液液萃取塔设计计算

1. 液液萃取塔设计计算 报 告 人：鞠 吉 指导老师：曾爱武 日 期：2013.09.23

2. 主要内容 填料萃取塔设计计算 1 筛板萃取塔设计计算 2 Tianjin University

3. 一、填料萃取塔设计计算 体系物性、分离要求 液滴平均直径dvs 填料选型 计算kc、kd、Koc 计算Ec、Ed 特性速度u0 计算HTUox 计算HTUoxd 液泛速率ucf、udf HTUoxp=HTUox+HTUoxd 表观流速uc、ud 有效填料层高度HT=HTUoxpNoxp 塔径DT Tianjin University

4. 轻液 液－液相界面 重液 填料 轻液 重液 一、填料萃取塔设计计算 水相 油相 分散相连续相的选择 水—醋酸—仲丁酯 ①选择体积流率大的一相作为分散相 连续相 分散相 ②选择不易润湿填料表面的液相作为分散相 ③选择溶解吸收溶质能力强的为分散相 填料的选择 所用填料材料应被连续相优先润湿 瓷质填料易被水溶液优先润湿 石墨和塑料填料易被大部分有机溶液优先润湿 金属填料两相均可能润湿，应由试验决定 填料参数：空隙率ε（m3/m3）、堆积密度（kg/m3） 比表面积a（m2/m3） Tianjin University

5. 一、填料萃取塔设计计算 液泛速度的计算 ①特性速度法 特性速度u0：指当连续相流速等于零，分散相流速趋于零时，分散相液滴在操作 条件下的终端速度。 滑动速度 Laddha法（1983） 无传质，C=0.683 d→c，C=0.820 c→d,C=0.637 主要用于乱堆填料和分 散相存留分数小于15%的情 况。无界面张力σ参数。

6. 一、填料萃取塔设计计算 液泛速度的计算 ②直接计算法（经验关联式） Crawford-Wilke法（1951） 实验体系有汽油-水、四氯化碳-水、MIK-水等， 体系界面张力8.9~44.8N/m 所用填料12.7mm~38mm的石墨或陶瓷的拉西环和鲍尔鞍等， 填料空隙率为0.5~0.74。 Kummar-Hartland法（1989） 回归计算845个实验点，覆盖体系物性和填料种类很宽，绝大部分实验数据 为高、中界面张力体系用于低空隙率填料的数据，且为有机相分散，公式对填料 类型存在常数修正系数。 以上两种方法对于高空隙率新型填料用于低界面张力体系时，计算误差很大 Tianjin University

7. 一、填料萃取塔设计计算 操作流速的确定 液泛速度准确计算比较困难，影响因素较多，一般推荐操作流速比较低 Perry化学工程手册推荐，操作流速应选在不大于50%的液泛速度值 一些高空隙率的新填料可以在较高负荷下比较稳定运行 塔径的确定 Tianjin University

8. 一、填料萃取塔设计计算 液滴平均直径dvs 《化工手册》对标准的工业填料，液液萃取 临界填料尺寸dFC，填料的直径大于dFC时 Seibert法 Laddha法 无传质或c→d η=1.0 d→c η=1.4 分散相存留分数的计算 根据体系物性、两相流速和填料特性对10种文献列举的数据进行关联， 在连续相浸润填料表面的情况下，可用其关联式。平均相对误差18.7% Kumar法 如果液泛速度是通过特性速度计算的话，也可通过实际流速uc、ud及特性 速度u0，通过试差法求之 Laddha法 Tianjin University

9. 一、填料萃取塔设计计算 计算kc、kd、Koc 对于乱堆填料，分散相存留分数小于15%的情况，可采用以下公式： Seibert法 ①计算液滴内分传质系数kd时，引入判据 当Φ≤6时，应用Handlos和Baron的湍流内循环模型 当Φ＞6时，应用Laddha等的考虑液滴内循环和分子扩散相结合的模型 ②计算滴外分传质系数kc时 Tianjin University

