1、设计书目录一、设计任务简介二、设计方案简介三、萃取剂的选择四、流程选择五、溶剂用量确定六、萃取塔的工艺设计七、过程的工艺流程图八、参考文献九、设计的心得与感想一、设计任务简介处理 2100kg/h 醋酸水溶液，其中醋酸的浓度是 8（摩尔分率） ，用乙醚为萃取剂，要求最后的萃余液中醋酸的摩尔分率低于 0.5 。已知 25时，乙醚的密度为 741kg/m3,水相密度是 997kg/m3，水相粘度 uc0.89710 -3pas，界面张力 =0.013N/m 。二、设计方案简介下表为萃取塔设备选择的条件设备类型 考虑因素喷洒塔填料塔筛板塔转盘塔往复筛板 脉动筛板离心萃取器混合-澄清器理论级数多 0
2、0 0 0处理量大 0 0 工艺条件两相流比大 0 0 密度差小 0 0 粘度高 0 0 界面张力大 0 0 0腐蚀性强 0 0 0 物系性质有固体悬浮物 0 0制造成本 0 0 0 0 0设备费用 操作费用 0 0 维修费用 0 0 0 0面积有限 安装场地 高度有限 0 0 注： 适用；O可以；不适用。针对题目的要求，我们选用了转盘塔作为萃取设备。转盘塔的结构如下图所示：萃取条件：处理量： 2100kg/h 原料组成：8，原料液的平均分子量是 21.2kg/kmol分离要求：萃余液中醋酸的摩尔分率低于 0.5操作温度：25操作压力：常压 三、萃取剂的选择根据物系的情况，采用溶剂 C 作为萃
3、取剂，在所涉及的浓度范围内，水与 C 组分基本不互溶，可以近似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 A 组分在两相间的平衡关系为：1.02yx式中 y溶质 A 在萃取相中的摩尔分率x溶质 A 在萃余相中的摩尔分率四、流程选择考虑到过程的经济性，需要对萃取剂 C 进行回收，循环使用，同时由于 C组分基本不溶于水，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
4、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(y0-y1)=R(x0-x1)当萃取剂用量不断减少时，排除的萃取相中溶质 A 的浓度不断升高，当萃取相出口中溶质 A 的浓度 y0达到与原料液中溶质浓度 x0呈平衡浓度 时，萃0y取剂用量最小，故将上式中的 y0用 代替，且取溶剂的入口浓度 （摩尔分率）1y0.2则可得过程的最小溶剂比为： 01min.805.61076.2xERy取实际溶剂比为最小
5、溶剂比的 ,则实际溶剂比为1.207.38于是得萃取剂用量为（kmol/L）.382.6.E96911（kg/h）根据塔的物料衡算，可得该萃取塔的操作线方程为： 1()RyxyE .364.60.5.2) 382x利用操作线方程，可以求得萃取相出口溶质的摩尔分率为： 31.364.10y 82 0根据分散相及连续相的选择原则，本例选择萃取相作为分散相，而萃余相（原料液）作为连续相。六、萃取塔的工艺设计对于本物系，在一直径为 ，转盘直径 ，固定环直径 ，转盘1.4m0.71.05m间距为 的转盘萃取塔中进行实验，测得该条件下的真实传质单元高度为0.23m。.951、物性数据 所涉及的物性数据如下
6、表所示。2、萃取塔直径 先假定该萃取塔的直径为 ，根据转盘萃取塔的尺寸比例关系得转盘直径 0.5.7RDm固定环直径 1S转盘间距 .236TH物性数据参数 密度/（kg/ ）3m粘度/（pas） 界面张力/（N/m）连续相 997 30.9251分散相 1339 30.814 0.025（1） 分散相得滞留分率 计算分散相得滞留分率，先求得两相得表观流速比为：L DCuV3.4则依据 有20.5(8)1fL临界滞留分率20.15(3.4)3.40.16(f （2） 特性速度 根据该转盘塔的结构尺寸，可知 SR(1.05-7)(D-)/=.21/44故取式 中常数 ，0.91.02.30.92
7、.612KCSTRRRuDHgNA 1K0.2转盘塔的转数 根据经验取 ,于是按式R.8得特性速度为0.91.02.30.92.612KCSTRRRugDDA（m/s）.6（3） 液泛速度 依据 2(1)Cfkffu和 得液泛速度为2Dfff0.006825Cfu0.02347Df取连续相得表观流速为液泛气速的 60，则有 =0.004095Cu0.6Cf4()DTffvuAf=0.50.7,取 f0.5所以 D=1.35 (m)圆整后，取塔径为 1.35m。于是，实际上，塔内连续相的流速为(m/s)324.801CTVuD分散相的流速为(m/s)240.136DTu3、塔高计算（1）轴向扩散
8、系数 由式 计算连续相（萃20.5.12SCTRTDEuHN余相）的扩散系数得CE2.5012()SRTCTDNuHou32.0451(/)ms分散相扩散系数D 3(13)4.9CE（2）传质单元数 采用平均推动力法计算过程得传质单元数0xA0.1.80.1561 31278.mxA0131()().450lnyxmyx表观传质单元数 ()oxNTU30.8510.674（3）塔高计算采用 Miyauchi 和 Vermeulen 法计算塔高度，当 1 时有扩散单元高度 oxpHyxEu 332.045.091.9.801486CDoxEHu 0()oxpoxpNTU18.2m于是可求得真实传
9、质单元数为0oxH.9.075由式 mER0.51()68oxxNTUf0.5()oxyfxeuHPEye0.521()oxeNTUP分别求得 、 、 、 、 和fyxey萃取因子 mER.5671.43290.15()8oxxNTfU0.5()6oxyf36萃余相贝克来数 xeuHPE30.81.2.67450C萃取相贝克来数 ye03.6849D所以，总贝克来数101()exeyePffP 11( )2.890.9623.7421.03657.40.52()oxeNTU0.50.52().980ln1oxdeHP1.76.94ln.3.82moxpxod.50761.5()xpHNTU17
10、所得 H 为塔高得第一次试算值，因为 ，需重设 重新返回计0H017.m算，经第二次迭代后得到 H 。17.m（4）澄清高度计算塔内两相的相对速度为: 30.136.801.79/44CDSffu s截面收缩系数 221.05().64SRT.379./StRumsC利用 KleeTreybal 方法由 计算液滴直径 ，先判断液滴平均直径是否大于tupd临界值。当 时，pdc0.28.1080.2830.10.185 0.54.964.963(9)254/7ctu ms 转盘塔在操作条件下， 1/24SR(D-)/ 1/24SR(D-)/K 1.0 2.110.012 0.0225液泛时分散相及连续相速度， ；,DfCu /ms连续相体积流量， ；V3/sH萃取塔塔高，m；萃取因子， ；mERm分配常数；E、R萃取相、萃余相流量；萃余相贝克来数exP萃余相扩散系数，E2/ms萃取相贝克来数ey萃取相扩散系数， 2/s
