液液分離設(shè)備電子教案

1、教案詳案：（液液分離設(shè)備）液液分離設(shè)備【學(xué)習(xí)目標(biāo)】專業(yè)知識(shí)要求1.常用液液分離設(shè)備的大類2.萃取分離設(shè)備的結(jié)構(gòu)與功能3.蒸餾分離設(shè)備的結(jié)構(gòu)與功能職業(yè)能力要求1能清楚常用液液分離設(shè)備的種類的適用范圍2能使用常見的萃取、蒸餾分離設(shè)備3能對萃取、蒸餾分離設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)萃取設(shè)備一、混合-澄清槽混合-澄清槽是典型的逐級(jí)接觸式萃取設(shè)備。它可單級(jí)操作，也可多級(jí)組合操作。每個(gè)萃取級(jí)包括混合槽和澄清器兩個(gè)主要部分?；旌喜壑邪惭b攪拌裝置，也可采用靜態(tài)混合器、脈沖或噴射器來實(shí)現(xiàn)兩相的充分混合。澄清器的作用是將已接近平衡狀態(tài)的兩液相進(jìn)行有效分離。對易于澄清的混合液，可以依靠兩相間的密度差進(jìn)行重力沉降（或升浮）。對

2、于難分離的混合液，可采用離心式澄清器加速兩相分離過程。操作時(shí)，被處理的混合液和萃取劑首先在混合槽內(nèi)充分混合，再進(jìn)入澄清器中進(jìn)行澄清分層。多級(jí)混合-澄清槽是由多個(gè)單級(jí)萃取單元組合而成?；旌?澄清槽的優(yōu)點(diǎn)：傳質(zhì)效率高（級(jí)效率一般80%以上）；操作方便；運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠；結(jié)構(gòu)簡單；可處理含有懸浮固體的物料?；旌?澄清槽的缺點(diǎn)：水平排列的設(shè)備占地面積大；每級(jí)內(nèi)都有攪拌裝置；液體在級(jí)間流動(dòng)需泵輸送，故能耗多；設(shè)備費(fèi)及操作費(fèi)較高。為克服水平排列多級(jí)的缺點(diǎn)，可采用箱式和立式混合-澄清萃取設(shè)備。二、塔式萃取設(shè)備習(xí)慣上，將高徑比很大的萃取裝置統(tǒng)稱為塔式萃取設(shè)備。為了獲得滿意的萃取效果，塔設(shè)備應(yīng)具有分散裝置，以提供兩

3、相間較好的混合條件。同時(shí)，塔頂、塔底均有足夠的分離段，使兩相很好的分層。由于使兩相混合和分離所采用的措施不同，因此出現(xiàn)了不同結(jié)構(gòu)形式的萃取塔。1.填料萃取塔和脈動(dòng)填料萃取塔用于萃取的填料塔與用于氣-液傳質(zhì)過程的填料塔結(jié)構(gòu)基本相同，即在塔體內(nèi)支承板上充填一定高度的填料層。萃取操作時(shí)，連續(xù)相充滿整個(gè)塔中，分散相以液滴狀通過連續(xù)相。為防止液滴在填料入口處聚結(jié)和過早出現(xiàn)液泛，輕相入口管應(yīng)在支承器之上25-50mm處。選擇填料材質(zhì)時(shí)，除考慮料液的腐蝕性外，還應(yīng)使填料只能被連續(xù)相潤濕而不被分散相潤濕，以利于液滴的生成和穩(wěn)定。當(dāng)填料層高度較大時(shí)，每隔3-5m高度應(yīng)設(shè)置再分布器，以減小軸向返混。填料尺寸應(yīng)小于

