化工原理实验报告转盘萃取塔传质系数的测定

转盘萃取塔传质系数的测定化工原理试验报告——转盘萃取塔传质系数的测定姓名：XXX学号：XXXXXXXXXXX学院：化学与化工学院专业：化学工程与工艺年级：20XX级试验日期： 20XX年XX月XX日3.6L/h5.6L/h500r/min福建师范大学FujianNormalUniversity转盘萃取塔传质系数的测定转盘萃取塔传质系数的测定10转盘萃取塔传质系数的测定一、试验目的1、了解液-液萃取原理及萃取操作的根本流程；2、了解转盘萃取塔的根本构造和操作方法；3、把握萃取塔传质系数的测定方法，了解强化萃取塔传质效率的方法。二、试验内容本试验以水为萃取剂，萃取煤油中的苯甲酸，在不同条件下，测定塔顶、塔底轻重相中苯甲酸的浓度，并计算萃取塔传质系数。三、试验原理1、萃取原理液液萃取〔原料液中参加一种与其不互溶或局部称为液液萃取。在萃取过程中，所用的溶剂称为萃取剂〔记为S〕，原料液中为B〕。萃取剂应对溶质具有较大的溶解力量，与稀释剂应不互溶或小局部互溶。简洁萃取过程1萃取过程示意图图1是一种简洁萃取过程示意图。将萃取剂加到混合液中，搅S为主，溶有较多溶质，称为萃取相〔E〕，B为主，且含有未被萃取完的溶质，称为萃余相〔记为R〕。萃取操作组成的萃取相E和萃余相R。本试验设计本试验操作中，以水为萃取剂，从煤油中萃取苯甲酸。所以，水E〔又称为连续相、重相〕，R〔又称为分散相、轻相〕。萃取过程中，苯甲酸局部地从萃余相R转移至萃取相E。2、萃取设备的特点过程具有相像之处，但也有所差异。在液液系统中，两相间的密度差较小，分散的两相分层分别力量不高。因此，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别，需要分层段，以保证有足够的停留时间，让分散的液相分散，实现两相的分别。3、萃取塔传质系数的计算按萃取相计算的体积总传质系数为𝐾YEa

