化工分离工程05[1].ppt

1、第五章分离设备的处理能力和效率，人民教师：何寿林制作：何寿林，内容：1.影响传递设备的因素2 .确定效率的经验方法3 .仪器选择。 第五章分离设备的处理能力和效率，第一节气液传输设备的处理能力和效率第二节萃取设备的处理能力和效率第三节传输设备的选择，第一节气液传输设备的处理能力和效率，5.1.1气液传输设备的处理能力的影响因素5.1.2气液传输设备的效率及其影响因素5.1.3气液传输设备的效率填料塔液泛填料塔：(包括规则和乱积) L/V的降低、液体黏性系数的降低、填充剂的孔隙率的上升、比表面积的降低使液体的总速度上升。 雾卷入分离过程中的处理能力的界限表示方式是，雾卷入量和全点百分率板间距离降

2、低，塔负荷上升时雾卷入量上升。 压力降(与处理能力有关)真空操作：有上限板式塔。 构成降液管内液位高度的重要组成部分，压力降大，液位高，液位大，就会产生液泛。 停留时间长、效率高、处理能力低、停留时间短、效率低、处理能力高、产品品质差。 因此，5.1. 2气液传输设备的效率及其影响因素，一、效率的表示方法理论板与实际板的比较：引入效率概念，注意：1.2.不同成分的校正结果不同(二元除外)。 4 .填料塔的等板高度HETP HETP=填充高度/理论板数，二、从效率的影响因素反应历程分析1 .传递速度假设： a .板上空间瓦斯气体完全混合，进入液相的瓦斯气体组成与板上位置无关。 b .液相组成在垂

3、直方向上与液晶高度(z )无关。 有：瓦斯气体通过板上dz的微单元高度时的I成分的传达量，气相总传达单元数，二膜理论：2 .流型和混合效果的两个极端情况：两个极端情况的比较：美国化学工业学会(AIChE )模型：条件：仅停留时间纵向混合2 .小直经塔，板上的液体完全混合3、雾沫卷入是将重组成分含量高的液体放入上层架的上层架，降低轻成分浓度，雾沫卷入对板效率的影响：4、物性的影响液体黏性系数高，两相接触差，扩散系数低，传递速度低，效率低。 精馏：一般在高温下操作，效率高的吸收：一般在低温下工作，效率差。 由于密度梯度易挥发成分气化，在界面附近的表兄弟附近形成密度大的区域，位于低密度液体之上，产生

4、上下环流，传递系数提高。 表面张力易挥发的成分(MVC )表面张力小、正系易挥发的成分(MVC )表面张力大的负系表面张力梯度对泡沫稳定层的影响：自愈合的正系、自破坏的负系、正系：板式塔容易形成稳定的泡沫层，填料塔容易形成稳定的液体薄膜。 与负系统相反，泡沫和薄膜不稳定。 喷雾状态的表面张力梯度对液滴生成的效果：负系，液滴容易断裂，板效率高的正的系统相反。、传动设备的选择：正系统：泡接触状态方式选择负系统：喷射接触状态方式选择，进而，5.1.3气液传动设备效率的推定法一、经验法板式塔：统计图表(科内尔法)填料塔： HETP二、反应历程模型(为了预测扩大后的棚级效率)求得美国化学工业学会(AIC

5、hE ) 的提案方法： (5-10)(5-11)(5-11 )表5-1提取设备的分类、返回、第二节提取设备的处理能力和效率、5.2.1提取设备的处理能力和效率5.2.2影响提取塔效率的因素5.2.3提取塔效率、返回、一、设备的特性速度1 .关系式散布塔设置密度的关于分散相表观速度m/s连续相表观速度m/s分散相在塔内液相中所占的体积分数(慢液分率)、5.2.1萃取设备的处理能力和效率、分散相表观速度m/s连续相表观速度m/s分散相在塔内液相中所占的体积分数(慢液分率)单液其他类型的萃取设备，由于接触方式不同，故对(525 )进行了改良，用于填料塔， 由回转盘塔用、脉冲筛板塔分散相用的液滴不断产

6、生的过程：分散凝集再分散，2. uk取得法1 )测定2 )测定值的相关方程式：回转盘塔： (5-30 )脉冲塔： (5-31 )，二、临界保液分率和液泛速度，三、塔径的修正计算，填料塔的液泛速度如图5-13所示求出回转盘塔液泛速度：脉冲屏蔽塔液泛速度：临界速度、例5-2回转盘塔的直径，设试差法： D=2.1m，验证后进行四舍五入。 因此，5.2.2影响萃取塔效率的因子1、分散相液滴大小、二、液滴内的环流为二膜理论：总传递阻力=滴外阻力。 一般：滴外液体的流动阻力小，液滴内的液体流动的阻力大。 液滴相对运动时，界面处的摩擦力引起液滴内环流，减少液滴内阻力。 三、液滴凝聚和再分散散布塔、筛板塔：从

