萃取的的课程设计

《食品工程原理》

课程设计

题目用无水乙醚从醋酸水溶液中萃取醋酸装置设计姓名

学号

专业班级食品科学与工程1101班

指导教师叶盛权

设计时间2012年12月24日

目录

一设计任务书 (3)

二设计方案简介 (3)

三萃取塔的工艺设计 (4)

四设计结果一览表 (12)

五结构设计说明 (12)

六符号说明 (14)

七设计的心得与体会 (14)

八参考文献 (15)

一、设计任务简介

用无水乙醚以萃取过程从醋酸水溶液中萃取醋酸。水溶液中含醋酸30％（质量分数），处理量为4000kg/h。由于萃取剂循环使用，无水乙醚溶液为分散相，要求最后的萃余相中醋酸的组成低于2％

2、设计任务及操作条件

⑴、设计任务：

处理量：4000kg/h

原料组成：30％（质量分数）

分离要求：萃余相中醋酸质量分数低于2％

⑵、操作条件

操作温度：25℃

操作压力：常压

⑶、设备型式：转盘萃取塔

3 设计萃取塔

萃取塔类型和规格：自选。

（4）设计内容：

1)萃取塔的物料衡算；

2)萃取塔的工艺尺寸计算；

3)绘制萃取塔生产工艺流程图；

4)绘制萃取塔设计条件图；

对设计过程的评述和有关问题的讨论

二、概述与设计方案简介

1、概述

萃取的基本原理是：向待分离溶液（料液）中加入与之不相互溶解（至多是部分互溶）的萃取剂，形成共存的两个液相。利用原溶剂与萃取剂对各组分的溶解度（包括经化学反应后的溶解）的差别，使它们不等同地分配在两液相中，然后通过两液相的分离，实现组分间的分离。

最基本的操作有是单级萃取。单级萃取对给定组分所能达到的萃取率（被萃组分在萃取液中的量与原料液中的初始量的比值）较低，往往不能满足工艺要求，为了提高萃取率，可以采用多种方法：①多级错流萃取②多级逆流萃取③连续逆流萃取

2、设计方案简介

现以无水乙醚从水溶液中萃取醋酸。含30%（质量）醋酸的溶液以4000kg/h 的流量由塔顶进入。无水乙醚以4710.8kg/h 的流量由塔底进入。大约90%的醋酸被萃取，也就是说出口水溶液中醋酸的浓度为2%（质量分数）。

3、本设计按照萃取的基本操作的和分离效果，选用多级逆流萃取的操作进行萃取。 多级逆流萃取的料液与萃取剂分别从（或）的两端加入，在级间作逆向流动，最后成为萃余液和萃取液,各自从另一端离去，料液和萃取剂各自经过多次萃取，因而萃取率较高，萃取液中被萃组分的浓度也较高，这是工业萃取常用的流程。 以下是多级逆流萃取的流程图示：

图1. 多级逆流萃取的流程图

于是醋酸—水进料混合物0L 进入塔顶，乙醚溶剂萃取相物流1S 由塔顶离开。在塔底，乙醚纯溶液做为萃取剂从塔底进入1N S +，而萃余的水相物流N L 离开。 三、萃取剂的选择

萃取剂的选择直接关系到萃取的投资费和操作费的大小，影响萃取生产过程的经济性。因此，为保证萃取剂具有较大的处理能力和较高的传质的效率，以降低过程的成本，通常溶剂的选择应考虑以下几点：

（1） 萃取剂的物性：密度、粘度、界面张力、两相密度差、分配系数 （2） 萃取剂的选择性

（3） 萃取剂S 与稀释B 的互溶度 （4） 萃取剂回收的难易与经济性

综合考虑以上几点初步选择无水乙醚作为萃取剂

（1）查参考文献资料,查得已知25℃常压时，连续相密度ρc =996kg/m 3

, 流动相粘度

μc ＝0.895×10-3pa ·s,分散相的密度为ρd =714kg/m 3,其粘度为μd=0.24×10-3pa ·s ；界面

张力σ=0.028N/m D C=0.96×10_9

m 2

/s, D D =2.09×10_9 m 2

/s 分配系数 m=

y

x =1.15

从以上物性数据可以看出：

粘度 μd=0.24×10-3

pa ·s 较小有利于扩散，分散时消耗的能量较小。

∆＝282kg/m3较大有利于两相的澄清及分离，有利于提高设备生产能力密度差ρ

界面张力σ=0.028N/m大小适中兼顾分散与分离

（2）常温下，醋酸—水—无水乙醚系统的平衡数据如下：

溶解度曲线数据单位:%

依以上数据分别做溶解线曲线与分配曲线如下：

根据上述表格数据和物系情况，采取溶剂乙醚作萃取剂，在所涉及的浓度范围内，水与乙醚基本不互溶，可以近视为完全不互溶物系。在操作条件下，在所涉及的浓度范围内醋酸组分在两相间的平衡关系如下：

y=1.0562x – 0.0122

式中 y------醋酸在萃取相中的质量分数

x------醋酸在萃余相中的质量分数

1、醋酸-水-乙醚系统溶解线曲线

2、醋酸-水-乙醚分配曲线

四、流程选择

考虑过程的经济性，需要对萃取剂无水乙醚进行回收，循环使用，同时由于无水乙醚基本不溶于水，故采用下图所示的萃取过程原则流程图。

原料液送入萃取塔，经过萃取后，萃取相含有大量的萃取剂C 和溶质A 组分，将该股物流送入精馏塔，经精馏过程脱除萃取剂C ，使萃取剂C 和溶质A 组分得以分离，萃取剂返回萃取塔循环使用，精馏塔顶得到溶质A 作为产品，萃取塔底得到的萃余相中含有水和少量的溶质A ，送入下一道工序进行处理。 五、溶剂用量确定

由于原料液中溶质的浓度较低，在萃取过程中，可以近似认为萃取相和萃余相的流量基本不变，所以可依全塔物料衡算方程及相平衡方程计算过程的溶剂用量。如图所示，全塔的物料衡算方程为: E(y 0-y 1)=R(x 0-x 1)

当萃取剂用量不断减少时，排除的萃取相中醋酸的浓度不断升高，当萃取相出口中醋酸的质量分数y 0达到与原料液中醋酸质量分数x 0呈平衡质量分数y 0＊

时，萃取剂用量最小，故将上式中的y 0用y 0＊

代替。由于萃取剂循环利用，无水乙醚中醋酸质量分数为0.1％，则可得过程的最小溶剂比为

（E/R ）=（X 0-X 1）/(Y 0*

-Y 1)=(0.30-0.02)/(1.0562*0.30-0.0122-0.001)=0.9814 取实际溶剂比为最小溶剂比的1.2，则实际溶剂比为

min

1.2 1.20.9814 1.1777E E R R ⎛⎫

==⨯= ⎪⎝⎭ 于是的萃取剂用量为

1.0907 1.177740004710.8E R ==⨯= ()kg h

根据塔的物料衡算，可得该萃取塔得操作线方程为