化工分離工程051

1、內(nèi)容：內(nèi)容：1.影響傳質(zhì)設(shè)備的因數(shù)；影響傳質(zhì)設(shè)備的因數(shù)；2.確定效率的經(jīng)驗(yàn)方法；確定效率的經(jīng)驗(yàn)方法；3.設(shè)備選型。設(shè)備選型。第一節(jié)第一節(jié) 氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率力和效率5.1.1 5.1.1 氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因數(shù)因數(shù) 傳質(zhì)設(shè)備：傳質(zhì)設(shè)備：板式塔；填料塔板式塔；填料塔u液泛：液泛：板式塔：板式塔：液泛氣速隨液泛氣速隨l/v下降而上升；下降而上升； 隨板間距增大而上升。隨板間距增大而上升。填料塔填料塔：（包括規(guī)整或亂堆）（包括規(guī)整或亂堆） l/v下降、液體粘度下降、填料孔下降、液體粘度下降、填料孔隙率升高、比表面積下降都會(huì)使液泛速度隙率

2、升高、比表面積下降都會(huì)使液泛速度上升。上升。u霧沫夾帶霧沫夾帶 分離過程中為處理能力的極限分離過程中為處理能力的極限 表示方式：表示方式：霧沫夾帶量或泛點(diǎn)百分率霧沫夾帶量或泛點(diǎn)百分率板間距下降、塔負(fù)荷上升會(huì)使霧沫夾帶量上升。板間距下降、塔負(fù)荷上升會(huì)使霧沫夾帶量上升。u壓力降壓力降（與處理能力有關(guān)）（與處理能力有關(guān)） 真空操作：真空操作：有一上限有一上限 板式塔：板式塔：構(gòu)成降液管內(nèi)液位高度重要組成部分，壓構(gòu)成降液管內(nèi)液位高度重要組成部分，壓力降大，液位高，若很大，就會(huì)產(chǎn)生液泛。力降大，液位高，若很大，就會(huì)產(chǎn)生液泛。u停留時(shí)間停留時(shí)間 停留時(shí)間長，效率高，處理能力低；停留時(shí)間長，效率高，處理能力

3、低； 停留時(shí)間短，效率低，處理能力高，產(chǎn)品質(zhì)量差。停留時(shí)間短，效率低，處理能力高，產(chǎn)品質(zhì)量差。5.1.2 5.1.2 氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因數(shù)因數(shù)一、效率的表示方法一、效率的表示方法 理論板與實(shí)際板比較：理論板與實(shí)際板比較：理理 論論 板板實(shí)實(shí) 際際 板板 1. 氣液兩相完全混合氣液兩相完全混合，板上濃度均一。，板上濃度均一。 板上液相濃度徑向分板上液相濃度徑向分布，液體入口處濃度高布，液體入口處濃度高，進(jìn)入的氣相各點(diǎn)濃度，進(jìn)入的氣相各點(diǎn)濃度不相同。不相同。 有霧沫夾帶、漏液、液有霧沫夾帶、漏液、液相夾帶汽相等。相夾帶汽相等。4. 無霧沫夾帶、漏液無霧沫夾帶、漏

4、液、液相夾帶汽相等。、液相夾帶汽相等。 不均勻流動(dòng)，各點(diǎn)停留不均勻流動(dòng)，各點(diǎn)停留時(shí)間不同。時(shí)間不同。3. 均勻流動(dòng)，各點(diǎn)停均勻流動(dòng)，各點(diǎn)停留時(shí)間相同。留時(shí)間相同。 達(dá)到平衡要無限長時(shí)間。達(dá)到平衡要無限長時(shí)間。影響因數(shù)：塔板結(jié)構(gòu)，流影響因數(shù)：塔板結(jié)構(gòu)，流 動(dòng)情況、物性、動(dòng)情況、物性、 平衡關(guān)系。平衡關(guān)系。2. 離開板的氣液相濃離開板的氣液相濃度達(dá)到平衡度達(dá)到平衡傳質(zhì)量：傳質(zhì)量： 實(shí)際板實(shí)際板理論板理論板iiiixkyy *)(1* jiyyv 引入效率概念引入效率概念成平衡成平衡與與，jijijijijijimliyxxxxxe,*,1,*,1, 實(shí)實(shí)理理定義：定義：全塔效率全塔效率nneett

5、 . 1成平衡成平衡與與，jijijijijijimvixyyyyye,*,1,*,1, mvie，默默弗弗里里板板效效率率.2j-1jxi,j-1xi,jyi,j+1yi,j 注意：注意：1.2. 不同組分計(jì)算結(jié)果不同不同組分計(jì)算結(jié)果不同（二元除外）。（二元除外）。 mlimviee， 成平衡成平衡與與jijijijijijiogixyyyyye,*,1,*,1, ogie，點(diǎn)點(diǎn)效效率率.3j-1jxi,j-1xi,jyi,j+1jj，假設(shè)：假設(shè)：流體垂直方向完全混合流體垂直方向完全混合在一垂直處在一垂直處 jj處：處：jiy,jix,4. 填料塔的等板高度 hetp hetp=填料層高度/

