脉冲填料萃取塔实训装置实训指导书

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转盘、脉冲填料萃取塔实训装置——实训指导书化工实训装置系列之转盘、脉冲填料萃取塔实训装置实训指导书杭州言实科技有限公司2009.4杭州言实科技有限公司TEL：0571-85670172第8页共8页 转盘、脉冲填料萃取塔实训装置——实训指导书目录一、实训目的3二、实训原理3三、实训装置5四、实训方法6五、注意事项7六、报告内容7七、思考题7八、附录8杭州言实科技有限公司TEL：0571-85670172第8页共8页 转盘、脉冲填料萃取塔实训装置——实训指导书转盘、脉冲填料萃取塔实训一、实训目的⒈了解液--液萃取塔的结构及特点。⒉掌握液--液萃取塔的操作。⒊掌握传质单元高度的测定方法，并分析外加能量对液--液萃取塔传质单元高度和量的影响。二、实训原理1、液—液萃取设备的特点液--液相传质和气液相传质均属于相同传质过程。因此这两类传质过程具有相似之处，但也有相当差别。在液液系统中，两相间的重度差较小，界面张力也不大：所以从过程进行的流体力学条件看，在液液相的接触过程中，能用于强化过程的惯性力不大，同时已分行的流体力学条件看，在液液相的接触过程中，能用于强化过程的惯性力不大，同时已分散的两相，分层分离能力也不高。因此，对于气液接触效率较高的设备，用于液液接触就显得效率不高。为了提高液液相传质设备的效率。常常补给能量，如搅拌、脉动、振动等。为使两相逆流和两相分离，需要分层段，以保证有足够的停留时间，让分散的液相凝聚，实现两相的分离。2、液—液萃取塔的操作（1）分散相的选择在萃取设备中，为了使两相密切接触，其中一相充满设备中的主要空间，并呈连续流动，称为连续相kl一相以液滴的形式，分散在连续相中，称为分散相，哪一相作为相对设备的操作性能、传质效果有显著的影响。分散相的选择可通过小试或中试确定，也可根据以下几方面考虑。1）为了增加相际接触面积，一般将流量大的一相作为分散相；但如果两相的流量相差很大，并且所选用的萃取设备具有较大的轴向混合现象，此时应将流量小的一相作为分散相，以减小轴向混合。2）应充分考虑界面张力变化对传质面积的影响，对于>0系统，即系统的界面张力随溶质浓度增加而增加的系统；当溶质从液滴向连续相传递时，液滴的稳定性较差，容易破碎，而液膜的稳定性较好，液滴不易合并，所以形成的液滴平均直径较小，相际接触表面较大；当溶质从连续相向液滴传递时，情况刚好相反。在设计液液传质设备时，根据系统性质正确选择作为分散相的液体，可在同样条件下获得较大的相际传质表面积，强化传质进程。3）对于某些萃取设备，如填料塔和筛板塔等，连续相优先润湿填料或筛板是相当重要的。此时，宜将不易润湿填料或筛板的一相作为分散相。4）分散相液滴连续相中的沉降速度，与连续相的粘度有很大的关系。为了减小塔径，提高二相分离的效果，应将粘度大的一相作为分散相。5）此外，从成本、安全考虑，应将成本高的、易燃、易爆物料作为分散相。（2）液滴的分散为了使其中一相作为分散相，必须将其分散为液滴的形式，一相液体的分散，亦即液滴的形成，必须使液滴有一个适当的大小。因为液滴的尺寸不仅关系到相际接触面积，而且影响传质系数和塔的流通量。较小的液滴，固然相际接触面积较大，有利于传质；但是过小的液滴，其内循环消失，液滴的行为趋于固体球，传质系数下降，对传质不利。所以，液滴尺寸对传质的影响必须同时考虑这两方面的因素。杭州言实科技有限公司TEL：0571-85670172第8页共8页 转盘、脉冲填料萃取塔实训装置——实训指导书此外，萃取塔内连续相所允许的极限速度（泛点速度）与液滴的运动速度有关，而液滴的运动速度与液滴的尺寸有关。