7、喷嘴、孔板分散的填料塔：从填充剂分散； 回转盘塔、脉动塔、离心萃取器：从施加能量中分散。 分散的好坏与物系的性质有关，液滴内侧的传质分系数低，引起液滴的凝聚和再分散，可以提高液滴内传质分系数。 四、界面现象表面张力、表面浓度液体从低表面张力区间流向高表面张力区间(表面推进力)。 在界面上不稳定的浓度变化会引起不稳定的表面张力变化。 1 .规模研究：静止双层液体沿平面界面相互接触时，a点浓度大于b点，且界面附近的流体从a点移动到b点，主流体补充到a点。 形成回旋流环，产生有规律的运动。 2 .不规则型，因为b点浓度降低界面从b点扩展，所以在子界面液相向表面b点被填埋。 由于补充液的表面张力比刚扩

8、张的液体高(浓度低)，刚扩张的液体微池反转，b周围的液体聚集在b上。 研究了一个湍流微观团从一个相主体碰撞界面，在界面处溶质浓度变化很大。 由于c.b周围的液体凝聚，最终形成与界面垂直的火山喷发样的喷气流，这种现象称为爆炸，使局部界面破裂。 2 .界面张力梯度对液滴大小的影响，溶质从液滴相传到连续相时，如果液滴的稳定性差，则液膜的稳定性好，液滴难以合并。 形成的液滴的平均直径小，相互接触表面大。 在设定、修订提取设备时，根据系统的性质正确选择二相。 b .溶质从连续相传递到液滴相的情况下，如果液膜的稳定性差，则形成的液滴容易合并，液滴的平均直径大，相间接触表面小。 3 .界面扰动现象对传递过程

9、的影响两个方面： a .根据界面张力的不同界面液体质点的时钟抖动和研制。加强界面附近的运动程度，提高影响传递系数b .液体合并和再分散的速度。 液滴尺寸的变更和传达物质表面的大小的抑制，4 .密度梯度的影响密度从上向下增加，由于重力场流体稳定。 例如：关于密度比水大的冰乙酸：从水向甲苯相的扩散稳定甲苯向水相的扩散不稳定、密度梯度稳定、将界面对流限制在界面附近有利于操作的不稳定的密度梯度产生远离界面的旋涡，渗透到主体相中。 不利于操作，5 .界面激活剂的影响a .降低液体表面张力，阻止界面运动b .在界面上形成吸附层，产生吸附传递阻力c .抑制滴内流体循环，降低液体沉降速度。 5 .轴向混合轴向

10、混合：并非理想的流动，而是偏离活塞流动的各种现象(包括逆混合、前混合等)。 关于实际的流动： a .连续相的流动方向的速度不均匀的b .从上面产生涡流，局部速度过大的话分散相的液滴会被卷入，反而有可能混合分散。 c .当分散相的液滴大小不均匀、上升、下降速度不同、速度大的部分的液滴混在分散相前、d .分散相的液滴流速大时，也会引起液滴周围的连续的逆混合。 轴向混合：改变两相浓度的轴向分布，大大降低传递推进力(图520 )，中试数据不能用于工业生产。 一般：在大型萃取塔中，90%的塔高用于补偿轴向混合的不良影响。 5.2.3萃取塔效率，操作：微分接触设备HETS :理论级当量高度(等板高度) H

11、TU :传输单元高度1，HETS塔高H=NT (HETS) HETS修正计算： a . 二、HTU (1)活塞流模型假定两相为活塞流动，轻方向为抽取相，重相为抽取相，相间的传递仅为水平方向。 (2)扩散模型假定除了相间传质以外，在各相中还存在基于轴向混合的塔高方向的溶质传递。进而第三节传递设备的选择、5.3.1气液传递设备的选择5.3.2萃取设备的选择、进而5.3.1气液传递设备的选择、一、板式塔和填料塔的选择考虑的问题： (1)系统物性腐食性；(2)塔的操作条件板式填料塔直径： 0.6m不限制设备费的小塔：大小大塔塔的操作方式间歇精馏：填料塔(减少中间馏分的提取)多根填充和侧线提取：板式塔(简便)、二、填充材料的选择(1)材质选择陶瓷、金属、塑料考虑：价格、硬度、腐食性(2)种类考虑：效率、压力、表面积、操作弹性等，5.3.2提取设