6、理論板數(shù)二、效率的影響因素二、效率的影響因素 從機(jī)理上分析從機(jī)理上分析1.傳質(zhì)速率傳質(zhì)速率 假設(shè)：假設(shè)： a. 板上空間氣體完全混合，進(jìn)入液相氣體組成板上空間氣體完全混合，進(jìn)入液相氣體組成與板上位置無關(guān)。與板上位置無關(guān)。 b. 液相組成在垂直方向上與液層高度液相組成在垂直方向上與液層高度(z)無關(guān)。無關(guān)。有：氣體通過板上有：氣體通過板上dz的微元高度時(shí)的微元高度時(shí)i組分的傳遞量組分的傳遞量 322*/)65()(mmasmmolgdzdayyakdydagiiyi比表面積，比表面積，鼓泡層中的氣液接觸鼓泡層中的氣液接觸）（的氣相摩爾流率，的氣相摩爾流率，積上積上單位時(shí)間，單位截面單位時(shí)間，單位

7、截面 )75(ln)65(1,*,*, ogjijijijiynyyyygazk：積分積分的的關(guān)關(guān)系系：與與ogogenognjijijijijijijijiogeyyyyyyyye 1,*,*,1,*,1,11氣相總傳質(zhì)氣相總傳質(zhì)單元數(shù)單元數(shù)點(diǎn)效率點(diǎn)效率)85(11 gazknogyogeee由雙膜理論：由雙膜理論：mvlnnnlgog 111和和篩篩板板塔塔研研究究結(jié)結(jié)果果：塔塔據(jù)據(jù)美美國國化化工工學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)對(duì)對(duì)泡泡罩罩）（液相傳質(zhì)單元數(shù)液相傳質(zhì)單元數(shù)115 ln）（氣相傳質(zhì)單元數(shù)氣相傳質(zhì)單元數(shù)105 gn2. 流型和混合效應(yīng)流型和混合效應(yīng) 二種極端情況：二種極端情況：1,*,1,)1( j

8、ijijijiogijijijijiyyyyeyyxx板上液體完全混合板上液體完全混合mvijijijijieyyyy,1,*,1, 這時(shí)：這時(shí)：ognogmveee 1(5-14)研究：研究：且停留時(shí)間相同。且停留時(shí)間相同。板上液體完全不混合板上液體完全不混合活塞流活塞流lewis)()2(）（）（155 1/ ogemvee兩種極限情況的比較：兩種極限情況的比較：ogmvogmveeee 完全不混合完全不混合完全混合完全混合說明：說明：1. 1越越大大。越越小小，而而且且增增大大合合作作用用減減弱弱，使使一一定定時(shí)時(shí)：液液體體混混當(dāng)當(dāng)mvmvogeen ,. 2完全混合完全混合完全不混合完

9、全不混合ogmvee /oge圖圖 5-41mvl 與流體總方向垂直與流體總方向垂直橫向混合橫向混合與流體總方向平行與流體總方向平行縱向混合縱向混合。響響板上液體以不同方式影板上液體以不同方式影板上液體部分混合板上液體部分混合ogmvee)3( ogemveb向向移移動(dòng)動(dòng)，使使混混合合向向完完全全混混合合曲曲線線方方中中體體現(xiàn)現(xiàn)趨趨向向由由完完全全不不，圖圖組組成成更更接接近近于于出出口口組組成成液液體體減減小小，使使得得所所有有位位置置上上促促使使液液體體沿沿流流程程濃濃度度差差縱縱向向混混合合：45.兩條曲線之間。兩條曲線之間。關(guān)系曲線位于圖關(guān)系曲線位于圖與與45. mvogmveeea。

10、合合也也應(yīng)應(yīng)該該使使分分縱縱向向混混合合時(shí)時(shí)，橫橫向向混混。若若存存在在部部合合時(shí)時(shí)，可可使使均均一一情情況況。若若無無縱縱向向混混接接近近停停留留時(shí)時(shí)間間和和反反混混造造成成的的不不利利影影響響減減少少了了停停留留時(shí)時(shí)間間不不均均一一橫橫向向混混合合： ogemveogemvec,.美國化工學(xué)會(huì)（美國化工學(xué)會(huì)（aiche）模型：）模型：條件：條件：僅停留時(shí)間均一下縱向混合（無橫向混合）僅停留時(shí)間均一下縱向混合（無橫向混合）155)165(頁頁 ogmvee1412/1951252122 ）（板）板）（適用于泡罩板和篩孔（適用于泡罩板和篩孔渦流擴(kuò)散系數(shù)，渦流擴(kuò)散系數(shù)，）（板上平均停留時(shí)間，板上

