每小时处理2100kg醋酸水溶液设计书.doc

每小时处理2100kg醋酸水溶液设计书 一、设计任务简介 ，其中醋酸的浓度是8％（摩尔分率），用乙醚为萃取剂，要求最后的萃余液中醋酸的摩尔分率低于0.5％ 。已知25℃时，乙醚的密度为741kg/m3,水相密度是997kg/m3，水相粘度uc＝0.897×10-3pa·s，界面张力σ=0.013N/m 。 设计方案简介 下表为萃取塔设备选择的条件 设备类型 \考虑因素 喷洒塔 填料塔 筛板塔 转盘塔 往复筛板 脉动筛板 离心萃取器 混合-澄清器 工艺条件 理论级数多 × 0 0 √ √ 0 0 处理量大 × × 0 √ × 0 √ 两相流比大 × × × 0 0 √ √ 物系性质 密度差小 × × × 0 0 √ √ 粘度高 × × × 0 0 √ √ 界面张力大 × × × 0 0 √ 0 腐蚀性强 √ √ 0 0 0 × × 有固体悬浮物 √ × × √ 0 × 0 设备费用 制造成本 √ 0 0 0 0 × 0 操作费用 √ √ √ 0 0 × × 维修费用 √ √ 0 0 0 × 0 安装场地 面积有限 √ √ √ √ √ √ × 高度有限 × × × 0 0 √ √ 注： √—适用；O—可以；×—不适用。 萃取条件： 处理量： 2100kg/h 原料组成：8％，原料液的平均分子量是21.2kg/kmol 分离要求：萃余液中醋酸的摩尔分率低于0.5％ 操作温度：25℃ 操作压力：常压 三、萃取剂的选择 根据物系的情况，采用溶剂C作为萃取剂，在所涉及的浓度范围内，水与C组分基本不互溶，可以近似视为完全不互溶物系。在操作条件下，在所涉及的浓度范围内A组分在两相间的平衡关系为： 式中 y――溶质A在萃取相中的摩尔分率 x――溶质A在萃余相中的摩尔分率 四、流程选择 考虑到过程的经济性，需要对萃取剂C进行回收，循环使用，同时由于C组分基本不溶于水，故采用下图所示的萃取过程原则流程图。 原料液送入萃取塔，经过萃取后，萃取相含有大量的萃取剂C和溶质A组分，将该股物流送入精馏塔，经精馏过程脱除萃取剂C，使萃取剂C和溶质A组分得以分离，萃取剂返回萃取塔循环使用，精馏塔顶得到溶质A作为产品，萃取塔底得到的萃余相中含有水和少量的溶质A，送入下一道工序进行处理。 五、溶剂用量确定 由于原料液中溶质的浓度较低，在萃取过程中，可以近似认为萃取相和萃余相的流量基本不变，所以可依全塔物料衡算方程及相平衡方程计算过程的溶剂用量。如图所示，全塔的物料衡算方程为: E(y0-y1)=R(x0-x1) 当萃取剂用量不断减少时，排除的萃取相中溶质A的浓度不断升高，当萃取相出口中溶质A的浓度y0达到与原料液中溶质浓度x0呈平衡浓度时，萃取剂用量最小，故将上式中的y0用代替，且取溶剂的入口浓度 ＝（摩尔分率） 则可得过程的最小溶剂比为： 取实际溶剂比为最小溶剂比的,则实际溶剂比为 于是得萃取剂用量为 （kmol/L） ＝96911（kg/h） 根据塔的物料衡算，可得该萃取塔的操作线方程为： ＝ ＝ 利用操作线方程，可以求得萃取相出口溶质的摩尔分率为： ＝ ＝ 根据分散相及连续相的选择原则，本例选择萃取相作为分散相，而萃余相（原料液）作为连续相。 六、萃取塔的工艺设计 对于本物系，在一直径为，转盘直径，固定环直径，转盘间距为的转盘萃取塔中进行实验，测得该条件下的真实传质单元高度为。 物性数据 所涉及的物性数据如下表所示。 萃取塔直径 先假定该萃取塔的直径为 ，根据转盘萃取塔的尺寸比例关系得 转盘直径 固定环直径 转盘间距 物性数据 参数 密度/（kg/） 粘度/（pa·s） 界面张力/（N/m） 连续相 997 0.025 分散相 1339 分散相得滞留分率 计算分散相得滞留分率，先求得两相得表观流速比为： L＝＝＝ 则依据有 临界滞留分率 特性速度 根据该转盘塔的结构尺寸，可知 故取式中常数＝，转盘塔的转数根据经验取,于是按式 得特性速度为 （m/s） 液泛速度 依据 和 得液泛速度为 ＝0.006825 ＝0.02347 取连续相得表观流速为液泛气速的60％，则有 ＝=0.004095 f=0.5~0.7,取f＝0.5 所以D=1.35 (m) 圆整后，取塔径为1.35m。于是，实际上，塔内连续相的流速为 (m/s) 分散相的流速为 (m/s) 3、塔高计算 （1）轴向扩散系数 由式计算连续相（萃余相）的扩散系数得 ＝ 分散相扩散系数 ＝ （2）传质单元数 采用平均推动力法计算过程得传质单元数 ＝ ＝ ＝ 表观传质单元数＝ （3）塔高计算 采用Miyauchi 和Vermeulen