而 ^在於. 所需時間的靜置分離器。因為液位

;門二:用太，均需要耗費超過10分鐘的液體滯留 右使用本發明將不需要液位控制器，例如當處理液 動的話將可在1 =之情況時，13為若無流 可。要…二 故靜置分離器的大小便 、要攻疋為足夠使流動減速的時間大小。 具體而言，流入量與從容器中流出的产旦Μ γ d 控制達成控制。例如當萃取劑為;1:=:2 時。’。便將與所供應對二甲苯流量相同値，視同為從 行咸：:：卒取出的對二甲笨量’並利用串級控制進 丁卒取’而廢水則使容器成滿水位狀態便可萃取出。因為 312灯/發明說明書(補件)/95-05/95丨01574 1〇 1330543 廢水屬於重液，因而若將萃取配管上升至較容器更高位置 並施行密封操作，便可使容器成滿水位狀態下萃取出。 當對廢水施行流量控制的情況時，便將與 量的相同値，視同從靜置分離器中所萃取出的廢 利用=級控制進行萃取，對二甲苯若從容器上端利用溢流 施行萃取出的話，便可在使容器呈滿水位狀態下施行萃 取。因為所流入的流量與所流出的流量完全不同，因而便 必需微調整成對二曱苯中不致出現廢水混入於廢水中之 對二甲苯的狀態’若一經調整之後，便可在不致發生混入 的情況下安定的施行萃取。 /本發明的特徵在於：藉由從靜置分離器下端供應著混合 後的液體’並利用重力而使供應速度減速，便可達靜

最小化。此外，為使供應速度減速，亦可在供應配 g内部中裝入填充物’當屬於大型裘置的情況時，因 增加供應配管的截面積，因而亦可合併使用利料足夠管 严的配管及/或複數根配管進行供應等手段 速度等等手段。 "M ，者’本發明的特徵在於··藉由從靜置分離器下端進行 並在供應口與重液出口之間設置隔板，使重液流動 :向^轉，俾將分離通路時間最大化。隔板的 =疋為^高度的10〜70%。依此，因為從下端供應混 量大於up 利則貝性力，因而當重液流 別且重液流速支配著分離的情況時將屬特 有用的方法。另外，本發明中所謂「輕液」係指所混合 312XP/發明說明書(補件)/95-05/95101574 u 1330543 液體中密度較小者，通當 指所混合液體中密度較大者’:、通為:所謂「重液」係 用二，具單純構造的配;施行混合，並使 用个可特殊構造的靜置分離哭 卫使 範圍内施行安定的萃取以。。因而將可在較廣的運轉 丁女疋的卒取刼作。運轉範圍的下古 速降低便有在配管内的混合嫌 糸口為右〜 朝上下方h g Γ7 〇 足9狀況，因而便將配管 朝上下方向配置，敢好呈垂直狀態，藉由

輕液屬分散相時便由上而下，每 動方向在虽 而上，便可擴大運轉範圍。運；散相時便由下 ⑯乾圍丨轉乾圍的上限係依靜置分離 力而異，但是因為並非靜置分離器内的液-液 /刀柄間先達極限值’而是靜置分離器内的流速降低時間 ，先達極限值’因而藉由增加對靜置分離器進行供應的配 官直徑及/或使用複數根配管進行供應等簡單手段，便可 擴大運轉範圍。另外，所謂「運轉範圍」係指輕液與重液 的流量範圍，而所謂「運轉範圍的上限與下限」分別係指 最大流量與最小流量。 本發明係可適用於例如對駄酸製造時的廢水處理方 面。其例子如下所述。 在醋酸溶劑下’觸媒使用鈷化合物、錳化合物及溴化合 物’於反應壓力0. 4〜5MPa-G、反應溫度160〜26(TC的條件 .下’將對二曱苯在空氣中施行氧化，而製成粗對g太酸。該 .粗對酞酸中的主要不純物係氧化中間體的4-羧基苯曱醛 500〜5000重量ppm及對曱苯曱酸100〜1000重量ppm。 將依此所獲得粗對酞酸在5MPa-G以上，最好在7〜 312XP/發明說明書(補件)/95-05/95101574 1330543 9MPa-G的壓力下，藉由將溫度升溫至225〇c以上，最好為 250〜310 C，而溶解於水中。此時，水中的對酞酸濃度將 調整為10〜40重量％，最好2〇〜35重量％。 接著’在氫存在下，與觸媒（例如鈀）進行接觸，便將粗 對酞酸中主要不純物的氧化中間體4_羧基苯甲醛晶析 出，並還原成在晶析t較容易去除的對甲苯，酸，然後再