11、平均停留時(shí)間，）（）準(zhǔn)數(shù)）準(zhǔn)數(shù)彼克來（彼克來（式中：式中：eogeelleepepsmdstpeclettdlp 書中有錯(cuò)書中有錯(cuò)對(duì)（對(duì)（516）作圖：）作圖：ogmveogmveeogogmveepeepbapeee 完全混合完全混合完全不混合完全不混合圖圖0,55 討論：討論：1. 不均勻流動(dòng)、環(huán)流對(duì)塔板效率產(chǎn)生不利不均勻流動(dòng)、環(huán)流對(duì)塔板效率產(chǎn)生不利影響影響（點(diǎn)效率下降）（點(diǎn)效率下降）；2. 小直經(jīng)塔，板上液體為完全混合；小直經(jīng)塔，板上液體為完全混合；3. 大直經(jīng)塔，板上液體不混合性增強(qiáng)。大直經(jīng)塔，板上液體不混合性增強(qiáng)。綜上所述：綜上所述：1. 完全混合板效率等于點(diǎn)效率；完全混合板效率等于

12、點(diǎn)效率；2. 液相縱向不完全混合，使液相縱向不完全混合，使 對(duì)板效率對(duì)板效率 起明顯有利的影響；起明顯有利的影響；2. 不均勻流動(dòng)、環(huán)流會(huì)產(chǎn)生不利影響不均勻流動(dòng)、環(huán)流會(huì)產(chǎn)生不利影響 液相橫向混合，能削這種的影響，液相橫向混合，能削這種的影響， 使使 ；3. 隨塔經(jīng)增大，縱向不完全混合性的隨塔經(jīng)增大，縱向不完全混合性的 有利影響下降，不均勻流動(dòng)趨于嚴(yán)重。有利影響下降，不均勻流動(dòng)趨于嚴(yán)重。 ogmvee ogmvee3.霧沫夾帶霧沫夾帶 使重組分含量高的液體進(jìn)入上層塔板使重組分含量高的液體進(jìn)入上層塔板 上層塔板輕組分濃度下降上層塔板輕組分濃度下降霧沫夾帶對(duì)板效率的影響：霧沫夾帶對(duì)板效率的影響：霧霧

13、沫沫夾夾帶帶量量）（：有有霧霧沫沫夾夾帶帶下下的的板板效效率率eeeeeeeeemvamvmvaa ;114.物性的影響物性的影響液體粘度液體粘度 粘度高，兩相接觸差，擴(kuò)散系數(shù)低，傳質(zhì)速率粘度高，兩相接觸差，擴(kuò)散系數(shù)低，傳質(zhì)速率低，效率低。低，效率低。 精餾：精餾：一般在較高溫度下操作，效率要高；一般在較高溫度下操作，效率要高； 吸收：吸收：一般在較低溫度下操作，效率要低。一般在較低溫度下操作，效率要低。密度梯度密度梯度 由于易揮發(fā)組分氣化，靠近界面處形成一個(gè)密由于易揮發(fā)組分氣化，靠近界面處形成一個(gè)密度較大區(qū)域，位于低密度液體之上，產(chǎn)生上下環(huán)度較大區(qū)域，位于低密度液體之上，產(chǎn)生上下環(huán)流，從而提

14、高傳質(zhì)系數(shù)。流，從而提高傳質(zhì)系數(shù)。液體流動(dòng)液體流動(dòng)流動(dòng)流動(dòng)表面張力表面張力 易揮發(fā)組分（易揮發(fā)組分（mvc）表面張力較?。┍砻鎻埩^小 正正系統(tǒng)系統(tǒng) 易揮發(fā)組分（易揮發(fā)組分（mvc）表面張力較大）表面張力較大 負(fù)負(fù)系統(tǒng)系統(tǒng)表面張力梯度對(duì)泡沫穩(wěn)定層的影響：表面張力梯度對(duì)泡沫穩(wěn)定層的影響：液體流動(dòng)液體流動(dòng)流動(dòng)流動(dòng)低低xmvc高表面張力高表面張力高高xmvc低表面張力低表面張力自愈合的正系統(tǒng)自愈合的正系統(tǒng)低低xmvc低表面張力低表面張力高高xmvc高表面張力高表面張力自破壞的負(fù)系統(tǒng)自破壞的負(fù)系統(tǒng)正系統(tǒng)：正系統(tǒng)：板式塔易形成穩(wěn)定的泡沫層，板式塔易形成穩(wěn)定的泡沫層， 填料塔易形成穩(wěn)定的液體薄膜。填料塔易

15、形成穩(wěn)定的液體薄膜。負(fù)系統(tǒng)；負(fù)系統(tǒng)；反之，泡沫、薄膜不穩(wěn)定。反之，泡沫、薄膜不穩(wěn)定。提高傳質(zhì)提高傳質(zhì)效率效率噴霧狀態(tài)噴霧狀態(tài) 表面張力梯度對(duì)液滴生成的效應(yīng)：表面張力梯度對(duì)液滴生成的效應(yīng)：液體液體蒸汽蒸汽較低的表面張力較低的表面張力低低xmvc負(fù)系統(tǒng)：負(fù)系統(tǒng)：負(fù)系統(tǒng)，液滴易斷裂，板效率高；正系統(tǒng)反之。負(fù)系統(tǒng)，液滴易斷裂，板效率高；正系統(tǒng)反之。傳質(zhì)設(shè)備的選?。?正系統(tǒng)：選用泡沫接觸狀態(tài)方式 負(fù)系統(tǒng)：選用噴射接觸狀態(tài)方式液體液體蒸汽蒸汽低低xmvc正系統(tǒng)：正系統(tǒng)：較高的表面張力較高的表面張力5.1.3 5.1.3 氣液傳質(zhì)設(shè)備效率的估計(jì)法氣液傳質(zhì)設(shè)備效率的估計(jì)法一、經(jīng)驗(yàn)法一、經(jīng)驗(yàn)法 板式塔：查圖（奧

