萃取塔(轉(zhuǎn)盤塔)操作技巧及體積傳質(zhì)系數(shù)測(cè)定2

專業(yè)：^`實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：學(xué)號(hào)：日期：_____地點(diǎn)：課程名稱：過(guò)程工程原理實(shí)驗(yàn)（甲）指導(dǎo)老師：葉向群成績(jī)：_______________實(shí)驗(yàn)名稱:萃取塔（轉(zhuǎn)盤塔）操作及體積傳質(zhì)系數(shù)測(cè)定同組學(xué)生姓名：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得萃取塔（轉(zhuǎn)盤塔）操作及體積傳質(zhì)系數(shù)測(cè)定1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私廪D(zhuǎn)盤萃取塔和脈沖萃取塔的基本結(jié)構(gòu)、操作方法及萃取的工藝流程。感謝閱讀觀察轉(zhuǎn)盤萃取塔轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速變化時(shí)或脈沖萃取塔的脈沖強(qiáng)度（脈沖幅度及脈沖頻率）變化時(shí)，萃取塔內(nèi)輕、重兩相流動(dòng)狀況，了解萃取操作的主要影響因素，研究萃取操作條件對(duì)萃取過(guò)程的影響。謝謝閱讀測(cè)量每米萃取高度的傳質(zhì)單元數(shù)、傳質(zhì)單元高度和體積傳質(zhì)系數(shù)KYV，關(guān)聯(lián)傳質(zhì)單位高度與脈沖萃取過(guò)程操作變量的關(guān)系。謝謝閱讀計(jì)算萃取率2、實(shí)驗(yàn)裝置流程：2.1 轉(zhuǎn)盤萃取塔主要設(shè)備是轉(zhuǎn)盤萃取塔，塔體是內(nèi)徑為50mm玻璃管，塔頂電機(jī)連接轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上固定有圓盤，塔壁固定有圓環(huán)，圓環(huán)與圓盤交錯(cuò)布置，轉(zhuǎn)盤萃取流程圖見下圖1感謝閱讀^`1.原料貯槽（苯甲酸-煤油）2.收集槽（萃余液）3.電機(jī)4.控制柜5.轉(zhuǎn)盤萃取塔6.9.轉(zhuǎn)子流量計(jì)7.萃取劑貯罐（水）8.10.輸送泵11.排出液（萃取液）管12.轉(zhuǎn)速測(cè)定儀A.B.C取樣口圖1轉(zhuǎn)盤萃取實(shí)驗(yàn)流程圖謝謝閱讀2.2 脈沖萃取塔主要設(shè)備是脈沖萃取塔，塔體是內(nèi)徑為50mm玻璃管，內(nèi)裝不銹鋼絲網(wǎng)填料，脈沖萃取流程圖見下圖謝謝閱讀1.原料貯槽（苯甲酸-煤油）2.收集槽（萃余液）3.脈沖系統(tǒng)4.控制柜5.填料（脈沖）萃取塔6.9.轉(zhuǎn)子流量計(jì)7.萃取劑貯罐（水）8.10輸送泵11.排出液（萃取液）管A.B.C取樣口圖2脈沖萃取實(shí)驗(yàn)流程圖感謝閱讀3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理：萃取是分離和提純物質(zhì)的重要單元操作之一，是利用混合物中各個(gè)組分在外加溶劑中的溶解度的差異謝謝閱讀而實(shí)現(xiàn)組分分離的單元操作。進(jìn)行液-液萃取操作時(shí)，兩種液體在塔內(nèi)作逆流流動(dòng)，其中一液體作為分散謝謝閱讀相，以液滴的形式通過(guò)另一作為連續(xù)相的液體，兩種液相濃度在設(shè)備內(nèi)作微分式的連續(xù)變化，并依靠密度謝謝閱讀差在塔的兩端實(shí)現(xiàn)兩液相的間的分離。當(dāng)輕相作為分散相時(shí)，相界面出現(xiàn)在塔的上部；反之相界面出現(xiàn)在感謝閱讀塔的下端。本實(shí)驗(yàn)以輕相為分散相，相界面出現(xiàn)在塔的上部。