篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算課件

液液萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算報(bào)告人：鞠吉指導(dǎo)老師：曾愛武日期：2013.09.23

液液萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算報(bào)告人：鞠吉

TianjinUniversity主要內(nèi)容填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算1篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算2TianjinUniversity主要內(nèi)容填料萃取塔設(shè)

TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算體系物性、分離要求有效填料層高度HT=HTUoxpNoxp特性速度u0液泛速率ucf、udf表觀流速uc、ud塔徑DT液滴平均直徑dvs計(jì)算kc、kd、Koc計(jì)算HTUox計(jì)算Ec、Ed計(jì)算HTUoxdHTUoxp=HTUox+HTUoxd填料選型TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)

TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算分散相連續(xù)相的選擇①選擇體積流率大的一相作為分散相②選擇不易潤(rùn)濕填料表面的液相作為分散相瓷質(zhì)填料易被水溶液優(yōu)先潤(rùn)濕石墨和塑料填料易被大部分有機(jī)溶液優(yōu)先潤(rùn)濕金屬填料兩相均可能潤(rùn)濕，應(yīng)由試驗(yàn)決定水—醋酸—仲丁酯水相油相分散相連續(xù)相填料的選擇所用填料材料應(yīng)被連續(xù)相優(yōu)先潤(rùn)濕③選擇溶解吸收溶質(zhì)能力強(qiáng)的為分散相輕液輕液重液重液液－液相界面填料填料參數(shù)：空隙率ε（m3/m3）、堆積密度（kg/m3）比表面積a（m2/m3）TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算液泛速度的計(jì)算①特性速度法特性速度u0：指當(dāng)連續(xù)相流速等于零，分散相流速趨于零時(shí)，分散相液滴在操作條件下的終端速度?；瑒?dòng)速度Laddha法（1983）無(wú)傳質(zhì)，C=0.683d→c，C=0.820c→d,C=0.637主要用于亂堆填料和分散相存留分?jǐn)?shù)小于15%的情況。無(wú)界面張力σ參數(shù)。一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算液泛速度的計(jì)算①特性速度法特性速度u0

TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算液泛速度的計(jì)算②直接計(jì)算法（經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式）Crawford-Wilke法（1951）實(shí)驗(yàn)體系有汽油-水、四氯化碳-水、MIK-水等，體系界面張力8.9~44.8N/m所用填料12.7mm~38mm的石墨或陶瓷的拉西環(huán)和鮑爾鞍等，填料空隙率為0.5~0.74。Kummar-Hartland法（1989）回歸計(jì)算845個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，覆蓋體系物性和填料種類很寬，絕大部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為高、中界面張力體系用于低空隙率填料的數(shù)據(jù)，且為有機(jī)相分散，公式對(duì)填料類型存在常數(shù)修正系數(shù)。以上兩種方法對(duì)于高空隙率新型填料用于低界面張力體系時(shí)，計(jì)算誤差很大TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)

TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算操作流速的確定塔徑的確定液泛速度準(zhǔn)確計(jì)算比較困難，影響因素較多，一般推薦操作流速比較低Perry化學(xué)工程手冊(cè)推薦，操作流速應(yīng)選在不大于50%的液泛速度值一些高空隙率的新填料可以在較高負(fù)荷下比較穩(wěn)定運(yùn)行TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)

TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算液滴平均直徑dvsLaddha法無(wú)傳質(zhì)或c→dη=1.0d→cη=1.4《化工手冊(cè)》對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)填料，液液萃取臨界填料尺寸dFC，填料的直徑大于dFC時(shí)Kumar法根據(jù)體系物性、兩相流速和填料特性對(duì)10種文獻(xiàn)列舉的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在連續(xù)相浸潤(rùn)填料表面的情況下，可用其關(guān)聯(lián)式。平均相對(duì)誤差18.7%Laddha法Seibert法分散相存留分?jǐn)?shù)的計(jì)算如果液泛速度是通過特性速度計(jì)算的話，也可通過實(shí)際流速uc、ud及特性速度u0，通過試差法求之TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)

TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算kc、kd、Koc對(duì)于亂堆填料，分散相存留分?jǐn)?shù)小于15%的情況，可采用以下公式：Seibert法①計(jì)算液滴內(nèi)分傳質(zhì)系數(shù)kd時(shí)，引入判據(jù)當(dāng)Φ≤6時(shí)，應(yīng)用Handlos和Baron的湍流內(nèi)循環(huán)模型當(dāng)Φ＞6時(shí)，應(yīng)用Laddha等的考慮液滴內(nèi)循環(huán)和分子擴(kuò)散相結(jié)合的模型②計(jì)算滴外分傳質(zhì)系數(shù)kc時(shí)TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算kc、kd、Koc兩相傳質(zhì)比表面積：真實(shí)傳質(zhì)單元高度：考慮軸向擴(kuò)散系數(shù)塔徑大，軸向反混的影響不容忽視時(shí)①計(jì)算連續(xù)相軸向擴(kuò)散系數(shù)Ec②計(jì)算分散相軸向擴(kuò)散系數(shù)Ed③計(jì)算分散單元高度Hoxd表觀傳質(zhì)單元高度HTUoxp有效塔高HT一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算kc、kd、Koc兩相傳質(zhì)比表面積

TianjinUniversity二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算輕液分散的篩板萃取塔輕液向上流相界面輕液篩板降液管重液向下流擋板分散的輕液輕液向上流相界面重相液滴篩板升液管重液向下流擋板重液重液分散的篩板萃取塔為保證篩板塔正常操作，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：①分散相應(yīng)均勻地通過全部篩孔，防止連續(xù)相短路而降低分離效率；②兩相在板間分層明顯，而且要有一定高度的分散相累積層。TianjinUniversity二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算操作流速的確定一般認(rèn)為當(dāng)分散相滯存率達(dá)到20%時(shí)將會(huì)出現(xiàn)液泛，因此取液泛時(shí)滯存率Prabhu法總結(jié)了七種不同體系得到規(guī)律孔徑小于2.5mm時(shí)，特性速度u0與孔徑成正比孔徑大于2.5mm時(shí)，特性速度u0隨孔徑變化不大，趨于一個(gè)常數(shù)①特性速度法②直接計(jì)算法（經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式）柱結(jié)構(gòu)參數(shù)和體系物性參數(shù)，大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸關(guān)聯(lián)式Rocha法上限——液泛速度二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算操作流速的確定一般認(rèn)為當(dāng)分散相滯存率達(dá)

TianjinUniversity二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算操作流速的確定下限——保證篩板上所有篩孔都能均勻的流出液體

分散相通過篩孔的速度達(dá)到最低噴口速度Uj很多研究者測(cè)定和關(guān)聯(lián)了Uj，具有代表性的關(guān)聯(lián)式是Ruff關(guān)聯(lián)式：①判斷小孔或大孔篩板大孔篩板，反之小孔篩板對(duì)于小孔篩板：對(duì)于大孔篩板：②Uj即為分散相的最低過孔速度，可根據(jù)開孔率φ計(jì)算出最小分散相表觀速度TianjinUniversity二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)

TianjinUniversity二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算篩孔直徑dN的選擇通常篩孔直徑為3-6mm，對(duì)界面張力高的物系選最小孔徑3mm，如物系含有少量固體懸浮物或粘度較高，篩孔可選4-6mm。分散相過孔流速v0一般在10-30cm/s，最適宜孔速最好由實(shí)驗(yàn)決定，或由下式估算：開孔數(shù)開孔區(qū)面積F1篩孔通常按正三角形排列，孔中心距t為孔直徑dN的3-4倍一般開孔區(qū)面積約占總板面積的55-60%，開孔率為15-25%篩板開孔區(qū)降液區(qū)無(wú)孔區(qū)TianjinUniversity二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)

TianjinUniversity二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算塔徑的確定降液區(qū)面積F2連續(xù)相在降液管的流速，可以通過所容許帶走的最大液滴直徑（一般取0.8mm）求得。據(jù)Stokes式，直徑為dpm=0.8mm的分散相液滴在連續(xù)相中的沉降速度

為使大于dpm的液滴不被連續(xù)相帶走，連續(xù)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≤v①為使上升的分散相液滴不進(jìn)入降液管，開孔區(qū)與降液管之間應(yīng)有一定的空隙Lα一般可取30mm左右。②為支撐和固定篩板，篩板周邊需要一定余度Ls，一般取Ls=30-50mm，或整個(gè)塔自由截面積5%TianjinUniversity二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算分散相液層高度h為保證塔的正常操作，必須保證一定的分散相液層高度，由兩相流動(dòng)所需壓頭決定。①連續(xù)相克服降液管阻力所需的液層高度hc②分散相通過篩孔所需的液層高度hN③分散相克服界面張力所需的液層高度hσ，對(duì)于中、低界面張力體系不是主要影響因素?！痘瘜W(xué)工程手冊(cè)》——《溶劑萃取手冊(cè)》當(dāng)v0≤0.3mm/s二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算分散相液層高度h為保證塔的正常操作，必

