脉冲塔萃取实验报告

课程名称： 过程工程原理实验 指导老师： 成绩：_________________ 实验名称： 脉冲塔萃取实验 实验类型 同组学生姓名： _

一、实验目的和要求（必填）

二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、数据记录和处理

六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

一、实验目的和要求

1、了解转盘萃取塔的基本结构、操作方法及萃取的工艺流程。

2、观察转盘转速变化时，萃取塔内轻、重两相流动状况，了解萃取操作的主要影响因素，研究萃取操作条件对萃取过程的影响。

3、测量每米萃取高度的传质单元数、传质单元高度和体积传质系数KYV ，关联传质单元高度与脉冲萃取过程操作变量的关系。

4、计算萃取率η。

二、实验内容和原理

萃取是分离和提纯物质的重要单元操作之一，是利用混合物中各个组分在外加溶剂中的溶解度的差异而实现组分分离的单元操作。

1、萃取的物料衡算

萃取计算中各项组成可用操作线方程相关联，操作线方程的P （XR ，YS ）h 和点Q （XF ，YE ）与装置的上下部相对应。

在第一溶剂B 与萃取剂S 完全不互溶时，萃取过程的操作线在X~Y 坐标上时直线，其方程式如下形

式：

R

S

R F S E X X Y Y X X Y Y --=

-- （1）

由上式得：()S

S X X m Y Y -=-,其中R

F S E X X Y Y m --=

单位时间内从第一溶剂中萃取出的纯物质A 的量M ，可由物料衡算确定：

()()S E R F Y Y S X X B M -=-= （2）

2、萃取过程的质量传递

不平衡的萃取相与萃余相在塔的任一截面上接触，两相之间发生质量传递。物质A 以扩散的方式由萃余相进入萃取相，该过程的界限是达到相间平衡，相平衡的相间关系为：

kX Y =* （3）

实验报告

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k 为分配系数，只有在较简单体系中，k 才是常数，一般情况下均为变数。本实验已给出平衡数据，见附表。

与平衡组成的偏差程度是传质过程的推动力，在装置的顶部，推动力是：

S R R Y Y Y -=∆* （4）

在塔的下部是： E F F Y Y Y -=∆* （5）

传质过程的平均推动力，在操作线和平衡线为直线的条件下为：

R

F

R F m Y Y Y Y Y ∆∆∆-∆=

∆ln （6）

物质A 由萃余相进入萃取相的过程的传质动力学方程式为：

m Y Y A K M ∆= （7）

式中：Y K ——单位相接触面积的传质系数，()kg kg s m kg //2⋅；

A ——相接触表面积，2m 。

该方程式中的萃取塔内相接触表面积A 不能确定，因此通常采用另一种方式。 相接触表面积A 可以表示为：h a aV A Ω== （8） 式中：a ——相接触比表面积，32/m m ； V ——萃取塔有效操作段体积，3m ； Ω——萃取塔横截面积，2m ； h ——萃取塔操作部分高度，m 。

这时，m YV m Y Y V K Y aV K M ∆=∆= （9）

式中：a K K

Y YV

=——体积传质系数，()kg kg s m kg //3⋅。

根据（2）、（7）、（8）和（9）式，可得

OE OE m S

E YV N H Y Y Y K S

h ⋅=∆-⋅

Ω=

（10）

在该方程中：Ω

=

YV OE

K S H

，称为传质单元高度；m

S E OE

Y Y Y N

∆-=

，称为总传质单元数。

Y K 、YV K 、OE H 是表征质量交换过程特性的，Y K 、YV K 越大，OE H 越小，则萃取过程进行的越快。

()m

S E m YV Y V Y Y S Y V M

K ∆-=∆=

（11） 3、萃取率

%100⨯=的量

原料液中组分的量被萃取剂萃取的组分A A η

所以 ()%100⨯-=F

S E BX Y Y S η （12）

或 ()%100

1%100⨯⎪⎪⎭

⎫ ⎝

⎛-=⨯-=F R F

R F X X BX X X B η （13） 4、数据处理中应注意的问题

（1）第一溶剂B 的质量流量

()()F F F F x V x F B -=-=11ρ （14）

式中：F V ——料液的体积流量，h m /3；

F

ρ——料液的密度，3/m kg ；

F x ——料液中A 的含量，kg kg /。

ρ由比重计测量而得。F V 由下式计算：

()()F

N

f F F f N

F V V V ρρρρρρρρ000≈--= （15）

式中：N V ——转子流量计读数，min /ml 或h m /3；

f

ρ——转子密度，3/m kg ；

0ρ——20 ℃时水的密度，3/m kg 。

所以， ()F F N

x V

B -=10ρρ （16）

（2）萃取剂S 的质量流量

因为萃取剂为水，所以 0ρN V S = （17）

（3）原料液及萃余液的组成F x 、R

x