16、康奈爾法）板式塔：查圖（奧康奈爾法） 填料塔：求填料塔：求hetp二、機(jī)理模型二、機(jī)理模型（用來預(yù)測放大后塔板效率）（用來預(yù)測放大后塔板效率）美國化工學(xué)會(huì)（美國化工學(xué)會(huì)（aiche）提出方法：）提出方法：（5-10）（）（5-11）（）（5-12）eog、pe查圖查圖5-5：mvogmveogeeepe 計(jì)算計(jì)算查圖查圖、由由55 由圖由圖5-8：fu氣相速度氣相速度泛點(diǎn)百分率：泛點(diǎn)百分率：）（求求）（由由smukfglgfv/5 . 0 （泡罩塔、（泡罩塔、查圖查圖、板間距、板間距已知已知vlgkvl 85 篩板塔液泛極限）篩板塔液泛極限）evllg 9595查查圖圖、泛泛點(diǎn)點(diǎn)百百分分率率已

17、已知知：由由圖圖 （夾夾帶帶分分率率）由（由（5-20）：）：有有霧霧沫沫夾夾帶帶下下的的板板效效率率:)205()1(1amvmvaeeeeee 方法特點(diǎn)：方法特點(diǎn)： 1. 預(yù)測放大塔徑后的板效率預(yù)測放大塔徑后的板效率 2. 計(jì)算復(fù)雜計(jì)算復(fù)雜習(xí)題： p181 1題表表5-1 5-1 萃取設(shè)備的分類萃取設(shè)備的分類 型式型式逐極接觸式逐極接觸式微分接觸式微分接觸式無外加能量無外加能量篩板塔篩板塔噴灑塔、填料塔噴灑塔、填料塔具有外具有外加能量加能量攪動(dòng)攪動(dòng)混合澄清器混合澄清器攪拌填料塔攪拌填料塔轉(zhuǎn)盤塔轉(zhuǎn)盤塔攪拌擋板塔攪拌擋板塔脈沖脈沖脈沖篩板塔脈沖篩板塔脈沖混合澄清器脈沖混合澄清器脈沖填料塔脈沖填

18、料塔離心力離心力逐極接觸離心逐極接觸離心萃取器萃取器連續(xù)接觸離心連續(xù)接觸離心萃取器萃取器5.2.1 5.2.2 5.2.3 一、設(shè)備的特性速度一、設(shè)備的特性速度1.關(guān)系式關(guān)系式u噴灑塔噴灑塔設(shè)：密度小的相為連續(xù)相，連續(xù)向上運(yùn)動(dòng)設(shè)：密度小的相為連續(xù)相，連續(xù)向上運(yùn)動(dòng); 密度大的相為分散相，液滴在連續(xù)相中自由沉降。密度大的相為分散相，液滴在連續(xù)相中自由沉降。 分散相空塔速度分散相空塔速度 m/s 連續(xù)相空塔速度連續(xù)相空塔速度 m/s 分散相在塔內(nèi)液相中所占體積分率（滯液分率）分散相在塔內(nèi)液相中所占體積分率（滯液分率）5.2.1 5.2.1 萃取設(shè)備的處理能力和效率萃取設(shè)備的處理能力和效率cududf

19、 fsmusmudcdd/1/f ff f 連續(xù)相液體速度：連續(xù)相液體速度：分散相液體速度：分散相液體速度：（注：方向相反）（注：方向相反）（215 dcddsuuuf ff f 1兩相的相對(duì)速度：兩相的相對(duì)速度：）（）（）（）代入）代入（將：將：dtdccdpsdcddmugduf ff f f f f f 111821）（245 液體混合物液體混合物連續(xù)相；連續(xù)相；分散相；分散相；度：度：在混合液中自由沉降速在混合液中自由沉降速個(gè)液體個(gè)液體由斯托克斯定律計(jì)算單由斯托克斯定律計(jì)算單）（mcdcmdpsgdu 182 ：分散相液體平均直徑：分散相液體平均直徑pd）（255)1()1(: )24