4、塔徑的1/8-1/10，以降低壁效應(yīng)的影響。 填料塔結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，特別適合處理腐蝕性料液。當(dāng)工藝要求小于三個(gè)萃取理論級(jí)時(shí)，可選用填料塔。填料萃取塔 脈動(dòng)填料塔為防止分散相液滴過多聚結(jié)，可增加塔內(nèi)流體的湍動(dòng)，即向填料提供外加脈動(dòng)能量，造成液體脈動(dòng)，這種填料塔成為脈動(dòng)填料塔。但須注意，向填料塔加入脈動(dòng)會(huì)使亂堆填料趨向定向排列，導(dǎo)致溝流，從而使脈動(dòng)填料塔的應(yīng)用受到限制。 2.篩板萃取塔塔體內(nèi)裝有若干層篩板，篩孔直徑比氣-液傳質(zhì)的孔徑藥效。工業(yè)中所用孔徑一般為39mm，孔距為孔徑的34倍，板間距為150600mm。如果選輕相為分散相，則其通過踏板上的篩孔而被分散成細(xì)滴，與塔板上的連續(xù)相密切接觸后

5、便分層凝聚，并聚結(jié)于上層篩板的下面，然后借助壓強(qiáng)差的推動(dòng)，再經(jīng)篩孔而分散。重液相經(jīng)降液管六只下層塔板，水平橫向流到篩板另一端降液管。兩相如是依次反復(fù)進(jìn)行接觸與分層，便構(gòu)成逐級(jí)接觸萃取。如果先重相為分散相，則應(yīng)使輕相通過盛業(yè)管進(jìn)入上層塔板。篩板萃取塔內(nèi)由于塔板的限制，減小了軸向返混，同時(shí)由分散相的多次分散和聚結(jié)，液滴表面不斷更新，使篩板萃取塔的效率比填料塔有所提高，再加上篩板塔結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，可處理腐蝕性料液，因而在許多萃取過程中得到廣泛應(yīng)用。 （1）脈沖篩板萃取塔脈沖篩板塔也稱液體脈動(dòng)篩板塔，是指由于外力作用使液體在塔內(nèi)產(chǎn)生脈沖運(yùn)動(dòng)的篩板塔，其結(jié)構(gòu)與氣-液系統(tǒng)中無溢流管的篩板塔類似。操作時(shí)

6、，輕重液體皆穿過篩板而逆向流動(dòng)，分散相在篩板之間不凝聚分層。使液體產(chǎn)生脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)的方法有許多種。在脈沖篩板塔中，脈沖振幅的范圍為950mm，頻率為30200 l/min。脈沖萃取塔內(nèi)，液體的脈動(dòng)增加了相際接觸面積和液體的湍流程度，因而傳質(zhì)效率可大幅度提高，使塔能提供較多的理論級(jí)數(shù)，但其生產(chǎn)力一般有所下降，在化工生產(chǎn)應(yīng)用上受到一定限制。（2）往復(fù)篩板萃取塔往復(fù)篩板塔將若干層篩板按一定間距固定在中心軸上，由塔頂?shù)膫鲃?dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)而作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。無溢流篩板的周邊和塔內(nèi)壁之間保持一定的間隙。往復(fù)振幅一般350mm，頻率可達(dá)1001/min。往復(fù)篩板的孔徑比脈動(dòng)篩板的還大，一般為716mm。當(dāng)篩板向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，篩

7、板下側(cè)的液體經(jīng)篩孔向上噴射；反之，篩板上側(cè)的液體向下噴射。為防止液體沿篩板與塔壁間的縫隙走短路，應(yīng)每隔若干塊篩板，在塔內(nèi)壁設(shè)置一塊環(huán)形擋板。當(dāng)振幅一定時(shí)，在不發(fā)生液泛的前提下，效率隨頻率加大而提高。往復(fù)篩板塔可較大幅度地增加相際接觸面積和提高液體的湍流程度，傳質(zhì)效率高，流體阻力小，操作方便，生產(chǎn)能力大。3.轉(zhuǎn)盤萃取塔及偏心轉(zhuǎn)盤萃取塔在塔體內(nèi)壁上按一定距離裝置若干個(gè)環(huán)形擋板，固定環(huán)使塔內(nèi)形成許多分開的空間。在中心軸上按同樣間距安裝若干個(gè)轉(zhuǎn)盤，每個(gè)轉(zhuǎn)盤處于分割空間的中間。轉(zhuǎn)盤的直徑小于固定環(huán)的內(nèi)徑，以便于裝卸。固定環(huán)和轉(zhuǎn)盤均有薄平板制成。轉(zhuǎn)盤隨中心軸做高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，對液體產(chǎn)生強(qiáng)烈的攪拌作用，增加了相

