化工原理课件x5液液萃取教程文件.ppt

第五章 液－液萃取 ②填料萃取塔 填料萃取塔的结构与气-液传质过程所用填料塔结构一样，如图示。重相由上部进入、下端排出，而轻相由下端进入，从顶部排出。连续相充满整个塔，分散相由分布器分散成液滴进入填料层，在与连续相逆流接触中进行萃取。在塔内，流经填料表面的分散相液滴不断地破裂与再生。当离开填料时，分散相液滴又重新混合，促使表面不断更新。此外，还能抑制轴向返混。 为增大相际传质面积、提高传质速率，应选择适当的分散相。为减少塔的壁效应，填料尺寸应小于塔径的1/8～1/10。为防止液体的沟流，填料层宜分段，各段之间设再分布器。每段填料层高度h可按h/D经验范围确定，如对拉西环，每段填料层高约为塔径D的3倍，对鲍尔环及鞍形填料可取5～10倍。填料萃取塔结构简单、造价低廉、操作方便，故在工业上有一定的应用。在运行中，尽管填料塔对两相的流动有所改善，返混有所抑制，但其级效率仍然较小。 适于理论级小于3，处理量较小的场合。 ③筛板萃取塔Perforated-plate(sieve-plate) towers 逐级接触式萃取设备 重、轻相分别从塔顶、底进入。轻相穿过筛板成为分散相，重相流过塔板成为连续相，两相在板上传质、分离，进入另一层板，至出塔止。 若溶剂中含有A、B组分，则其组成点位于靠近顶点S的三角形内均相区； 若溶剂中只含有A组分，则其组成点位于靠近顶点S 的AS边上； 若溶剂中只含有B组分，则其组成点位于靠近顶点S 的BS边上。 5.3.2.2 B、S不互溶或互溶度极小时的理论级数－直角坐标图解法 1.原理： 对第i级作溶质A的物料衡算： 上式为操作线方程，表示离开任一级萃取相组成Yi与萃余相组成Xi间关系。此线为斜率为-B/S，过点(Xi-1,YS)的直线。 i S,YS S,Yi B,Xi-1 B,Xi 据理论级的假定，离开任一级的Yi,Xi处于平衡状态，则操作线与分配曲线的交点为(Xi,Yi)。 因此，从第一级开始，连续绘制操作线，至第n级止。 i S,YS S,Yi B,Xi-1 B,Xi Xi Xi-1 X Y YS Yi 图解步骤： 在Y～X直角坐标中绘制分配曲线； 作第一级操作线。过点(XF,YS)，斜率为-B/S的直线，交分配曲线与点E1； 作第二级操作线。过点E1作垂线，交Y=YS于点V(X1,YS)，过点 V(X1,YS) ，斜率为-B/S的直线，交分配曲线与点E2； 重复上述步骤至Xn≤X为止。 操作线数目即为理论级数。 5.3.3 多级逆流萃取Continuous countercurrent multistage extraction的计算 原料液F以相反方向从第一级加入，逐次通过各级后，溶质组成逐级下降，萃余相由最后一级排出。萃取剂S在最后一级加入，逐次通过各级，溶质组成逐级提高，萃取相最终由第一级排出；萃取相E1及萃余相Rn经脱除溶剂后得到E′和R′，溶剂则返回循环使用。 多级逆流萃取的特点： 第一级中，萃取相与含溶质A最高的原料液接触，使最终萃取相E1中的A组分含量达到最高； 最后一级中，萃余相Rn-1与含溶质A最少的新鲜溶剂相接触，因而使最终萃余相Rn中的A组分降到最低。 因此该流程可用较少的萃取剂达到较高的萃取率，应用较广。 多级逆流萃取为连续操作过程，可在多级混合—澄清槽中进行，亦可在塔式设备中进行。 计算内容：已知原料液量F(kg/h)及其组成xF，选定溶剂用量S及其组成ys的条件下，计算最终萃余相组成降至规定值xn时所需的理论级数。 SR S yS En yn E3 y3 E2 y2 E1 y1 SE xF F x1 R1 x2 R2 xn-1 Rn-1 xn Rn 1 2 n 5.3.3.1 B、S部分互溶物系(I类) 1.三角形坐标图上的逐级图解法 原理： 总物料衡算：F+S=E1+Rn 即F-E1=Rn-S 第一级物料衡算：F+E2=R1+E1 即F-E1=R1-E2 第二级物料衡算：R1+E3=R2+E2 即R1-E2=R2-E3 第n级物料衡算：Rn-1+S=Rn+En 即Rn-1-En=Rn-S 可得： F-E1=R1-E2=R2-E3=……=Ri-Ei+1=……=Rn-1-En=Rn-S=Δ F-E1=R1-E2=R2-E3=……=Ri-Ei+1=……=Rn-1-En=Rn-S=Δ 表明：离开任一级的萃余相流量Ri与进入该级的萃取相流量Ei+1之差恒为常数△。 Δ可视为通过每一级的“净流量”，为一虚拟量。 因F-E1=Δ，故F、E1、Δ三点据杠杆规则知必在一条直线上，这条直线即为第1级操作线。 同理，Δ点也位于其它各操作线上，即Δ点为各条操作线上的共有点，称为操作点。即对任意一级，均存在共同的操作点△。 A B S