目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、設(shè)計(jì)條件 2二、設(shè)計(jì)計(jì)算\o"CurrentDocument"2.1萃取劑用量 2\o"CurrentDocument"2.2平均液滴尺寸 3\o"CurrentDocument"2.3液泛時(shí)各相的總空塔速度 3\o"CurrentDocument"三、塔徑與內(nèi)部裝置尺寸 4\o"CurrentDocument"四、相接觸比表面積 5\o"CurrentDocument"五、塔高 5\o"CurrentDocument"六、澄清區(qū)尺寸 8萃取塔的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)用糠醛萃取油漿中的芳烴的轉(zhuǎn)盤萃取塔，已知條件如下：原料油漿的流量，28.8m3/h(即0.008m3/s)；芳烴在油漿中的初始濃度，272.5kg/m3;芳烴在油漿中的最終濃度，20kg/m3;芳烴在萃取劑糠醛中的初始濃度，10kg/m3;萃取塔中的溫度，800C當(dāng)濃度單位以kg/m3;表示時(shí)，本設(shè)計(jì)中相平衡關(guān)系可用公式C0=mCw+m0表示，其中，m=4.20，m0=0。二、設(shè)計(jì)計(jì)算2.1萃取劑用量由于油漿中的芳烴濃度較低，萃取過程中相濃度變化可以忽略，因此，所需芳烴的提取率為C20n=1—w,i=1— =0.927C 272.5w，2由相間平衡式和物料衡算可得萃取劑的最小用量“ 耳VC0.927X0.008x272.5V= w/,1w/,2 二 0,min4.20C-C4.20X272.5-10w，2 w，i=0.00179m3/s=6.43m3/h取萃取劑流量為57.6m3/h，即0.016m3/s。約為最小用量的8.96倍，比初始原料液流量大一倍。芳烴在糠醛中的最終濃度為Vw 28.8Cv2=Cv,1+一(Cw,2-Cw,1)=10+^(272.5-20)=141.25kg/m3V，2 Vv 57.6

2.2平均液滴尺寸因?yàn)榭啡┑挠昧枯^大，故用它作為分散相，由于芳烴的濃度低，計(jì)算所需各相的有關(guān)參數(shù)時(shí)，相應(yīng)地取80oc的油漿和糠醛的性質(zhì)，即p=9651Ckg/m3,卩c=23.21mP?s,c=0.033N/m,pd=1096.7kg/m3,卩d=0.9mP?s,Ap=137.7kg/m3.Dc=1.05x10-9m2/s,Dd=2x10-9m2/s.轉(zhuǎn)盤萃取塔內(nèi)部裝置尺寸取下列關(guān)系TOC\o"1-5"\h\zD 2D 3h 1 p=—; p=—; ——D 3'D 4D3式中D,D，D分別為塔徑、轉(zhuǎn)盤直徑和固定環(huán)內(nèi)經(jīng)；h——每段高度。ph取nD=3.0m/s，且假定段數(shù)N為20,則平均液滴尺寸為pd=16.7x卩030d=16.7xc (nD)g0.2N0.23pc=16.7x0.023210.3=16.7x0.023210.3x0.0330.530.9x9650.8x9.810.2x200.23=4.85x10-3m=4.85mm2.3液泛時(shí)各相的總空塔速度液泛時(shí)各相的總空塔速度為(u+u) =(1-4申+7申2-4申3)cdt ttt式中p 液泛時(shí)的滯液率。當(dāng)分散相與連續(xù)相的體積流量比tb=VdV=57.6/28.8=2時(shí)，其滯液率為cb2+8b-3bv'22+8x2-3x2.

p= = =0.432t 4(1-b) 4(1-2)液滴的特性速度，且u=au，其中0.5=0.485T0.5=0.485D+Da=hpD

u為糠醛液滴在油漿中的自由沉降速度。對(duì)大液滴沉降速度的計(jì)算可利0用下列經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：如果2<T<70,如果2<T<70,貝VQ=(0.75T)0.78；9如果T>70貝Q=(22T)0.42式中0.15Q=0.75+Re/PT=4Apgd2P°.15/(3g);P=P2g3/(Apgpc4)；cg為相間張力。代入已知數(shù)據(jù)算出尺寸為4.85mm的糠醛液滴在油漿中的自由沉降速度u0為7.94cm/s。故液滴特性速度u=au,=0.485x7.94=3.85cm/sT0液泛時(shí)的總空塔速度(u+u) =(1—4x0.432+7x0.4322—4x0.4323)x3.85cdt=0.985cm/s=0.985x10-2m/s三、塔徑與內(nèi)部裝置尺寸最小可能塔徑為TOC\o"1-5"\h\zD i'4(V+V)J4(0.008+0.016) .762D=d c= =1.762mmin n(u+u) 3.14x0.985x10-2d ct取塔內(nèi)徑為1.8m，則塔的各相空塔速度為u=u=0.63cm/s;u=u=0.315cm/s0d wc各相的總速度約為液泛時(shí)各相總速度的96%。萃取塔內(nèi)部裝置的主要尺寸為D=D(D/D)=1.2mpp