＝S/(𝐻OEA)按萃取相计算的传质单元高度𝐻OE为OE𝐻 ＝𝐻/𝑁OEOE萃取相传质单元数NOE的计算公式为𝑌𝐸𝑏𝑁 = ∫

𝑑𝑌𝐸 )上面三个公式中：S—水流量，kg/h。

𝑂𝐸

(𝑌∗𝐸

−𝑌𝐸A—萃取塔横截面积，m2；H—萃取塔的有效高度；Et𝑌 kg苯甲酸/kg水；Et本试验中YEt＝0；Eb𝑌 —苯甲酸离开塔底萃取相质量比组成，kg/kg水；EbE𝑌—苯甲酸在塔内某一高度处萃取相质量比组成，kg/kgE水。𝑌∗—与苯甲酸在塔内某一高度处萃余相组成XR成平衡的萃取相Ekg苯甲酸/kg水。利用YE~XR图上的平衡曲〔见附录与操作线可求得 1 ~𝑌𝐸𝐸𝐸四、试验装置1、装置流程本试验承受桨叶式旋转萃取塔，塔内设有16个环形隔板，将塔装的由3片桨叶组成的搅动装置。塔下部和上部轻重两相的入口管200mm，分别形成两个分别段，轻重两相将在分别段内分别。塔顶流出；重相由塔顶进入作为连续相向下流淌至塔底经π出；轻重两相在塔内呈逆向流淌。本试验以水为萃取剂，从煤油中萃液体的体积流量不发生变化。2、主要设备参数1主要设备的相关参数萃取塔主要参数萃取塔内径/mm37萃取塔高度/mm1000有效高度/mm750煤油密度/kg·𝑚3800清水密度/kg·𝑚31000水泵、油泵主要参数材质不锈钢型号WD50/025额定电压/V380额定功率/W250扬程/m10.5转子流量计主要参数材质不锈钢型号LZB-4量程/L·ℎ110精度/级1.5转子密度/kg·𝑚37900无极调速器主要参数调速范围/r·𝑚𝑖𝑛10~8002萃取塔试验装置流程简图1-π型管；2-电机；3-萃取塔；4-煤油放液阀；5-煤油泵；6、18-取样阀；7-煤油箱；8、13、17-球形阀；9、14-流量调整阀；10、15-回路调整阀；11-排空阀；12-煤油回收箱；16-水箱；19-水排液阀；20-水泵；21-阀门五、试验内容1、首先在水箱内放满水，在最左边的贮槽内倒入配制好的轻相入口煤油约10kg，分别开动水相和煤油相送液泵的开关，翻开两相回流阀，使其循环流淌。2、全开水转子流量计调整阀，将水〔重相〕送入塔内。当塔内π口之间中点左右的位置上。3600r/min。防止马达“飞转”损坏设备。4、将煤油〔轻相〕流量调至指定值，并留意准时调整π形管高公式对流量计的读数进展修正后数据才能使用。5、操作过程中，要确定避开塔顶的两相界面过高或过低。假设两相界面过高，到达轻相出口的高度，则将会导致重相混入轻相贮槽。630min后，用锥形瓶收集轻相进、出口样品各假设转变操作条件进展其次个试验点的测试，需再稳定约30min，否转变操作条件后，需要较长稳定时间。8、用容量分析法分析样品浓度。具体方法如下：用移液管分别10mL，25mL0.01NNaOH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10mL9、试验过程中时刻留意保持试验场地干净。试验完毕后，教师认可后，关闭两相流量计，将调速器调至零位，使搅拌轴停顿转动，下爆炸隐患。洗净器，清理试验场地，一切复原。六、试验数据及数据处理1、主要参数1萃取塔主要参数表塔型 桨叶式搅拌萃取塔萃取塔内径萃取塔有效高度溶质A重相轻相

37mm0.75m苯甲酸煤油水水7900kg/m3

800kg/m31000kg/m32萃取塔工艺参数表工程及单位数值塔内温度〔℃〕21.0浆叶转速〔rpm〕500水转子流量计读数〔L·ℎ1〕3.6煤油转子流量计读数〔L·ℎ1〕5.6工程及单位〕样品体积〔mL〕

数值0.0103310.0012.00塔底轻相𝑋𝑅𝑡

苯甲酸浓度〔kgA·kg𝐵1 样品体积〔mL〕苯甲酸浓度〔kgA·kg𝐵1 样品体积〔mL〕苯甲酸浓度〔kgA·kg𝐵1 萃取率η

1.89×10310.002.103.31×10425.0015.709.89×10452.33%2、数据处理过程：水流量为读取值：3.6𝐿⁄ℎ校正实际煤油量：𝜌(𝜌 −𝜌) 1000×(7900−800)𝑞 =𝑞 ×√1 𝑓 2 =5.6×√ =6.20𝐿⁄ℎ油 油 𝜌2

(𝜌𝑓

−𝜌1

) 840×(7900−1000)塔底轻相浓度、塔顶轻相浓度、塔底重相浓度计算如下：𝑋 =

𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻

×𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻

×

苯甲酸

=12.00×0.01033×122𝑅𝑏

10×800 10×800=1.89×10−3(𝑘𝑔苯甲酸⁄𝑘𝑔煤油)𝑋 =

𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻

×𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻

×

苯甲酸

=2.10×0.01033×122𝑅𝑡

10×800 10×800=3.3110−4(𝑘𝑔苯甲酸⁄𝑘𝑔煤油)𝑌 =

𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻

×𝑁𝑁𝑎𝑂𝐻

×

苯甲酸

=15.70×0.01033×122𝐸𝑏

10×800 25×800=9.89×10−4(𝑘𝑔苯甲酸⁄𝑘𝑔煤油)𝑌η=𝑋𝑅𝑏

=9.89×10−4=52.33%1.89×10−3依据煤油-水-苯甲酸系统平衡曲线，绘制在21℃下苯甲酸在水和煤油中的平衡浓度制成图像，并简化为一过原点的直线。在图上找到与𝑌𝐸𝑏相对应的苯甲酸在煤油中的平衡浓度𝑋∗得：𝑌𝐸𝑏