20、5()215(2 dcdddtuuuf ff ff f之間的關(guān)系之間的關(guān)系與與、表示：表示：tdcduuuf f適用于噴灑塔適用于噴灑塔 分散相空塔速度分散相空塔速度 m/s 連續(xù)相空塔速度連續(xù)相空塔速度 m/s 分散相在塔內(nèi)液相中所占體積分率（滯液分率）分散相在塔內(nèi)液相中所占體積分率（滯液分率） 單液滴在純連續(xù)相中的自由沉降速度，與操作條件單液滴在純連續(xù)相中的自由沉降速度，與操作條件 無關(guān)。無關(guān)。cududf ftu）（：代替代替用用265)1()1(2 dcdddktkuuuuuf ff ff fu對(duì)于其他類型萃取設(shè)備：對(duì)于其他類型萃取設(shè)備： 由于接觸方式不同，對(duì)（由于接觸方式不同，對(duì)（5

21、25）改進(jìn)）改進(jìn).。，其它情況，進(jìn)行測定，其它情況，進(jìn)行測定對(duì)于噴灑塔對(duì)于噴灑塔tkuu . 4物物性性和和設(shè)設(shè)備備特特性性。計(jì)計(jì)算算取取決決于于萃萃取取物物系系的的. 3無關(guān)。無關(guān)。、與與cduu. 2。性性質(zhì)質(zhì)，但但不不是是具具有有ttkuuu. 1:u用于填料塔用于填料塔為填料的孔隙率為填料的孔隙率）（ f f f fff275)1()1(2 dcdddkuuu）（2851)1( dcddndkukuuf ff ff fu用于轉(zhuǎn)盤塔用于轉(zhuǎn)盤塔1 . 22411241 kdrdsdkdrdsd時(shí)時(shí)，）（當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)，）（當(dāng)當(dāng)式式中中：塔徑塔徑轉(zhuǎn)盤直經(jīng)轉(zhuǎn)盤直經(jīng)固定環(huán)內(nèi)經(jīng)固定環(huán)內(nèi)經(jīng)drdsdu用于

22、脈沖篩板塔用于脈沖篩板塔 分散相液滴不斷發(fā)生該過程：分散相液滴不斷發(fā)生該過程： 分散分散凝聚凝聚再分散再分散 ）（2951)1( dcddndkuuuf ff ff f2. uk獲取法獲取法1）測定；）測定；2）由測定值關(guān)聯(lián)方程：）由測定值關(guān)聯(lián)方程： 轉(zhuǎn)盤塔：轉(zhuǎn)盤塔： （5-30） 脈沖塔：脈沖塔： （5-31）二、臨界持液分率與液泛速度二、臨界持液分率與液泛速度作圖作圖對(duì)對(duì)）：）：對(duì)于（對(duì)于（。分散相液體液泛速度分散相液體液泛速度連續(xù)相液泛速度；連續(xù)相液泛速度；凝界持液分率；凝界持液分率；dkuduuuudcdddkdfucfudff ff ff ff ff f 2)1()1(265實(shí)際不存

23、在df fkudu不變不變cu泛點(diǎn)泛點(diǎn)cfcdfddfduuuu為為；為為；為為頂頂點(diǎn)點(diǎn)討討論論：f ff f. 1寸寸、設(shè)設(shè)備備類類型型無無關(guān)關(guān)。有有關(guān)關(guān)，與與物物性性、液液滴滴尺尺只只與與，表表明明不不含含特特性性常常數(shù)數(shù)）（將將二二式式合合并并：）（）（）（）（求求分分散散相相泛泛點(diǎn)點(diǎn)速速度度求求連連續(xù)續(xù)相相泛泛點(diǎn)點(diǎn)速速度度cfdfdfkdfudccfudduuuuuuudcf ff ff f)355(35534503350. 3 滴滴被被連連續(xù)續(xù)相相帶帶走走。，或或部部分分分分散散相相液液液液泛泛時(shí)時(shí)，發(fā)發(fā)生生液液滴滴合合并并. 2125. 4 ，得得圖圖若若聯(lián)聯(lián)立立求求解解以以上上三

24、三方方程程三、塔徑的計(jì)算三、塔徑的計(jì)算填料塔的液泛速度填料塔的液泛速度 如圖如圖5-13。轉(zhuǎn)盤塔液泛速度：轉(zhuǎn)盤塔液泛速度：;)305(ku ;)355(dff f cfu )335(dff f )385(;)375(cfu ;)365(dfu 脈沖篩板塔液泛速度：脈沖篩板塔液泛速度：）（）（）（或或設(shè)計(jì)速度：設(shè)計(jì)速度：4054)395(44)7060(u dcdcddccfuuvvduvuvdu 臨界速度臨界速度例例5-2 求轉(zhuǎn)盤塔的直徑求轉(zhuǎn)盤塔的直徑mnspmkgspmkgdhddddsnaddacctrs/10924. 5104 . 0/750100 . 1/12001 . 06 . 07

25、 . 05 . 0333331 ；芳芳烴烴為為分分散散相相：；極極性性萃萃取取劑劑為為連連續(xù)續(xù)相相：；已已知知：）（）（）（；解：解：335121)7060(u42c dfdfkcfcfccuuuuvdf ff f cdcdcfdfvvuuuu ）（）（）（）（）（35514385 . 02 cfdfcfdfcfdfcfdfdfuuuuuuuuf fsmvsmvccdd/10823. 4864001000500/10543. 18640010001003232 ；6 . 29 . 03 . 229 . 0012. 0）（）（）（）（）（：dddhddndguurrtrsrcckk ）（305