D=D(D/D)=1.35mhhh=D(h/D)=0.6m轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n=(nD)/D=3/1.2=2.5r/spp四、相接觸比表面積滯液率P可由下式求得u u uP32P2+(1+—d—)p—d=0u u uTTT將空塔速度和特性速度代入上式可得p3-2p2+1.082p-0.164=0解此方程，可以求得滯液率p=0.26.故相間接觸比表面積為=321.6m2/m36=321.6m2/m3a==d 4.85x10-3五、塔高連續(xù)相的縱向混合系數(shù)為uhE=0.5xc+0.09uhE=0.5xc+0.09c 1—p(D)2pID丿nDhp2x3x0.69.81x10—3m2/sE=Eod=E=Eod=0.5x0.63x10-2x0.6026(2A2+0.09-13丿x3x0.6=1.45x10-2m2/s塔中液滴的相對(duì)速度和雷諾準(zhǔn)數(shù)分別為uu0.63 0.315u=—d+ c—= + =2.85cm/st申1一申0.26 1-0.26Re又故dupccyc4.85Re又故dupccyc4.85x10-3x2.85x10-2x96523.21x10-3P—Apgy4c9652x0.03303137.7x9.81x0.0232144Apgd2p0.153g=5.75=8.54x1044x137.7x9.81xM.85x10-^2'8.54x104>°-153x0.033=7.05因?yàn)門=7.05<70所以液滴不振動(dòng)。在計(jì)算液滴尺寸時(shí)，萃取塔的段數(shù)取為20．因此，作為萃取塔高度的第一k=kwc=Shc牛=217.771.05x10-94.85k=kwc=Shc牛=217.771.05x10-94.85x10-3=4.7x10-5m/sFodScd申H=0.26x12u 0.63x10-2d=495We=dd2yd—PDddpu2dc_c—G4了2x10-9x495=0.81654.85x10-32°9x10-3 =4101096.7x2x10-9965xC.85x10-2)x4.85x10-3 =0.1150.033Sh=31.4Fo-0.34Sc-0」25We0.37=31.4x0.8165-0.34x410-0.125x0.1150.37=7.08d d d次逼近值取H=20X0.6=12m，計(jì)算分傳質(zhì)系數(shù)。因?yàn)镾herwood數(shù)為Sh=0.6Re0.5Sc。?5=0.6X5.750-5x(2.29X104)0.5=217.7cc(其中Schmidt數(shù)y 0.02321Sc=c= =2.29x104)cpD 965x1.05x10-9cc故k=k=Sh'Dd=7.08x2x10「9=2.92x10-6m/故k=k=Sh'Dd=7.08x2x10「9=2.92x10-6m/soddd 4.85x10-3~11"-1—-+—kmk水相傳質(zhì)系數(shù)為Kwwo水相傳質(zhì)單元高度為——1——+ 1 1二9.73x10-6m/s4.7x10-5 4.2x2.92x10-6u wKaw0.315x10-29.73x10-6x321.6二1.01m對(duì)萃取過程，傳質(zhì)單元數(shù)為mV/V =mC +m—CN=owIn o 02ocmV/V—1mC +m—Cow w,2 o o,1對(duì)所研究的過程，mV/V二4.20x2二8.40;m0=0owoc空1嚴(yán)272?5-141?28.40-1 4.20x20-10因此，當(dāng)兩相均為理想置換狀態(tài)時(shí)，塔操作區(qū)的高度H二NH二2.96x1.01二3.00mocw為了確定包括縱向混合的塔高，用逐次逼近法求出傳質(zhì)單元的表觀高度。首先，求兩相中縱向混合彼克列準(zhǔn)數(shù)。uH 0.63x10-2x12Pe=―o= =5.21oE 1.45x10-2oPe二UwH二°315x10-2x12二3.82wE 9.81x10-3w表現(xiàn)的傳質(zhì)單元高度可按下式計(jì)算HocE Wufow(V

wImV八o"E G—ufoomVHoc彼克列系數(shù)f和f按下式計(jì)算ow.=h1-exp(一Pe.=h1-exp(一Pe)]|-1PeJo_S1 1-exp(-Pe)]|-1w1V]mV丿uHoooc1V、

mVoE—w

丿uH

w在第一次逼近時(shí)，忽略上式中的右邊第二項(xiàng)，Pewoc則得1-1-exp(-叫-1=1.2365.211-1-exp(-屮-1=1.343.82丨求得傳質(zhì)單元表觀高度的第一次逼近值為f EH=H+―f EH=H+―woc wwwo=1“ 9.81x10-3=1.01+-0.315x10-2x1.34uflmV人E' o—

uf丿

oo28.81.45x10-2 ) X J4.2x57.60.63x1.236x10-2丿=3.56m當(dāng)取H=H時(shí)，相應(yīng)的塔高為wocH=HN=2.96x3.56=10.54mococ繼續(xù)作若干次H'和H的計(jì)算，一直到相鄰兩次的疊代計(jì)算值大致相等為止，oc可得H'=1.15m，H=5.84m。因?yàn)檗D(zhuǎn)盤之間的距離為0.333m.故這樣高的塔應(yīng)oc有塔盤數(shù)為1054=17.6塊0.6取塔的段數(shù)為18,則傳質(zhì)區(qū)的高度為18x0.6=10.8m在計(jì)算液滴尺寸之初曾取塔的段數(shù)為20,若用N=18，取得到平均液滴直徑為d=4.96mm，與N=20時(shí)所得到的d值相差2.3%。這個(gè)誤差在精度范圍之內(nèi)。因此，再重新計(jì)算萃取塔內(nèi)液滴尺寸及其余各流體動(dòng)力參數(shù)是沒有什么意義的，而且，與塔高有關(guān)的分散相分傳質(zhì)系數(shù)基本上也不會(huì)改變。六、澄清區(qū)尺寸在轉(zhuǎn)盤萃取塔中，操作區(qū)和澄清區(qū)的直徑一般相同澄清區(qū)苯液滴凝聚所需時(shí)間為

T=1.32x105s,cHT=1.32x105s,cHd(H (Apgd2)0.32=1.32x105xO'02321x4?85x10-3x10.80.033V4.85x10-3丿、0.18x137.7x9.81xC.85x