TianjinUniversity二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算篩板傳質(zhì)效率E0的計(jì)算板間距HT的確定塔高的計(jì)算還需考慮上下兩端所需的澄清室高度篩板塔板間距一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取，通常不超過300mm，特殊情況可以高達(dá)600mm，為使兩相能在篩板塔上分層工業(yè)萃取塔的板間距最好不要低于150mm。塔徑D，cm板間距HT，cm15203030504010050TianjinUniversity二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)ThankYou!ThankYou!

液液萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算報(bào)告人：鞠吉指導(dǎo)老師：曾愛武日期：2013.09.23

液液萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算報(bào)告人：鞠吉

TianjinUniversity主要內(nèi)容填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算1篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算2TianjinUniversity主要內(nèi)容填料萃取塔設(shè)

TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算體系物性、分離要求有效填料層高度HT=HTUoxpNoxp特性速度u0液泛速率ucf、udf表觀流速uc、ud塔徑DT液滴平均直徑dvs計(jì)算kc、kd、Koc計(jì)算HTUox計(jì)算Ec、Ed計(jì)算HTUoxdHTUoxp=HTUox+HTUoxd填料選型TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)

TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算分散相連續(xù)相的選擇①選擇體積流率大的一相作為分散相②選擇不易潤(rùn)濕填料表面的液相作為分散相瓷質(zhì)填料易被水溶液優(yōu)先潤(rùn)濕石墨和塑料填料易被大部分有機(jī)溶液優(yōu)先潤(rùn)濕金屬填料兩相均可能潤(rùn)濕，應(yīng)由試驗(yàn)決定水—醋酸—仲丁酯水相油相分散相連續(xù)相填料的選擇所用填料材料應(yīng)被連續(xù)相優(yōu)先潤(rùn)濕③選擇溶解吸收溶質(zhì)能力強(qiáng)的為分散相輕液輕液重液重液液－液相界面填料填料參數(shù)：空隙率ε（m3/m3）、堆積密度（kg/m3）比表面積a（m2/m3）TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算液泛速度的計(jì)算①特性速度法特性速度u0：指當(dāng)連續(xù)相流速等于零，分散相流速趨于零時(shí)，分散相液滴在操作條件下的終端速度?；瑒?dòng)速度Laddha法（1983）無(wú)傳質(zhì)，C=0.683d→c，C=0.820c→d,C=0.637主要用于亂堆填料和分散相存留分?jǐn)?shù)小于15%的情況。無(wú)界面張力σ參數(shù)。一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算液泛速度的計(jì)算①特性速度法特性速度u0

TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算液泛速度的計(jì)算②直接計(jì)算法（經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式）Crawford-Wilke法（1951）實(shí)驗(yàn)體系有汽油-水、四氯化碳-水、MIK-水等，體系界面張力8.9~44.8N/m所用填料12.7mm~38mm的石墨或陶瓷的拉西環(huán)和鮑爾鞍等，填料空隙率為0.5~0.74。Kummar-Hartland法（1989）回歸計(jì)算845個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，覆蓋體系物性和填料種類很寬，絕大部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為高、中界面張力體系用于低空隙率填料的數(shù)據(jù)，且為有機(jī)相分散，公式對(duì)填料類型存在常數(shù)修正系數(shù)。以上兩種方法對(duì)于高空隙率新型填料用于低界面張力體系時(shí)，計(jì)算誤差很大TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)

TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算操作流速的確定塔徑的確定液泛速度準(zhǔn)確計(jì)算比較困難，影響因素較多，一般推薦操作流速比較低Perry化學(xué)工程手冊(cè)推薦，操作流速應(yīng)選在不大于50%的液泛速度值一些高空隙率的新填料可以在較高負(fù)荷下比較穩(wěn)定運(yùn)行TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)

TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算液滴平均直徑dvsLaddha法無(wú)傳質(zhì)或c→dη=1.0d→cη=1.4《化工手冊(cè)》對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)填料，液液萃取臨界填料尺寸dFC，填料的直徑大于dFC時(shí)Kumar法根據(jù)體系物性、兩相流速和填料特性對(duì)10種文獻(xiàn)列舉的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在連續(xù)相浸潤(rùn)填料表面的情況下，可用其關(guān)聯(lián)式。平均相對(duì)誤差18.7%Laddha法Seibert法分散相存留分?jǐn)?shù)的計(jì)算如果液泛速度是通過特性速度計(jì)算的話，也可通過實(shí)際流速uc、ud及特性速度u0，通過試差法求之TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)

TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算kc、kd、Koc對(duì)于亂堆填料，分散相存留分?jǐn)?shù)小于15%的情況，可采用以下公式：Seibert法①計(jì)算液滴內(nèi)分傳質(zhì)系數(shù)kd時(shí)，引入判據(jù)當(dāng)Φ≤6時(shí)，應(yīng)用Handlos和Baron的湍流內(nèi)循環(huán)模型當(dāng)Φ＞6時(shí)，應(yīng)用Laddha等的考慮液滴內(nèi)循環(huán)和分子擴(kuò)散相結(jié)合的模型②計(jì)算滴外分傳質(zhì)系數(shù)kc時(shí)TianjinUniversity一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算kc、kd、Koc兩相傳質(zhì)比表面積：真實(shí)傳質(zhì)單元高度：考慮軸向擴(kuò)散系數(shù)塔徑大，軸向反混的影響不容忽視時(shí)①計(jì)算連續(xù)相軸向擴(kuò)散系數(shù)Ec②計(jì)算分散相軸向擴(kuò)散系數(shù)Ed③計(jì)算分散單元高度Hoxd表觀傳質(zhì)單元高度HTUoxp有效塔高HT一、填料萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算kc、kd、Koc兩相傳質(zhì)比表面積

TianjinUniversity二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算輕液分散的篩板萃取塔輕液向上流相界面輕液篩板降液管重液向下流擋板分散的輕液輕液向上流相界面重相液滴篩板升液管重液向下流擋板重液重液分散的篩板萃取塔為保證篩板塔正常操作，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：①分散相應(yīng)均勻地通過全部篩孔，防止連續(xù)相短路而降低分離效率；②兩相在板間分層明顯，而且要有一定高度的分散相累積層。TianjinUniversity二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算操作流速的確定一般認(rèn)為當(dāng)分散相滯存率達(dá)到20%時(shí)將會(huì)出現(xiàn)液泛，因此取液泛時(shí)滯存率Prabhu法總結(jié)了七種不同體系得到規(guī)律孔徑小于2.5mm時(shí)，特性速度u0與孔徑成正比孔徑大于2.5mm時(shí)，特性速度u0隨孔徑變化不大，趨于一個(gè)常數(shù)①特性速度法②直接計(jì)算法（經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式）柱結(jié)構(gòu)參數(shù)和體系物性參數(shù)，大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸關(guān)聯(lián)式Rocha法上限——液泛速度二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算操作流速的確定一般認(rèn)為當(dāng)分散相滯存率達(dá)

TianjinUniversity二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算操作流速的確定下限——保證篩板上所有篩孔都能均勻的流出液體

分散相通過篩孔的速度達(dá)到最低噴口速度Uj很多研究者測(cè)定和關(guān)聯(lián)了Uj，具有代表性的關(guān)聯(lián)式是Ruff關(guān)聯(lián)式：①判斷小孔或大孔篩板大孔篩板，反之小孔篩板對(duì)于小孔篩板：對(duì)于大孔篩板：②Uj即為分散相的最低過孔速度，可根據(jù)開孔率φ計(jì)算出最小分散相表觀速度TianjinUniversity二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)

TianjinUniversity二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)算篩孔直徑dN的選擇通常篩孔直徑為3-6mm，對(duì)界面張力高的物系選最小孔徑3mm，如物系含有少量固體懸浮物或粘度較高，篩孔可選4-6mm。分散相過孔流速v0一般在10-30cm/s，最適宜孔速最好由實(shí)驗(yàn)決定，或由下式估算：開孔數(shù)開孔區(qū)面積F1篩孔通常按正三角形排列，孔中心距t為孔直徑dN的3-4倍一般開孔區(qū)面積約占總板面積的55-60%，開孔率為15-25%篩板開孔區(qū)降液區(qū)無(wú)孔區(qū)TianjinUniversity二、篩板萃取塔設(shè)計(jì)計(jì)

TianjinUniversity二