=9.89×104 ⁄𝑘𝑔煤油)时，𝑋∗1

=1.33103 (𝑘𝑔苯甲酸⁄𝑘𝑔煤油)𝑋∗=02

𝑋1 𝑑𝑋 𝑋 𝑋𝑁 =∫

1 2𝑂𝑅

𝑋2

𝑋 𝑋∗ ∆𝑋𝑚∆𝑋𝑚

(𝑋=

𝑋∗)1𝑋

(𝑋2𝑋∗

𝑋∗)2ln 1 1𝑋 𝑋∗222=(1.89×103 1.33×103 ) (3.31×104 0)ln1.89×103 1.33×103ln3.31×104 0=0.44×103𝑁𝑂𝐸

2∆𝑋𝑚

=1.89×103 3.31×10 40.44×103

=3.54传质单元高度

𝐻=𝑁𝜋

750=3.54𝜋

=211.86𝑚𝑚=0.212𝑚塔的横截面积：A=

4𝑑2

=4×0.0372=1.075×103 𝑚2水流量：S=𝑞油

×𝜌油

×103 =6.20×840×103 =5.21𝑘𝑔⁄ℎ

= 𝑆

5.21𝑌𝐸𝑎

𝐻𝑂𝐸

𝐴 0.212×1.075×103=22.86×103𝑘𝑔⁄(𝑚3·ℎ)计算及试验结果列于下表𝐾𝑌𝐸𝑎

工程及单位水流量〔L·ℎ1 〕煤油实际流量〔L·ℎ1 萃取塔转速/rmp传质单元数𝑁𝑂𝐸体积总传质系数⁄𝑘𝑔𝐴·[𝑚3·ℎ·(𝑘𝑔𝐴⁄𝑘𝑔𝑆)]1

5.216.205003.540.21222.86×103原始数据记录〔见附件〕七、试验结果与争论1、试验过程中我们小组严格遵守试验室规章，认真听取教师的讲解，并理解思考操作原理和步骤。在操作过程中，我们始终在尝试得当。虽然稳定时间较长，操作过程较慢，但是在这过程中，我们急躁等待，并认真查找调整方法，最终使试验效率得到有效的提高。210mL纯洁水稀释，导致重配置溶液，延长的整个试验操作的时间。3这点还是比较好的。4、在数据记录中，我们小组对数据取值、保存数值这方面的概去留意的。5、试验收获试验前肯定要认真认真阅读讲义，了解试验原理、设备、流程及留意事稳的做好试验。这点是格外好的，所以也在这里建议教师，下一届的学弟学妹教师肯定要重点抓他们的预习。试验中的思路走，更好的完成试验的操作。其次，团队之间也要有合作精神。协调好每个人的任务，分工合今后肯定会留意并且改进。数据处理方法，从而求取出数据。八、思考题1、本试验操作中有哪些值得留意的关键点？你是如何处理的？为什么要这样做？答：操作时要留意的问题：参加苯甲酸要与煤油充分混合均匀；参加苯甲酸后开泵回流一段时间；避开溶液浓度不同导致误差变大。保证Π形管高度在一个适宜的范围，使其与标线等高，防止上面的轻相出口混入重相液体，影响产品分别效果。测量时取样应在同一时间，保证测量浓度为同一状态下。2、重相出口为什么承受Π形管？Π形管的高度是怎么确定的？重相液体，影响产品分别效果，保证从底部采出纯度较高，由于分界要依据萃取段高度确定，一般应在分界面以下。3、液-液萃取设备与气液传质设备有何主要区分？答：液液系统中，两相间的重度差较小，界面张力也不大，所以为使两相逆流和两相分别，需要分层段，以保证有足