8、際接觸面積和液體的湍動(dòng)。固定環(huán)在一定程度上抑制了軸向返混，因而轉(zhuǎn)盤塔的效率較高。轉(zhuǎn)盤塔結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)能力大，傳質(zhì)效率高，操作彈性大，因而在石油化工中應(yīng)用廣泛。不對稱轉(zhuǎn)盤塔，帶有攪拌葉片1的轉(zhuǎn)軸安裝在塔體的偏心位置，塔內(nèi)不對稱地設(shè)置垂直擋板，將其分成混合區(qū)3和澄清區(qū)4?；旌蠀^(qū)由橫向水平擋板分割成許多小室，每個(gè)小室內(nèi)的轉(zhuǎn)盤起混合攪拌器的作用。澄清區(qū)又由環(huán)形水平擋板分割成許多小室。偏心轉(zhuǎn)盤萃取塔既保持原有轉(zhuǎn)盤進(jìn)行分散的作用，同時(shí)，分開的澄清區(qū)域又可以使分散相液滴反復(fù)進(jìn)行凝聚-再分散，見笑了軸向混合，從而提高了萃取效率。此外，這種類型萃取塔的尺寸范圍很寬，對物系的性質(zhì)適應(yīng)性很強(qiáng)，并適用于含有懸浮固體或

9、易乳化的物料。三、離心萃取器離心萃取器是利用離心力使兩相快速充分混合并快速分離的萃取裝置。按兩相接觸方式分為微分接觸式和逐級(jí)接觸式。1.波德式離心萃取器又稱為離心薄膜萃取器，簡稱POD離心萃取器，是臥式微分接觸離心萃取器的一種。在外殼內(nèi)有一個(gè)由多孔長帶卷繞而成的螺旋形轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速很高，一般為20005000r/min，操作時(shí)輕液被引至螺旋的外圈，重相由螺旋中心引入。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的離心力作用，重液相由螺旋的中部向外流，輕液相由外圈向中部流動(dòng)，兩相在逆向流動(dòng)過程中，于螺旋形通道內(nèi)密切接觸。重液相從螺旋的最外層經(jīng)出口通道而流到器外，輕液相則由中部經(jīng)出口通道流到器外。它適宜于處理兩相密度差很小或

10、易產(chǎn)生乳化的物系。2.蘆威式離心萃取器簡稱LUWE離心萃取器，是立式逐級(jí)接觸離心萃取器的一種。主體是固定在殼體上并隨之作高速旋轉(zhuǎn)的環(huán)形盤。殼體中央有固定不動(dòng)的垂直空心軸，軸上也裝有圓形盤。盤上開有若干個(gè)液體噴出孔。被處理的原料也和萃取劑均有空心軸的頂部加入。重液相沿空心軸的通道下流至器的底部而進(jìn)入第三級(jí)的外殼內(nèi)，輕液相由空心軸的通道流入第一級(jí)。兩相均有萃取器頂部排出。這類萃取器主要用作制藥工業(yè)中。在一定操作條件下，級(jí)效率可接近100%。離心式萃取器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、生產(chǎn)強(qiáng)度高、物料停留時(shí)間段、分離效果好，特別適用于輕重兩相密度差很小，難于分離，易產(chǎn)生乳化及要求物料停留時(shí)間短、處理量小的場合。但

11、離心萃取器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，操作費(fèi)高，使其應(yīng)用受到一定限制。蒸餾設(shè)備蒸餾分離提純操作，主要是指將某些液相和固相，液相和液相的混合物分離開，或者將其某組分再進(jìn)行提純的化工單元操作。生物工程的工業(yè)產(chǎn)品中常采用蒸餾方法提取或提純的有：白酒，酒精，甘油，丙酮，丁醇以及某些萃取過程中的溶劑回收。在一定溫度下，液體與其蒸氣可形成相平衡，此時(shí)的蒸氣為該液體的飽和蒸汽，純的酒精和水的混合液的相平衡中，具有酒精蒸氣和水的蒸氣兩種飽和蒸汽，各自具有一定的飽和蒸汽壓，蒸汽壓的大小隨溫度的升高而增加。兩種蒸汽共存并相互影響，液面上的總蒸汽壓等于酒精與水兩者的蒸汽壓之和。理想混合溶液液體與蒸汽間的平衡關(guān)系滿足拉烏爾