26、采用試差法：設(shè)采用試差法：設(shè)d=2.1m，驗(yàn)證后圓整。，驗(yàn)證后圓整。習(xí)題： p182 4題5.2.2 影響萃取塔效率的因數(shù)影響萃取塔效率的因數(shù)一、分散相液滴尺寸一、分散相液滴尺寸失失。過過小小，內(nèi)內(nèi)循循環(huán)環(huán)使使液液滴滴消消大大；若若小小，：單單位位容容積積相相際際傳傳質(zhì)質(zhì)表表面面pppddaddaf f6 二、液滴內(nèi)的環(huán)流二、液滴內(nèi)的環(huán)流 由雙膜理論：由雙膜理論：總傳質(zhì)阻力總傳質(zhì)阻力=滴外阻力滴外阻力+滴內(nèi)阻力。滴內(nèi)阻力。一般：一般：滴外液體流動(dòng)阻力?。灰旱蝺?nèi)液體不流動(dòng)阻滴外液體流動(dòng)阻力?。灰旱蝺?nèi)液體不流動(dòng)阻力大。力大。 當(dāng)液滴作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，界面上摩擦力誘導(dǎo)液滴內(nèi)當(dāng)液滴作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，界面上摩擦

27、力誘導(dǎo)液滴內(nèi)環(huán)流，使滴內(nèi)阻力減小。環(huán)流，使滴內(nèi)阻力減小。但：但：1. 液滴尺寸過小液滴尺寸過小 2. 有少量表面活性劑有少量表面活性劑抑制這種環(huán)流抑制這種環(huán)流三、液滴的凝聚和再分散三、液滴的凝聚和再分散噴灑塔、篩板塔：噴灑塔、篩板塔：由噴嘴、孔板分散；由噴嘴、孔板分散；填料塔：填料塔：由填料分散；由填料分散；轉(zhuǎn)盤塔、脈動(dòng)塔、離心萃取器：轉(zhuǎn)盤塔、脈動(dòng)塔、離心萃取器：由外加能量分散。由外加能量分散。 分散的好壞與物系性質(zhì)有關(guān)，液滴內(nèi)側(cè)傳質(zhì)分分散的好壞與物系性質(zhì)有關(guān)，液滴內(nèi)側(cè)傳質(zhì)分系數(shù)很低，若造成液滴的凝聚和再分散，可提高滴系數(shù)很低，若造成液滴的凝聚和再分散，可提高滴內(nèi)傳質(zhì)分系數(shù)。內(nèi)傳質(zhì)分系數(shù)。四、

28、界面現(xiàn)象四、界面現(xiàn)象 表面張力、表面濃度表面張力、表面濃度 液體從低表面張力區(qū)間向高表面張力區(qū)間流動(dòng)液體從低表面張力區(qū)間向高表面張力區(qū)間流動(dòng)(表面推動(dòng)力表面推動(dòng)力)。界面上不穩(wěn)定濃度變化引起不穩(wěn)定界面上不穩(wěn)定濃度變化引起不穩(wěn)定表面張力變化。表面張力變化。1.規(guī)則型規(guī)則型討論：討論：靜止兩層液體沿平界面相互接觸情況靜止兩層液體沿平界面相互接觸情況設(shè)：設(shè)：a 點(diǎn)濃度大于點(diǎn)濃度大于b點(diǎn)，且點(diǎn)，且0 c 界面附近流體從界面附近流體從a點(diǎn)向點(diǎn)向b點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，主流體向點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，主流體向a點(diǎn)補(bǔ)點(diǎn)補(bǔ)充。充。 形成旋轉(zhuǎn)流環(huán)，產(chǎn)生規(guī)則運(yùn)動(dòng)。形成旋轉(zhuǎn)流環(huán)，產(chǎn)生規(guī)則運(yùn)動(dòng)。傳質(zhì)方向傳質(zhì)方向界面界面ab2 相相1 相相c運(yùn)動(dòng)繼

29、續(xù)下去。運(yùn)動(dòng)繼續(xù)下去?；蜻\(yùn)動(dòng)粘度或運(yùn)動(dòng)粘度若傳質(zhì)系數(shù)若傳質(zhì)系數(shù),2121rrdd 2.不規(guī)則型不規(guī)則型 cbccc11,0 設(shè)：設(shè)：a. 由于由于b點(diǎn)濃度下降界面從點(diǎn)濃度下降界面從b點(diǎn)開始擴(kuò)展，點(diǎn)開始擴(kuò)展，次界面中液相向表面次界面中液相向表面b點(diǎn)填補(bǔ)。點(diǎn)填補(bǔ)。b. 由于補(bǔ)充液體表面張力比剛剛擴(kuò)展出由于補(bǔ)充液體表面張力比剛剛擴(kuò)展出去的液體高（濃度低），以至使剛剛?cè)サ囊后w高（濃度低），以至使剛剛擴(kuò)展出去的液體微元產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)，圍繞擴(kuò)展出去的液體微元產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)，圍繞在在b周圍的液體都向周圍的液體都向b聚集。聚集。傳質(zhì)方向傳質(zhì)方向2 相相1 相相cbcc1bc1討論：討論：一個(gè)湍流微團(tuán)從相一個(gè)湍流微團(tuán)從相1