10. 一、填料萃取塔设计计算 计算kc、kd、Koc 两相传质比表面积： 真实传质单元高度： 考虑轴向扩散系数 ①计算连续相轴向扩散系数Ec 塔径大，轴向反混的影响不容忽视时 ②计算分散相轴向扩散系数Ed ③计算分散单元高度Hoxd 表观传质单元高度HTUoxp 有效塔高HT

11. 重液 分散的轻液 重液向下流 重液向下流 筛板 筛板 重相液滴 挡板 轻液 相界面 降液管 挡板 相界面 升液管 轻液向上流 轻液向上流 重液分散的筛板萃取塔 轻液分散的筛板萃取塔 二、筛板萃取塔设计计算 为保证筛板塔正常操作，应考虑以下几点： ① 分散相应均匀地通过全部筛孔，防止连续相短路而降低分离效率； ② 两相在板间分层明显，而且要有一定高度的分散相累积层。 Tianjin University

12. 二、筛板萃取塔设计计算 操作流速的确定 上限——液泛速度 ①特性速度法 一般认为当分散相滞存率达到20%时将会出现液泛，因此取液泛时滞存率 Prabhu法 总结了七种不同体系得到规律 孔径小于2.5mm时，特性速度u0与孔径成正比 孔径大于2.5mm时，特性速度u0随孔径变化不大，趋于一个常数 ②直接计算法（经验关联式） Rocha法 柱结构参数和体系物性参数，大量实验数据回归关联式

13. 二、筛板萃取塔设计计算 下限——保证筛板上所有筛孔都能均匀的流出液体 分散相通过筛孔的速度达到最低喷口速度Uj 操作流速的确定 很多研究者测定和关联了Uj，具有代表性的关联式是Ruff关联式： ①判断小孔或大孔筛板 大孔筛板，反之小孔筛板 ② 对于小孔筛板： 对于大孔筛板： Uj即为分散相的最低过孔速度，可根据开孔率φ计算出最小分散相表观速度 Tianjin University

14. 二、筛板萃取塔设计计算 筛孔直径dN的选择 通常筛孔直径为3-6mm，对界面张力高的物系选最小孔径3mm，如物系含有 少量固体悬浮物或粘度较高，筛孔可选4-6mm。 分散相过孔流速v0一般在10-30cm/s，最适宜孔速最好由实验决定，或由下式估算： 开孔区面积F1 开孔数 筛孔通常按正三角形排列，孔中心距t为孔直径dN的3-4倍 一般开孔区面积约占总板面积的55-60%，开孔率为15-25% 开孔区 筛板 降液区 无孔区 Tianjin University

15. 二、筛板萃取塔设计计算 降液区面积F2 连续相在降液管的流速，可以通过所容许带走的最大液滴直径（一般取0.8mm）求得。 据Stokes式，直径为dpm=0.8mm的分散相液滴在连续相中的沉降速度 为使大于dpm的液滴不被连续相带走，连续相在降液管中的流 速vdc不得大于分散相液滴在降液管中的沉降速度v，即vdc≤v 塔径的确定 ①为使上升的分散相液滴不进入降液管，开孔区与降液管之间应有一定的空隙Lα 一般可取30mm左右。 ②为支撑和固定筛板，筛板周边需要一定余度Ls，一般取Ls=30-50mm，或整个塔 自由截面积5% Tianjin University

16. 二、筛板萃取塔设计计算 分散相液层高度h 为保证塔的正常操作，必须保证一定的分散相液层高度，由两相流动所需压头决定。 ①连续相克服降液管阻力所需的液层高度hc ②分散相通过筛孔所需的液层高度hN ③分散相克服界面张力所需的液层高度hσ，对于中、低界面张力体系不是主要影响因素。 当v0≤0.3mm/s ——《化学工程手册》 ——《溶剂萃取手册》

17. 二、筛板萃取塔设计计算 板间距HT的确定 筛板塔板间距一般根据经验选取，通常不超过300mm， 特殊情况可以高达600mm，为使两相能在筛板塔上分层工业 萃取塔的板间距最好不要低于150mm。 筛板传质效率E0的计算 塔高的计算 还需考虑上下两端所需的澄清室高度 Tianjin University

18. Thank You !