一般较大的液滴，其泛点速度较高，萃取塔允许有较大流通量；相反，较小的液滴，其泛点速度较低，萃取塔允许的流通量也较低。液滴的分散可以通过以下几个途径实现。A借助喷嘴或孔板，如喷塔和筛孔塔。B借助塔内的填料，如填料塔。C借助外加能量，如转盘塔，振动塔，脉动塔，离心萃取器等。液滴的尺寸除与物性有关外，主要决定于外加能量的大小。（3）萃取塔的操作。萃取塔在开车时，应首先将连续相注满塔中，然后开启分散相，分散相必须经凝聚后才能自塔内排出。因此当轻相作为分散相时，应使分散相不断在塔顶分层凝聚，当两相界面维持适当的高度后再开启分散相出口阀门，并停靠重相出口的口形管自动调节界面高度。当重相作为分散相时，则分散相不断在塔的分层段凝聚，两相界面应维持在塔底分层段的某一位置上。3、液一液传质设备内的传质与精馏、吸收过程类似，由于过程的复杂性，萃取过程也被分解为理论级和级效率；或传质单元数和传质单元高度，对于转盘塔，振动塔这类微分接触的萃取塔，一般采用传质单元数和传质单元高度来处理。传质单元数表示过程分离难易的程度。对于稀溶液，传质单元数可近似用下式来表示：式中NOR——萃余相为基准的总传质单元数；x——萃余相中溶质的浓度；——与相应萃取浓度成平衡的萃余相中溶质的浓度；、——分别表示两相进塔和出塔的萃余相浓度。传质单元高度表示设备传质性能的好坏，可由下式表示：式中，HOR——以萃余相为基准的传质单元高度；H——萃取塔有效接触高度。已知塔高H和传质单元数NOR，可由上式来得HOR的数值，HOR反映萃取设备传质性能的好坏，HOR越大，设备效率越低。影响萃取设备传质性能HOR的因素很多，主要有设备结构因素、两相物性因素、操作因素以及外加能量的形式和大小的因素等等。按萃取相计算的体积总传质系数K式中，为萃取相水的流量，A为塔截面积。4、外加能量的问题。杭州言实科技有限公司TEL：0571-85670172第8页共8页 转盘、脉冲填料萃取塔实训装置——实训指导书液液传质设备引入外界能量促进液体的分散，改善两相的流动条件，这些均有利于传质，从而提高萃取的效率，降低萃取过程的传质单元高度，但应注意，过度的外加能量将大大增加设备内的轴向混合，减小过程的推动力。此外过度分散的液滴，滴内将消失内循环。这些均是外加能量带来的不利因素。权衡两方面的因素，外加能量应适度，对于某一具体萃取过程，一般应通过实验寻求合适的能量输入量及其形式。5、液泛在连续逆流萃取操作中，萃取塔的通量（又称负荷）取决于连续相容许的线速度，其上限为最小的分散相液滴处于相对静止状态时的连续相流速。这时塔刚处于液泛点（即为液泛速度）。在实验室操作中，连续相的流速应在液泛速度以下。为此需要有可靠的液泛数据，一般这是在中试设备用实际物料实验测得的。萃取塔的分离效率可以用传质单元高度或理论级当量高度表示。影响脉冲填料萃取塔分离效率的因素主要有填料的种类、轻重两相的流量及脉冲强度等。对一定的实验设备（几何尺寸一定，填料一定），在两相流量固定条件下，脉冲强度增加，传质单元高度降低，塔的分离能力增加。对几何尺寸一定的桨叶式旋转萃取塔来说，在两相流量固定条件下，从较低的转速开始增加时，传质单元高度降低，转速增加到某值时，传质单元将降到最低值，若继续增加转速，将会使传质单元高度反而增加，即塔的分离能力下降。本实训以水为萃取剂，从煤油中萃取苯甲酸，苯甲酸在煤油中的浓度约为0.2%（质量）。水相为萃取相（用字母E表示，在本实验中又称连续相、重相），煤油相为萃余相（用字母R表示，在本实验中又称分散相）。在萃取过程中苯甲酸部分地从萃余相转移至萃取相。萃取相及萃余相的进出口浓度由容量分析法测定之。考虑水与煤油是完全不互溶的，且苯甲酸在两相中的浓度都很低，可认为在萃取过程中两相液体的体积流量不发生变化。同理，本实训也可以按萃余相计算、HOE及KYRa。三、实训装置实训装置流程示意图见图1，萃取塔为旋片旋转萃取设备。