12、定律，即在一定的溫度下，混合液面生蒸汽總壓P=PA+PB,且任一組分的分壓等于此純組分在該溫度下的飽和蒸汽壓乘以其在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)：酒精和水分子間的吸引力比酒精和酒精分子間的吸引力小，此時(shí)諸分子所受的吸引力比之在個(gè)純組分中所受的吸引力小，因此，分子容易汽化，液面上各組分的蒸汽分壓比理想溶液大。所以酒精和水的混合溶液對拉烏爾定律具有偏差。乙醇-水的氣液平衡曲線圖曲線表示了在一定外壓下，乙醇蒸汽的組成y和與之相平衡的液相組成x之間的關(guān)系（均為摩爾分?jǐn)?shù)），圖中平衡曲線與對角線相交于M點(diǎn)，在此點(diǎn)時(shí)，蒸汽中的酒精含量和與之相平衡的液相中的酒精含量相等。酒精蒸餾包括兩個(gè)過程：（1）將酒精和所有容易揮發(fā)的

13、物質(zhì)從發(fā)酵液中分離出來的過程，稱為粗餾 （2） 進(jìn)一步提高酒精濃度，并除去粗酒精中的雜質(zhì)，使之成為各種規(guī)格的成品酒精的過程，稱為精餾。一、粗餾塔粗餾塔的處理對象：發(fā)酵成熟醪液特點(diǎn)：雜質(zhì)多，含有許多固形物，黏度大，易起泡，腐蝕性強(qiáng)對蒸餾塔板的要求是：（1）處理能力大（2）塔板效率高（3）塔板壓降低（4）操作彈性大（5）結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低（6）能夠滿足工藝的特定要求，如不易堵塞，抗腐蝕等1泡罩塔板該類塔板適宜處理易起泡的液體。是國內(nèi)不少酒精廠家的粗餾塔主要采用的裝置。主要由塔體，塔板和升氣管等部件組成。 泡罩底部浸沒在塔板上的液體，形成液封，氣體自升氣管上升，流經(jīng)升氣管和泡罩之間的環(huán)形通道，再從

14、泡罩齒縫（主要是分散氣體，增大氣液接觸面積）中吹出，進(jìn)入塔板上的液層中鼓泡傳質(zhì)。常見的泡罩為倒扣的自行車鈴蓋形，周邊有齒縫。齒縫一般為矩形，三角形和梯形。塔板上的降液管設(shè)置在兩側(cè)，常見的有弓形和圓形。板上一段降液管的高度叫溢流堰的高度，起到維持板上液層深度及使液流均勻的作用。不論何種降液管都設(shè)置弓形堰。2S（SD）形塔板S形塔板是由數(shù)個(gè)S形的泡罩互相搭接而成，該塔板借助氣體噴出時(shí)的動(dòng)能，推動(dòng)液體流動(dòng)，這樣板上的液層分布比較均勻，液面落差小，霧沫夾帶少，氣液接觸充分而密切。另一方面，生成的蒸汽同時(shí)產(chǎn)生一股向上的升騰的作用力。因此該塔板具有一定的驅(qū)動(dòng)力，可將物料中的污穢雜質(zhì)帶走，防止泥沙等雜物的沉

15、積，提高了排污排雜的性能。S形塔板的優(yōu)點(diǎn)：（1） 上升蒸汽流通路的面積比普通的泡罩大2-4倍，故允許S形塔板具有較高的氣速和液速，其處理能力比一般的泡罩塔大50%左右。（2） 氣流與液流并行，液面落差小，所以在大液流下塔板仍能平穩(wěn)操作（3） 結(jié)構(gòu)比一般泡罩塔板簡單，制作安裝方便，造價(jià)低。但這種塔板結(jié)構(gòu)彎度較大，蒸汽受到的阻力大，塔板壓力降也較大。3浮閥波紋篩板在普通的波紋篩板的基礎(chǔ)上，在波峰處增加一定數(shù)量的與波峰同弧形的條狀閥片。波峰可供蒸汽通過，波谷可供液體分布下流。此種塔板不設(shè)溢流管，上下相鄰板安裝方向呈90度交錯(cuò)。液體分布均勻，整個(gè)版面無死角，板效率高，生產(chǎn)能力大，具有自凈排雜的作用和不

