液液萃取塔设计计算
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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. 主要内容. 填料萃取塔设计计算. 1. 筛板萃取塔设计计算. 2. 一、填料萃取塔设计计算. 体系物性、分离要求. 液滴平均直径 d vs. 填料选型. 计算 k c 、 k d 、 K oc. 计算 E c 、 E d. 特性速度 u 0. 计算 HTU ox. 计算 HTU oxd. 液泛速率 u cf 、 u df. HTU oxp =HTU ox +HTU oxd. 表观流速 u c 、 u d.

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液液萃取塔设计计算

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Presentation Transcript


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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


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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


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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


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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


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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。


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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


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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

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


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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


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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


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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》


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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


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