感謝閱讀計(jì)算微分逆流萃取塔的塔高時(shí)，主要是采取傳質(zhì)單元法。即以傳質(zhì)單元數(shù)和傳質(zhì)單元高度來(lái)表征，傳謝謝閱讀質(zhì)單元數(shù)表示過(guò)程分離程度的難易，傳質(zhì)單元高度表示設(shè)備傳質(zhì)性能的好壞。精品文檔放心下載3.1萃取的基本符號(hào)名稱符號(hào)流量單位組成符號(hào)原料液Fkg/sXF或xF萃余相Rkg/sXR或xR萃取劑Skg/sYS或yS萃取相Ekg/sYE或yE^`3.2萃取的物料衡算圖3 物料衡算示意圖 圖4平均推動(dòng)力計(jì)算示意圖謝謝閱讀如上圖所示，萃取計(jì)算中各項(xiàng)組成可用操作線方程相關(guān)聯(lián)，操作線方程的P（XR，YS）和點(diǎn)Q（XF，謝謝閱讀YE）與裝置的上下部相對(duì)應(yīng)。在第一溶劑B與萃取劑S完全不互溶時(shí)，萃取過(guò)程的操作線在X~Y坐標(biāo)上時(shí)直線，其方程式如下形感謝閱讀式：YYYY（1）ESSXXXXFRR由上式得：YYmXX,其中：mYYESSSXXFR單位時(shí)間內(nèi)從第一溶劑中萃取出的純物質(zhì)A的量M，可由物料衡算確定：MBXXSYY（2）FRES3.3萃取過(guò)程的質(zhì)量傳遞不平衡的萃取相與萃余相在塔的任一截面上接觸，兩相之間發(fā)生質(zhì)量傳遞。物質(zhì)A以擴(kuò)散的方式由萃余相進(jìn)入萃取相，該過(guò)程的界限是達(dá)到相間平衡，相平衡的相間關(guān)系為：感謝閱讀Y*kX（3）k為分配系數(shù)，只有在較簡(jiǎn)單體系中，k才是常數(shù)，一般情況下均為變數(shù)。本實(shí)驗(yàn)給出如下表1所示感謝閱讀^`的系統(tǒng)平衡數(shù)據(jù)，用來(lái)求取X與Y之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。精品文檔放心下載表1煤油—苯甲酸—水系統(tǒng)在室溫下的平衡數(shù)據(jù)表y%x%y%x%0.009720.01280.11440.17860.01950.01990.13010.23480.03540.02700.17820.42300.06830.08170.21950.65500.07250.0990.22200.63300.10100.1494其中：x——油相中苯甲酸重量百分?jǐn)?shù)；y——水相中苯甲酸重量百分?jǐn)?shù)。與平衡組成的偏差程度是傳質(zhì)過(guò)程的推動(dòng)力，在裝置的頂部，推動(dòng)力是線段PP’：精品文檔放心下載YY*Y（4）RRS在塔的下部推動(dòng)力是線段QQ’：YY*Y（5）FFE傳質(zhì)過(guò)程的平均推動(dòng)力，在操作線和平衡線為直線的條件下為：謝謝閱讀YYFYR（6）mlnYFR物質(zhì)A由萃余相進(jìn)入萃取相的過(guò)程的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)方程式為：MKAY（7）Ym式中：K——單位相接觸面積的傳質(zhì)系數(shù)，kg/m2skg/kg；YA——相接觸表面積，m2。該方程式中的萃取塔內(nèi)相接觸表面積A不能確定，因此通常采用另一種方式。感謝閱讀相接觸表面積A可以表示為：AaVah（8）式中：a——相接觸比表面積，m2/m3；——萃取塔有效操作段體積，m3；——萃取塔橫截面積，m2；h——萃取塔操作部分高度，m。^`這時(shí)，MKaVYKVY（9）YmYVm式中：K Ka——體積傳質(zhì)系數(shù)，kg/m3skg/kg。謝謝閱讀YV Y根據(jù)（2）、（7）、（8）和（9）式，可得SYY（10）hKESHOENYOEYVm在該方程中：HS，稱為傳質(zhì)單元高度；NYYES，稱為總傳質(zhì)單元數(shù)。