每小时处理2100kg醋酸水溶液设计书

1 每小时处理 2100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 。已知 25时，乙醚的密度为 741kg/相密度是 997kg/相粘度 10s，界面张力 =m 。 二、 设计方案简介 三、 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 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 2 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。 针对题目的要求，我们选用了转盘塔作为萃取设备。转盘塔的结构如下图所示： 3 萃取条件： 处理量： 2100kg/h 原料组成： 8，原料液的平均分子量是 离要求：萃余液中醋酸的摩尔分率低于 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 所涉及的浓度范围内，水与 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 的平衡关系为： 式中 y溶质 4 x溶质 四、流程选择 考虑到过程的经济性，需要对萃取剂 环使用，同时由于 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 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 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 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(R( 5 当萃取剂用量不断减少时，排除的萃取相中溶质 萃取相出口中溶质 A 的浓度 ，萃取剂用量最小，故将上式中的 替，且取溶剂的入口浓度 1y 摩尔分率） 则可得过程的最小溶剂比为： 01m i n 010 . 0 8 0 . 0 0 5 0 . 6 1 0 71 . 5 6 0 . 0 8 0 . 0 0 2y y 取实际溶剂比为最小溶剂比的 则实际溶剂比为 1 . 2 0 . 6 1 0 7 0 . 7 3 2 8 于是得萃取剂用量为 21000 . 7 3 2 8 7 2 . 62 1 . 2E （ ） 96911（ kg/h） 根据塔的物料衡算，可得该萃取塔的操作线方程为： 11()x x 1 . 3 6 4 6 ( 1 . 3 6 4 6 0 . 0 0 5 0 . 0 0 2 )x 31 . 3 6 4 6 4 . 8 3 2 1 0x 利用操作线方程，可以求得萃取相出口溶质的摩尔分率为： 31 1 . 3 6 4 6 4 . 8 3 2 1 0 31 . 3 6 4 6 0 . 0 8 4 . 8 3 2 1 0 6 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 转盘萃取塔中进行实验， 1、 物性数据 所涉及的物性数据如下表所示。 2、 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 0 . 5 0 . 7 m固定环直径 0 . 7 5 1 . 0 5 m转盘间距 1 0 . 2 36 m物性数据 参数 密度 /（ m ） 粘度 /（ s） 界面张力 /（ N/m） 连续相 997 0 散相 1339 0 （ 1） 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 2 0 . 5( 8 ) 34 (1 ) 有 7 临界滞留分率 2 0 . 1 5( 3 . 4 4 8 3 . 4 4 ) 3 3 . 4 4 0 . 4 1 4 64 (1 3 . 4 4 )f （ 2） 特性速度 根据该转盘塔的结构尺寸，可知 1 . 0 5 - 0 . 7 )( D - D ) / D = 0 . 2 5 1 / 2 41 . 4 故取式 0 . 9 1 . 0 2 . 3 0 . 9 2 . 61 2K C S R R D D D 中常数1K 转盘塔的转数 于 是 按 式0 . 9 1 . 0 2 . 3 0 . 9 2 . 61 2K C S R R D D D 得特性速度为 （ m/s） （ 3） 液泛速度 依据 2(1 2 ) (1 )C f k f 和 22 (1 )D f k f 得液泛速度为 连续相得表观流速为液泛气速的 60，则有 ( )() f D u uf= f 以 D=m) 圆整后，取塔径为 是，实际上，塔内连续相的流速为 324 3 . 8 0 1 0 (m/s) 分散相的流速为 8 24 0 . 0 1 3 0 6 (m/s) 3、塔高计算 （ 1）轴向扩散系数 由式 20 . 5 0 . 0 1 2 T R R u H D N 计算连续相（萃余相）的扩散系数得 . 5 0 . 0 1 2 ( ) ( ) o 322 . 0 4 5 1 0 ( / ) 分散相扩散系数 3(1 3 ) 2 4 . 0 9 1 1 0 （ 2）传质单元数 采用平均推动力法计算过程得传质单元数 0x00 0 . 1 0 4 30 . 0 8 0 . 0 1 3 1 11 . 5 6 1x 311 0 . 0 0 20 . 0 0 5 3 . 7 1 8 1 01 . 5 6 10130011( ) ( )7 . 4 5 3 1 0 表观传质单元数 ()0 . 0 8 0 . 0 0 5 1 0 . 0 67 . 4 5 3 1 0 （ 3）塔高计算 采用 计算塔高度，当 1时有 扩散单元高度 3332 . 0 4 5 1 0 4 . 0 9 1 1 00 . 9 5 1 . 8 0 1 43 . 8 0 1 0 0 . 0 1 3 0 6C 0H ()于是可求得真实传质单元数为 9 0 1 8 1 9 0 由式 0 . 51 . 5( ) 6 . 8( ) 6 . 8 U0 . 50 . 5( ) 6 . 8( ) 6 . 8 U . 50 . 5 0 . 2 500 . 0 51()o x U P 分别求得 、xf、yf、 萃取因子 1 . 5 6 7 2 6 1 . 1 4 3 29 9 0 . 7 0 . 51 . 5( ) 6 . 8( ) 6 . 8 U 0 . 50 . 5( ) 6 . 8( ) 6 . 8 U 萃余相贝克来数 3033 . 8 0 1 0 1 8 . 1 2 3 3 . 6 72 . 0 4 5 1 0C 萃取相贝克来数 0 30 . 0 1 3 0 6 1 8 . 1 2 5 7 . 8 44 . 0 9 1 1 0 所以，总贝克来数 10 11()ex e x y e yP f P f P 111( ) 2 2 . 8 90 . 9 6 2 0 3 3 . 6 7 1 . 1 4 3 2 1 . 0 3 6 5 7 . 8 4 0 . 50 . 5 0 . 2 500 . 0 51()o x U P 0 . 50 . 5 0 . 2 50 . 0 9 1 . 1 4 3 2( 1 ) 0 . 9 9 4 41 9 . 0 7 2 2 . 8 9 10 0x 1 8 . 1 2 0 . 7 5 6 50 . 9 9 4 4 l n 1 . 1 4 3 22 2 . 8 9111 . 1 4 3 2mo xp o x o H 0 . 9 5 0 . 7 5 6 5 1 . 7 0 6 5 ()o x p o x N T U 1 . 7 0 6 5 1 0 . 0 6 1 7 . 1 7 m 所得 为0需重设0H 新返回计算，经第二次迭代后得到 H （ 4）澄清高度计算 塔内两相的相对速度为 : 30 . 0 1 3 0 6 3 . 8 0 1 0 0 . 0 3 7 9 9 /1 0 . 4 1 4 6 1 0 . 4 1 4 6m s 截面收缩系数 221 . 0 5( ) ( ) 0 . 5 6 2 51 . 4 0 . 0 3 7 9 9 0 . 0 6 7 5 4 /0 . 5 6 2 5uu m 利用 法由判断液滴平均直径是否大于临界值。 当pd ， 0 . 2 8 0 . 1 0 . 1 8 0 . 2 8 3 0 . 1 0 . 1 80 . 5 5 0 . 5 54 . 9 6 4 . 9 6 3 4