转盘萃取塔实验装置实验指导书

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化工原理实验装置系列之

转盘萃取塔实验装置实验指导书

杭州言实科技有限公司

目录

一、实验目的 ........................................................................................................... 错误!未定义书签。

二、实验原理 ........................................................................................................... 错误!未定义书签。

三、实验装置 ........................................................................................................... 错误!未定义书签。

四、实验方法 ........................................................................................................... 错误!未定义书签。

五、注意事项 ........................................................................................................... 错误!未定义书签。

六、报告内容 ........................................................................................................... 错误!未定义书签。

七、思考题 ............................................................................................................... 错误!未定义书签。

八、附录 ................................................................................................................... 错误!未定义书签。

转盘萃取塔实验

一、实验目的

⒈了解液--液萃取塔的结构及特点。

⒉掌握液--液萃取塔的操作。

⒊掌握传质单元高度的测定方法,并分析外加能量对液--液萃取塔传质单元高度和量的影响。

二、实验原理

1、液—液萃取设备的特点

液--液相传质和气液相传质均属于相同传质过程。因此这两类传质过程具有相似之处,但也有相当差别。在液液系统中,两相间的重度差较小,界面张力也不大:所以从过程进行的流体力学条件看,在液液相的接触过程中,能用于强化过程的惯性力不大,同时已分行的流体力学条件看,在液液相的接触过程中,能用于强化过程的惯性力不大,同时已分散的两相,分层分离能力也不高。因此,对于气液接触效率较高的设备,用于液液接触就显得效率不高。为了提高液液相传质设备的效率。常常补给能量,如搅拌、脉动、振动等。为使两相逆流和两相分离,需要分层段,以保证有足够的停留时间,让分散的液相凝聚,实现两相的分离。

2、液—液萃取塔的操作

(1)分散相的选择

在萃取设备中,为了使两相密切接触,其中一相充满设备中的主要空间,并呈连续流动,称为连续相kl一相以液滴的形式,分散在连续相中,称为分散相,哪一相作为相对设备的操作性能、传质效果有显著的影响。分散相的选择可通过小试或中试确定,也可根据以下几方面考虑。

1)为了增加相际接触面积,一般将流量大的一相作为分散相;但如果两相的流量相差很大,并且所选用的萃取设备具有较大的轴向混合现象,此时应将流量小的一相作为分散相,以减小轴向混合。

2)应充分考虑界面张力变化对传质面积的影响,对于>0系统,即系统的界面张力随溶质浓度增加而增加的系统;当溶质从液滴向连续相传递时,液滴的稳定性较差,容易破碎,而液膜的稳定性较好,液滴不易合并,所以形成的液滴平均直径较小,相际接触表面较大;当溶质从连续相向液滴传递时,情况刚好相反。在设计液液传质设备时,根据系统性质正确选择作为分散相的液体,可在同样条件下获得较大的相际传质表面积,强化传质进程。

3)对于某些萃取设备,如填料塔和筛板塔等,连续相优先润湿填料或筛板是相当重要的。此时,宜将不易润湿填料或筛板的一相作为分散相。

4)分散相液滴连续相中的沉降速度,与连续相的粘度有很大的关系。为了减小塔径,提高二相分离的效果,应将粘度大的一相作为分散相。

5)此外,从成本、安全考虑,应将成本高的、易燃、易爆物料作为分散相。

(2)液滴的分散

为了使其中一相作为分散相,必须将其分散为液滴的形式,一相液体的分散,亦即液滴的形成,必须使液滴有一个适当的大小。因为液滴的尺寸不仅关系到相际接触面积,而且影响传质系数和塔的流通量。

较小的液滴,固然相际接触面积较大,有利于传质;但是过小的液滴,其内循环消失,液滴的行为趋于固体球,传质系数下降,对传质不利。所以,液滴尺寸对传质的影响必须同时考虑这两方面的因素。

此外,萃取塔内连续相所允许的极限速度(泛点速度)与液滴的运动速度有关,而液滴的运动速

度与液滴的尺寸有关。一般较大的液滴,其泛点速度较高,萃取塔允许有较大流通量;相反,较小的液滴,其泛点速度较低,萃取塔允许的流通量也较低。

液滴的分散可以通过以下几个途径实现。 A 借助喷嘴或孔板,如喷塔和筛孔塔。 B 借助塔内的填料,如填料塔。

C 借助外加能量,如转盘塔,振动塔,脉动塔,离心萃取器等。液滴的尺寸除与物性有关外,主要决定于外加能量的大小。 (3)萃取塔的操作。

萃取塔在开车时,应首先将连续相注满塔中,然后开启分散相,分散相必须经凝聚后才能自塔内排出。因此当轻相作为分散相时,应使分散相不断在塔顶分层凝聚,当两相界面维持适当的高度后再开启分散相出口阀门,并停靠重相出口的口形管自动调节界面高度。当重相作为分散相时,则分散相不断在塔的分层段凝聚,两相界面应维持在塔底分层段的某一位置上。 3、液一液传质设备内的传质

与精馏、吸收过程类似,由于过程的复杂性,萃取过程也被分解为理论级和级效率;或传质单元数和传质单元高度,对于转盘塔,振动塔这类微分接触的萃取塔,一般采用传质单元数和传质单元高度来处理。

传质单元数表示过程分离难易的程度。

对于稀溶液,传质单元数可近似用下式来表示:

M R F x x OR x x x x x dx N ∆-=-=⎰

1

2

*

式中N OR ——萃余相为基准的总传质单元数;

x ——萃余相中溶质的浓度;

*x ——与相应萃取浓度成平衡的萃余相中溶质的浓度; 2x 、1x ——分别表示两相进塔和出塔的萃余相浓度。

传质单元高度表示设备传质性能的好坏,可由下式表示:

OR

OR N H

H =

式中,H OR ——以萃余相为基准的传质单元高度;

H ——萃取塔有效接触高度。

已知塔高H 和传质单元数N OR ,可由上式来得H OR 的数值,H OR 反映萃取设备传质性能的好坏,H OR 越大,设备效率越低。影响萃取设备传质性能H OR 的因素很多,主要有设备结构因素、两相物性因素、操作因素以及外加能量的形式和大小的因素等等。 按萃取相计算的体积总传质系数K

A

H q K OR S

V •=

.

式中,S V q .为萃取相水的流量,A 为塔截面积。

4、外加能量的问题。

液液传质设备引入外界能量促进液体的分散,改善两相的流动条件,这些均有利于传质,从而提高萃取的效率,降低萃取过程的传质单元高度,但应注意,过度的外加能量将大大增加设备内的轴向混合,减小过程的推动力。此外过度分散的液滴,滴内将消失内循环。这些均是外加能量带来的不利

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