塔身为硬质硼硅酸盐玻璃管，在塔顶和塔低的玻璃管扩口处，分别通过增强酚醛压塑法兰、橡皮圈、橡胶垫片与不锈钢法兰相连接。塔内装有扁环填料，提高萃取效率。塔的上部和下部分别有200mm左右的延伸段形成两个分离段，轻重两相可在分离段分离。杭州言实科技有限公司TEL：0571-85670172第8页共8页 转盘、脉冲填料萃取塔实训装置——实训指导书图1转盘、脉冲填料萃取流程示意图四、实训方法⒈实训前，先根据工艺流程检查轻、重相液的管路，确认泵前阀门处于开的状态，且检查各储液罐的放空阀门是否开着。2.将有苯甲酸的入口煤油，配制饱和的煤油苯甲酸溶液，从加料漏斗加入轻相液原料罐内，处于罐体玻璃液位计2/3的位置。3.在实训装置的重相液罐内放满水，液位高度为玻璃液位计的2/3,在实验中不够时，随时增加。4.先打开重相泵电源开关，让塔体内充满重相液（水），然后打开轻相泵电源开关，打开压缩空气阀门，调节压缩空气压力大小（不易过大，过大会把液体压出装置外），开始做萃取实验。5.将轻相(分散相)流量调至指定值（10L/h），并注意及时调节阀π型管的高度，控制适当的塔顶分离段的高度（油水分解界面）。在实验过程中，始终保持塔顶分离段两相的相界面位于轻相出口以下。6.操作稳定半小时后用锥形瓶收集轻相进、出口的样品各约40ml，重相出口样品约50ml备分析浓度之用。杭州言实科技有限公司TEL：0571-85670172第8页共8页 转盘、脉冲填料萃取塔实训装置——实训指导书⒎取样后，即可改变条件进行另一操作条件下的实验。保持油相和水相流量不变，将旋转转速或脉冲频率或空气的流量调到另一定数值，进行另一条件下的测试。⒏用容量分析法测定各样品的浓度。用移液管分别取煤油相10ml，水相25ml样品，以酚酞做指示剂，用0.02mol/l左右NaOH标准液滴定样品中的苯甲酸。在滴定煤油相时应在样品中加数滴非离子型表面活性剂醚磺化AES(脂肪醇聚乙烯醚硫酸脂钠盐)，也可加入其它类型的非离子型表面活性剂，并激烈地摇动滴定至终点。⒐实训完毕后，关闭两相流量计。将调速器调至零位，使浆叶停止转动，切断电源。滴定分析过的煤油应集中存放回收。洗净分析仪器，一切复原，保持实验台面整洁。五、注意事项1、必须搞清楚装置上每个设备、部件、阀门、开关的作用和使用方法，然后再进行实验操作。2、在整个实验过程中，塔顶两相界面一定要控制在轻相出口和重相入口之间适中的位置并保持不变。3、由于分散相和连续相在塔顶、塔底的滞留很大，改变操作条件后，稳定时间一定要够长，大约需要半小时，否则误差极大。4、煤油的实际体积流量并不等于流量计的读数。需用煤油的实际流量数值时，必须用流量修正公式对流量计的读数进行修正后方可使用（具体公式见第二章流量计的使用）。5、煤油的流量不要太大或太小，太小会使煤油出口处的苯甲酸浓度过低，从而导致分板误差较大，太大会使煤油的消耗量增加。建议水流量取4L/h，煤油流量取6L/h。六、报告内容1、求出传质单元数NOR（图解积分）；2、求按萃取相计算的传质单元高度HOR；3、按萃取相计算的体积总传质系数。七、思考题1、萃取塔在开启时，应注意那些问题？2、液_液萃取设备与气液抟质设备在何区别？3、什么是萃取塔的液泛？在操作时，液泛速率是怎样确定的？4、对液一液萃取过程来说是否外加能量越大越有利？5、萃取过程适宜离那些体系？杭州言实科技有限公司TEL：0571-85670172第8页共8页 转盘、脉冲填料萃取塔实训装置——实训指导书八、附录由苯甲酸与NaOH的化学反应式可知，到达滴定终点（化学计量点）时，被滴物的摩尔数和滴定剂的摩尔数正好相等。即式中：—溶液的体积摩尔浓度，mol溶质/溶液；—溶液的体积，ml。杭州言实科技有限公司TEL：0571-85670172第8页共8页