利用1段或多段’最好為3段〜7段’透過減塵而晶析之 後，經固液分離便獲得高純度對酞酸。 將在此種高純度對酞酸製造步驟中所發生的廢水 取劑的對二甲苯’升壓至〇.15Mp“以上，最好為"〜 UMPa_G’並流入於靜態混合器中進行混合。混合的 係相對於廢水100重量份，對二甲苯將為5〜70重量广， 重量份。在靜態混合器内進行反轉的次數係設 之為2:人以上且30次以下’最好5次以上且15次以

然後，將從靜態混合器所輸出的混合液，在〇聰 以上，最好在0,25〜9.95MPa-G的加壓下，利用由、、南 備有隔板的靜置分離器，從苴被隔板 u处具 鳊進订供應，而將對二甲苯與廢水 下 對二甲笨，依與所供應的對二甲笨同；:：用=的 從靜置分離器另一側上端萃取出，並從下Γ將ΓΛΓ 出。將所萃取出的廢水再度利用靜態混合對_' = 樹’並在〇.〇5MPa-G以上’最好在。.2=^^ 加壓下’利用中心處具備有隔板的靜置分離哭，從『 板所區隔的其中一側下端進行供應二& j — τ本與廢水 312ΧΡ/發明說明書(補件)/95-05/95101574 ,3 1330543 分離。

依此的，，藉由將經2度利用對二甲苯萃取不純物的廢 水，施行瘵氣汽提（steam stripping)，便將混入與溶 部分的對二甲苯去除/时之後，便可再利用為供對粗 酞酸施打精製所需的水。依廢水的種類，僅依賴對二甲笨 施行萃取的心有無法將會對產品的高純度對酞醆品質造 成不良影響的不純物去除之情況。此情況下，因為該等不 純物屬於微量’因而經利用活性碳、膜分離等方式施形去 除之後，便可再利用為供對粗對駄酸施行精製所需的水。 此外’從分離機上端所萃取出的對二甲苯，將可使用 造粗對醜酸時的原料。 [實施例] 以下記載本發明實施例，惟本發明並不僅侷限於以 施例。 〔實施例1〕 圖1所示係本發日月一態樣的説明圖。從對敝酸設備1所 排出的廢水，將在廢水排出通路S1中流動並利用泵6升 壓至0.6MPa-G’然後與從供應通路S5所輸出的對二曱苯 在靜：混合器2中進行混合。從供應通路S5所輸出的對 二曱苯，將在供應通路幻中進行流動並經利用泵7升壓 至〇.7MPa-G之後，再利用流量調節器1〇將流量調整成相 對方、廢水4重！份之下為i重量份的狀態。靜態混合界^ 係N〇ritake公司製，流動的反轉用元件數量係設定為 12 ’滯留時間係設定為15秒。 312XP/發明說明書(補件)/95-05/95 HM 574 】4 1330543 經靜態混合器2混合的液體將在供應通路S6中流動並 從靜置分離器3下端進行供應。經液-液分離後的對二曱 苯將在出口通路S7中流動，並利用流量調節器8施行流 量調節而萃取出，並從返送通路S8送入對酞酸設備1中， 俾使用為對酞酸的原料。流量調節器8係依與流量調節器 10流量相同之方式施行串級控制。靜置分離器3的壓力 係設定為0. 55MPa-G，滯留時間係設定為3分鐘。