30、主主 體沖到界面，界面處溶質(zhì)體沖到界面，界面處溶質(zhì) 濃度變化很大。濃度變化很大。2 相相1 相相b低濃度液體填補(bǔ)低濃度液體填補(bǔ)bc. 由于由于b周圍液體凝聚，終于形成了一周圍液體凝聚，終于形成了一個(gè)垂直于界面的類似于火山爆發(fā)的射流，個(gè)垂直于界面的類似于火山爆發(fā)的射流，這一現(xiàn)象稱之于迸發(fā)，使局部界面破裂。這一現(xiàn)象稱之于迸發(fā)，使局部界面破裂。2. 界面張力梯度界面張力梯度 對(duì)液滴大小的影響對(duì)液滴大小的影響c a. 溶質(zhì)從液滴相向連續(xù)相傳遞時(shí)，若：溶質(zhì)從液滴相向連續(xù)相傳遞時(shí)，若： 液滴穩(wěn)定液滴穩(wěn)定性差，液膜穩(wěn)定性好，液滴不易合并。形成的液滴平性差，液膜穩(wěn)定性好，液滴不易合并。形成的液滴平均直徑較小，

31、相際接觸表面較大均直徑較小，相際接觸表面較大。0 c 設(shè)計(jì)萃取設(shè)備時(shí)，由系統(tǒng)性質(zhì)正確選擇二相。設(shè)計(jì)萃取設(shè)備時(shí)，由系統(tǒng)性質(zhì)正確選擇二相。b. 溶質(zhì)從連續(xù)相向液滴相傳遞時(shí)，若：溶質(zhì)從連續(xù)相向液滴相傳遞時(shí)，若： 液膜穩(wěn)定性差，液膜穩(wěn)定性差，形成的液滴易合并，液滴平均直徑大，相際接觸表面小。形成的液滴易合并，液滴平均直徑大，相際接觸表面小。0 c 3. 界面騷動(dòng)現(xiàn)象對(duì)傳質(zhì)過程的影響界面騷動(dòng)現(xiàn)象對(duì)傳質(zhì)過程的影響 二方面：二方面：a. 由界面張力不同產(chǎn)生界面液體質(zhì)點(diǎn)的抖動(dòng)和開發(fā)。由界面張力不同產(chǎn)生界面液體質(zhì)點(diǎn)的抖動(dòng)和開發(fā)。 增強(qiáng)界面附近湍動(dòng)程度，提高傳質(zhì)系數(shù)增強(qiáng)界面附近湍動(dòng)程度，提高傳質(zhì)系數(shù)b. 影響液體

32、合并和再分散的速率。影響液體合并和再分散的速率。 改變液滴尺寸和抑制傳質(zhì)表面大小改變液滴尺寸和抑制傳質(zhì)表面大小4. 密度梯度的影響密度梯度的影響 密度自上而下遞增，在重力場作用下，流體穩(wěn)定。密度自上而下遞增，在重力場作用下，流體穩(wěn)定。例：甲苯相甲苯相水相水相對(duì)于密度大于水的乙酸：對(duì)于密度大于水的乙酸： 從水相向甲苯相擴(kuò)散從水相向甲苯相擴(kuò)散穩(wěn)定穩(wěn)定 從甲苯相向水相擴(kuò)散從甲苯相向水相擴(kuò)散不穩(wěn)定不穩(wěn)定 穩(wěn)定密度梯度，使界面對(duì)流限制在界面附近；穩(wěn)定密度梯度，使界面對(duì)流限制在界面附近； 對(duì)操作有利對(duì)操作有利 不穩(wěn)定密度梯度，產(chǎn)生離開界面的旋渦，使之不穩(wěn)定密度梯度，產(chǎn)生離開界面的旋渦，使之滲入到主體相。滲

33、入到主體相。 對(duì)操作不利對(duì)操作不利5. 表面活性劑的影響表面活性劑的影響 a. 降低液體表面張力，制止界面湍動(dòng)；降低液體表面張力，制止界面湍動(dòng)； b. 在界面形成吸附層，產(chǎn)生吸附傳質(zhì)阻力；在界面形成吸附層，產(chǎn)生吸附傳質(zhì)阻力； c. 抑制滴內(nèi)流體循環(huán)，降低液體沉降速度。抑制滴內(nèi)流體循環(huán)，降低液體沉降速度。五五. 軸向混合軸向混合 軸向混合：軸向混合：非理想流動(dòng)，偏離活塞流動(dòng)各種現(xiàn)非理想流動(dòng)，偏離活塞流動(dòng)各種現(xiàn)象，包括：反混、前混等。象，包括：反混、前混等。對(duì)于實(shí)際流動(dòng)：對(duì)于實(shí)際流動(dòng)： a. 連續(xù)相流動(dòng)方向速度不均勻；連續(xù)相流動(dòng)方向速度不均勻； b. 由上造成渦流，當(dāng)局部速度過大，可能夾帶由上造成