OEKOEYYVmK、K、H是表征質(zhì)量交換過(guò)程特性的，K、K越大，H越小，則萃取過(guò)程進(jìn)行的越快。YYVOEYYVOEKYVMSYYVY（11）ESmm3.4萃取率被萃取劑萃取的組分A的量100%原料液中組分A的量謝謝閱讀所以SYYES100%BXF或BXX100%X100%FR1RBXXFF3.5質(zhì)量流量和組成（1）第一溶劑B的質(zhì)量流量BF1xV1xFFFF式中：F——料液的質(zhì)量流量，kg/h；——料液的體積流量，m3/h；F——料液的密度，kg/m3；F——料液中A的含量，kg/kg。F液體流量計(jì)校正：VF由下式計(jì)算：VVV0fF0FNNFf0F

（12）（13）（14）（15）^`式中：V——轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)，ml/min或m3/h；感謝閱讀N ——轉(zhuǎn)子密度，kg/m3；f0——20℃時(shí)水的密度，kg/m3。所以，BV1xN0FF（2）萃取劑S的質(zhì)量流量因?yàn)檩腿樗?，所以SVN0

（16）（17）（3）原料液及萃余液的組成x 、xF R對(duì)于煤油、苯甲酸、水體系，采用酸堿中和滴定的方法可測(cè)定進(jìn)料液組成x、萃余相組成x和萃取感謝閱讀F R相組成y，即苯甲酸的質(zhì)量分率，y也可通過(guò)如上的物料衡算而得，具體步驟如下：精品文檔放心下載E E用移液管取試樣Vml，加指示劑1~2滴，用濃度為N的NaOH水溶液滴定至終點(diǎn)，如用去NaOH感謝閱讀1 b溶液Vml，則試樣中苯甲酸的摩爾濃度N為：2 aNaVN（18）2bV1則xNaMA（19）F式中：M ——溶質(zhì)A的分子量，g/mol，本實(shí)驗(yàn)中苯甲酸的分子量為122g/mol；精品文檔放心下載A——溶液密度，g/l。F亦用同樣的方法測(cè)定：RxNa'Ma（20）R式中：Na'V'N（21）2bV'1V'、V'——分別為試樣的體積數(shù)與滴定所耗的NaOH溶液的體積數(shù)。謝謝閱讀1 24、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟：轉(zhuǎn)盤萃取塔的操作步驟：原料液儲(chǔ)槽內(nèi)為煤油-苯甲酸溶液。^`將萃取劑（蒸餾水）加入萃取劑貯槽中。啟動(dòng)萃取劑輸送泵，調(diào)節(jié)流量，先向塔內(nèi)加入萃取劑，充滿全塔，并調(diào)至所需流量。感謝閱讀啟動(dòng)原料液輸送泵，調(diào)節(jié)流量。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持流量不變，并通過(guò)調(diào)節(jié)萃取液出口閥門，使油、水相分界面控制在萃取劑進(jìn)口與萃余液出口之間。謝謝閱讀調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤軸轉(zhuǎn)速的大小，在操作中逐漸增大轉(zhuǎn)速，設(shè)定轉(zhuǎn)速，一般取100-600轉(zhuǎn)/分。謝謝閱讀水在萃取塔內(nèi)流動(dòng)運(yùn)行5min后，開啟分散相—油相管路，調(diào)節(jié)兩相流量在100-200ml/min，待分散相在塔頂凝聚一定厚度的液層后，再通過(guò)調(diào)節(jié)連續(xù)相出口閥，以保持安靜區(qū)中兩相分界面的恒定。精品文檔放心下載每次實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定時(shí)間約30分鐘，然后打開取樣閥取樣分析，用中和滴定法測(cè)定萃余液及萃取液的組成，同時(shí)記錄轉(zhuǎn)速。