經液-液分離後的廢水將從靜置分離器3下端在出口通 路S9中流動，且與從供應通路SI 1所輸出的對二曱苯利 用靜態混合器4進行混合。出口通路S9係為能使靜置分 離器3呈滿水位狀態，便將配管位置暫時設定為較高於靜 置分離器3。從供應通路SI 1所輸出的對二曱苯將在供應 通路S3中流動並經利用泵7升壓至0. 7MPa-G之後，再利 用流量調節器11將流量調整成相對於廢水4重量份之下 為1重量份的狀態。靜態混合器4係Nor i take公司製， 流動的反轉用元件數量係設定為12，滯留時間係設定為 15秒。 經靜態混合器4混合的液體將在供應通路S12中流動， 並從靜置分離器5下端進行供應。經液-液分離後的對二 曱苯將在出口通路S13中進行流動，並利用流量調節器9 施行流量調節而萃取出，再從返送通路S14送入對酞酸設 備1中，俾使用為對酞酸的原料。流量調節器9係依與流 量調節器11流量相同之方式施行串級控制。靜置分離器 5的壓力係設定為0. 5MPa-G，滯留時間係設定為3分鐘。 312XP/發明說明書(補件)/95-05/9510] 574 15 1330543 p對，靜置分離器5下端的出口通路S15所萃取出之廢水 加μ 丁?备氣八提’而將殘留的對二甲苯去除回收，然後將對 一甲苯中無法去除的不純物利用R0膜濾除之後，便再利 用為對酞酸设備1中在粗對酞酸精製時所用的水。出口通 路S15係為能使靜置分離器5呈滿水位狀態，便將配管位 置暫時設定為較高於靜置分離器5。 依上述’便可在未使用特殊攪拌裝置或填充物的情況 下，在滯留時間合計6分30秒的極小裝置，將對酞酸設 備1的廢水中所含對曱苯曱酸回收9〇重量％。 【圖式簡單說明】 圖1為本發明一態樣的説明圖。 【主要元件符號說明】 對酞酸設備 ' 4 靜態混合器 靜置分離器 V、7 泵 8 ' 9、10、11 流量調節器 S1 對駄酸設備的廢水排出通路 S2 廢水第一段靜態混合器的供應通路 S3 對二曱苯的供應通路 ‘ .S4 對一曱本在弟一段靜態混合器中的流量 - 控制器供應通路 S5 對二曱苯的第一段靜態混合器供應通路 S6 第一段靜置分離器的供應通路 312XP/發明說明書(補件)/95-05/95101574 16 1330543 57 第一段靜置分離器的對二曱苯出口通路 58 第一段靜置分離器的對二曱苯返送通路 59 第一段靜置分離器的廢水出口通路 ^ S10 對二曱苯在第二段靜態混合器中的流量 1 控制器供應通路 511 對二曱苯的第二段靜態混合器供應通路 512 第二段靜置分離器的供應通路 513 第二段靜置分離器的對二曱苯出口通路 %S14 第二段靜置分離器的對二曱苯返送通路 S15 第二段靜置分離器的廢水出口通路

312XP/發明說明書(補件)/95-05/95101574 17

Claims (1)

1. ⑴0543 ·’ - 2·π 2irnri 年月口箨被_冶明 ‘ —1— _ 鲁 « _ i ·%» 〇焱««rs·畜+»r〇*a«^~^~T * j·.- -λ τκλ -τβ_τ» · 十、申請專利範圍： 1 .—種液-液萃取方法，係將來自對酞酸設備的廢水、 以及供從廢水中萃取出目標成分的萃取劑，流入具有將該 等混合之構造的靜態混合器中而混合後，再將混合液一邊 ’ 利用重力減速一邊供應給加壓下之容器，經靜置而施行液 ^ ~液分離。 2·如申請專利範圍第1項之液-液萃取方法，其中，上 肇述混合液係一邊利用重力減速一邊從容器下端進行供應。 3· —種液-液萃取方法’係將來自對酞酸設備的廢水、 以及供從廢水中萃取出目標成分的萃取劑，流入具有將該 等混合之構造的靜態混合器中而混合後，再將混合液從加 壓下之容器下端供應，經靜置而施行液_液分離。 4·如申請專利範圍第1或3項之液-液萃取方法，其中， «將上述靜態混合器朝上下方向配置，且輕液屬於分散相 的It况時，便將流動設為由上而下；當重液屬於分散相的 籲情況時，則將流動設為由下而上。 5.如申請專利範圍第丨或3項之液_液萃取方法，其中’ 利用上述容器的壓力萃取出廢水與萃取劑。 6·如申凊專利範圍第1或3項之液-液萃取方法，其中， 上述容器係呈滿水位狀態，且未具有氣相與液相間之液位 •控制裝置與壓力控制裝置。 • 7.如申請專利範圍第i或3項之液_液萃取方法，盆中， 根據上述容器中所流入的廢水量或萃取劑量，利用經串級 控制（cascade control)的流量控制器，分別萃取出靜置 95101574 18 1330543 1 v 分離後的廢水與萃取劑。 8. 如申請專利範圍第1或3項之液-液萃取方法，其中， 上述容器具備有容器高度之10~70%高度的隔板，且從與 ‘ 供應上述混合液之一側的相反侧下端，萃取出經液_液分 .離過的重液，並從與供應上述混合液之一側的相反側上 端，萃取出經液-液分離過的輕液。 9. 一種液-液萃取方法，係將申請專利範圍第丨至8項 中任項之液液萃取方法，組合二段以上而施行多段萃 •取。 95101574