34、渦流，當(dāng)局部速度過大，可能夾帶分散相液滴，造成分散相反混。分散相液滴，造成分散相反混。 c. 分散相液滴大小不均勻，上升、下降速度不分散相液滴大小不均勻，上升、下降速度不同，速度較大的那部分液滴造成分散相前混；同，速度較大的那部分液滴造成分散相前混； d. 分散相液滴流速較大時(shí)，也會(huì)引起液滴周圍分散相液滴流速較大時(shí)，也會(huì)引起液滴周圍連續(xù)相反混。連續(xù)相反混。軸向混合：軸向混合：改變了兩相濃度沿軸向分布，大大降低改變了兩相濃度沿軸向分布，大大降低了傳質(zhì)推動(dòng)力（圖了傳質(zhì)推動(dòng)力（圖5-20） 中試數(shù)據(jù)不能用于工業(yè)生產(chǎn)。中試數(shù)據(jù)不能用于工業(yè)生產(chǎn)。一般：一般：對(duì)于大型萃取塔，對(duì)于大型萃取塔，90%的塔高用

35、于補(bǔ)償軸的塔高用于補(bǔ)償軸向混合不利影響。向混合不利影響。5.2.3 5.2.3 萃取塔效率萃取塔效率u操作：微分接觸設(shè)備操作：微分接觸設(shè)備uhets：一個(gè)理論級(jí)當(dāng)量高度（等板高度）：一個(gè)理論級(jí)當(dāng)量高度（等板高度）uhtu：傳質(zhì)單元高度：傳質(zhì)單元高度一、一、hets 塔高塔高h(yuǎn)=nt （hets）hets計(jì)算：計(jì)算： a. 實(shí)驗(yàn)法（用于放大）實(shí)驗(yàn)法（用于放大） hets由小試結(jié)果確定由小試結(jié)果確定 b. 查圖法（用于初步設(shè)計(jì)）查圖法（用于初步設(shè)計(jì)） 適用：轉(zhuǎn)盤塔、震動(dòng)塔、低粘度物系。適用：轉(zhuǎn)盤塔、震動(dòng)塔、低粘度物系。二、二、htu（1）活塞流模型）活塞流模型 假設(shè)：假設(shè)：兩相作活塞流動(dòng)，輕向?yàn)檩?/p>

36、取相，重相兩相作活塞流動(dòng)，輕向?yàn)檩腿∠啵叵酁檩陀嘞?，相間的傳遞為萃余相，相間的傳遞僅在水平方向僅在水平方向。edyrdxdndz 內(nèi)的傳質(zhì)速率：內(nèi)的傳質(zhì)速率：被萃取物在被萃取物在）（）（）（455* dzyyaakdzxxaakdntytxdfyykdfxxkdnyx）（）（由傳質(zhì)速率方程：由傳質(zhì)速率方程： *dzaadft r, x0r, x1e, y0e, y1e, ye,y+dyr, xr, x+dxdz）（）（）（）（穩(wěn)態(tài)：穩(wěn)態(tài)：21*dzyyaakeddzxxaakrdtyytxx tyytxxaakehtuaakrhtu）（）（ 0101*yyyxxxyydyntuxxdxntu

37、）（）（）（）（式中：式中：）積積分分：對(duì)對(duì)（1）（）（塔高：塔高：50501* xxtxxxdxaakrl）積分：）積分：對(duì)（對(duì)（2）（）（塔高：塔高：51501* yytyyydyaakelntuhtul 即即：）（）（）（）（）這里：（這里：（）（）（）（式中對(duì)數(shù)平均值：式中對(duì)數(shù)平均值：xxxxxxxxm 11ln1112111*lnln0ln0ln,）（）（）（直線：直線：由于萃取平衡關(guān)系不是由于萃取平衡關(guān)系不是）（）（計(jì)算：計(jì)算：（活塞流為直線）（活塞流為直線）5651. 1ln, tmxxyxaxakrhtuhtuhtuyxntuntu)()( . 2近近似似法法用用圖圖解解積積分分法法或或多多種種；流流率率可可能能發(fā)發(fā)生生明明顯顯變變化化較較復(fù)復(fù)雜雜，相相的的塔塔中中濃濃度度變變化化的的規(guī)規(guī)律律比比推推動(dòng)動(dòng)力力隨隨萃萃取取當(dāng)當(dāng)平平衡衡關(guān)關(guān)系系為為曲曲線線時(shí)時(shí)，. b用用對(duì)對(duì)數(shù)數(shù)平平均均推推動(dòng)動(dòng)力力法法關(guān)關(guān)系系為為直直線線時(shí)時(shí)；當(dāng)當(dāng)兩兩相相不不互互溶溶，且且平平衡衡.a（2）擴(kuò)散模型）擴(kuò)散模型 假設(shè)：假