精品文檔放心下載改變轉(zhuǎn)速，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將實(shí)驗(yàn)裝置恢復(fù)原樣。5、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄：表1轉(zhuǎn)盤萃取所得數(shù)據(jù)單位123轉(zhuǎn)速r/min0130300水流量L/h141414流量L/h161616密度g/ml0.78540.78540.7854原料液樣品體積ml101010滴定堿量ml11.6011.6011.60密度g/ml0.78260.78150.7815萃余液樣品體積ml101010滴定堿量ml9.709.209.00萃取塔的內(nèi)徑50mm萃取塔有效高度75.5cm標(biāo)準(zhǔn)堿液濃度0.01mol/l6、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：原料液中苯甲酸的摩爾濃度N為：NVN11.60.012b0.0116aaV10V19.70.01萃余液中苯甲酸的摩爾濃度N為：N'N'2b0.0097aaV'10NaMA0.01160.1220.1802%1xF0.7854F當(dāng)轉(zhuǎn)速為0（r/min）時(shí)xN'M0.00970.122aa0.1512%R0.7826RSV0.014998.213.97680萃取劑S的質(zhì)量流量：BV1x0.016998.2782.6(10.001802)14.12（kg/h）N0FF第一溶劑B的質(zhì)量流量：（kg/h）^`MBXXSYYYE0.0293%FRES由得出萃取相濃度從而做出相圖，得到平衡線上的兩點(diǎn)（0.1802,0.184），（0.1512,0.166）感謝閱讀得到平均傳質(zhì)推動(dòng)力YYYFYR0.001603mlnYFR傳質(zhì)推動(dòng)力系數(shù)KMSYYES=1723kg/(h.m3)YVVYVYmm傳質(zhì)單元高度HSK=4.13mOEYV總傳質(zhì)單元數(shù)NYY=0.1828ESOEYmSYY萃取率ES100%=16.09%BXF當(dāng)轉(zhuǎn)速為130（r/min）時(shí)，萃余液中苯甲酸的摩爾濃度N為：NV'N9.20.01'2b0.0092aaV'101Na'Ma0.00920.1220.1436%謝謝閱讀0.7815RR第一溶劑B的質(zhì)量流量：BVN0F1xF14.11(kg/h)萃取劑S的質(zhì)量流量：SV0.014998.213.9768（kg/h）0由 MBXFXRSYEYS得出萃取相濃度YE0.03695%謝謝閱讀從而做出相圖，得到平衡線上的兩點(diǎn)（0.1802,0.184），（0.1436,0.132）感謝閱讀得到平均傳質(zhì)推動(dòng)力YYYFYR0.001394mlnYFR傳質(zhì)推動(dòng)力系數(shù)KMSYYES=2499kg/(h.m3)YVVYVYmm傳質(zhì)單元高度HSK=2.85mOEYV總傳質(zhì)單元數(shù)NYYES=0.265OEYmSYY萃取率ES100%=20.31%BXF當(dāng)轉(zhuǎn)速為300（r/min）時(shí)，9.00.01NaV'N0.0090'2b1萃余液中苯甲酸的摩爾濃BV1x14.11(kg/h)度N為：N0FFa

^`Na'Ma0.1405%R第一溶劑B的質(zhì)量流量：^`SV0.014998.213.9768謝謝閱讀0萃MBXXSYY取劑S的質(zhì)量流量：FRES（kg/h）由得出萃取相濃度Y0.0401%E從而做出相圖，得到平衡線上的兩點(diǎn)（0.1802,0.184），（0.1405,0.128）感謝閱讀得到平均傳質(zhì)推動(dòng)力YYYFYR0.001358mlnYFR傳質(zhì)推動(dòng)力系數(shù)KMSYYES=2784kg