16、易堵塞，操作溫度等特點(diǎn)?？捎糜诖逐s塔，精餾塔和排醛塔。4斜孔塔特點(diǎn)：每一排孔口都朝一個(gè)方向，相鄰兩排孔口方向相反，故相鄰兩排孔口的氣體方向反向噴出。該類塔板氣液接觸良好，霧沫夾帶少，允許氣體負(fù)荷高，可采用較高的氣速，板上液層的湍流程度大，氣液兩相的傳質(zhì)效果好。二、精餾塔精餾塔的作用：把從粗餾塔過來的粗餾氣體提濃到產(chǎn)品要求的濃度；分離凈化其他雜質(zhì)，使產(chǎn)品達(dá)到所要求的標(biāo)準(zhǔn)。處理對象：粗餾酒精蒸汽或液體。（一）精餾1精餾原理精餾段：汽相中的重組分向液相（回流液）傳遞，而液相中的輕組分向汽相傳遞，從而完成上升蒸氣的精制。提餾段：下降液體（包括回流液和料液中的液體部分）中的輕組分向汽相（回流）傳遞，而汽

17、相中的重組分向液相傳遞，從而完成下降液體重組分的提濃。精餾與簡單蒸餾的區(qū)別：汽相和液相的部分回流。也是精餾操作的基本條件。（二）精餾塔1 精餾塔應(yīng)滿足的要求塔板效率高、生產(chǎn)能力大、壓降小、操作范圍廣、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、加工容易。我國酒精行業(yè)常用的精餾塔：泡罩塔、浮閥塔、斜孔塔、篩板塔、導(dǎo)向篩板塔。2.浮閥塔板塔板結(jié)構(gòu)類型：有盤式和條狀兩種（以閥片而言）。浮閥塔的特點(diǎn)：（1）塔板效率高。浮閥塔板上的氣體通過閥孔后是以水平方向向四周噴出，氣體速度大。氣液接觸時(shí)間長，氣液接觸良好。（2）處理能力大，操作范圍廣。浮閥能上下游動(dòng)，浮閥的開度是根據(jù)蒸汽速度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的。（3）塔板壓降小。較泡罩塔板相比

18、，氣體不經(jīng)過升氣筒，不受泡罩折轉(zhuǎn)，不穿過齒縫。（4）結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高。與泡罩塔板比較，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，材料用量少。但目前多采用不銹鋼板，其造價(jià)不菲。浮閥塔板由于氣液接觸良好，液面落差很小，所以穩(wěn)定性也高。3.篩板塔篩板塔是所有塔板中結(jié)構(gòu)最簡單的蒸餾塔板。塔板由開有大量均勻小孔（稱為篩孔）的塔板和溢流管組成。操作時(shí)，從下層塔板上升的氣流通過篩孔與板上液體接觸，進(jìn)行傳熱與傳質(zhì)。操作必要條件：通過篩孔的蒸汽的速度和壓強(qiáng)必須大于篩板上的液層壓強(qiáng)，才能保證液體不會(huì)從篩孔流下而按規(guī)定從溢流管流下。否則會(huì)導(dǎo)致塔板效率降低。篩板塔的優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，造價(jià)低。（2）處理能力大，比相同塔徑的泡罩塔可增加10-20%。（3）塔板效率高。（4）塔板壓降低，液面落差小。缺點(diǎn)：（1）操作彈性小，小篩孔易堵。（2）塔板安裝要求高。塔板的安裝要求非常水平，否則氣液接觸不勻。（3）操作水平要求高。操作壓力要求非常穩(wěn)定，因此操作不易控制。（4）開停機(jī)不易操作，特別是停機(jī)時(shí)，層板上的液體會(huì)全部從篩孔流下。4.影響塔板