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萃取设备液-液萃取中的相分散和滞存率

编辑:DH    发布时间:2015/11/21 10:59:30

在实验室进行萃取体系的基本工艺和工程特性研究常用相界面固定(面积已知)的设备(如湿壁塔,Lewis池等)作传质实验,但实际工业设备为追求较大的体积传质系数和萃取设备的高效率,都采用相界面不固定的装置,将一相分散为细小的液滴(称为分散相),尽可能均匀地分布在另一液相(称为连续相)中。分散相通常选择为体积流率大的一相,这样若液滴尺寸相同,则可得到更大的接触面积。但也应对诸如传质方向、萃取体系的物性、设备特点、内构件表面的性质等因素进行综合考虑,使得分散相和连续相的选择能更有利于通量、萃取速度和操作稳定性等方面的综合指标。可以采取措施实现轻相、重相或两相皆成为分散相的方式操作。

通常大家把萃取设备中有效操作容积内分散相多占的体积分数称为分散相的滞存率。则连续相的滞存率为1-φ

式中Vs为两相间滑动速度,Vk为特征速度,ε为新威尼斯注册送28网站的空隙率。滑动速度不仅与体系的物性和分散相液滴的大小及分布有关,而且也是滞存率的函数。在一定条件下,特征速度Vk仅是体系物性、搅拌强度和设备几何尺寸的函数,与滞存率无关。滑动速度不一定等于液滴在萃取设备内的平均终端速度。对滞存率较低、分散相无明显聚并得情形符合较好。

对于不同的萃取设备和萃取体系,已经提出了许多特征速度的关联式。可用来预测新威尼斯注册送28网站中的φ值。

萃取设备多数选择逆流操作,借助于两相的密度差,在重力场或高速离心产生的超重力场作用下实现两相的逆流流动。逆流塔式萃取设备的顺利操作,取决于液滴在主相界面上的凝并能力,也与选择的分散相和连续相的通量(等于表观速度×塔界面积)有关。通量决定后,按公式应解出一合理的φ值。这实际上是一相对另一相的总摩擦力不超过重力;否则塔不能顺利操作,称为液泛。

液泛现象决定了逆流萃取设备操作通量的极限,是生产操作和设计中的关键问题。对液泛问题大量的实验研究已产生了各种类型设备中液泛速度的计算关联式。一般设计时现根据工艺要求和热力学条件确定流比R,从而计算出液泛滞存率φ在根据该设备液泛特征速度的关联式,求出液泛速度Vdf,Vcf,这样就可以求出塔的最小截面积。设备内实际表现观流速可取液泛速度50%~80%之间。

在搅拌槽中的稳定操作要求不发生相逆转。一般来说,相逆转会限制萃取器的生产能力,因为相逆转后过去的连续相现在为分散相,滞存率降低,因而界面面积会下降。在水-油型乳浊液中(油水分离-水为分散相),相分离比油-水型体系快,因为悬浮在油中的水滴凝并得速度高于油滴在水中凝并得速度。这对澄清器的设计时很重要的,体系成为水-油分散系时萃取器的通量将更大。搅拌槽型的萃取器顺利操作也要求出口流中不夹带另一相的液滴,若夹带量过大且不断增加,也称为液泛。

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