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萃取设备的设计放大探讨

编辑:DH    发布时间:2015/11/25 10:53:33

萃取设备的设计需要根据给定的处理能力和分离要求来计算和确定萃取设备的主要尺寸,并对一些附属设备如搅拌器或液态分布器等内构件的设计提出要求。

-液萃取过程的平衡关系一般都比较复杂,又存在一些部分互溶等特殊问题。因此有关萃取设备的理论级数或传质单元数的计算也比较复杂,大家在这里仅讨论给定伦理级数(或传质单元数)的萃取设备主要尺寸的计算。

1)设计条件的确定

根据原料的组成、处理量和选定的溶剂,需确定下列设计条件:

①溶剂的用量和选定分散相   在选择分散相时,需要考虑多方面的因素。例如,为了获得最大的相界面面积,物料通过量大的液相应该是分散相,分散相的粘度不能过高而分子扩散系数应该较高,面从防止乳化等一些特殊要求出发,有时又需要选择有机相为连续相等。这些要求有时是互相矛盾的,需要因地制宜,综合考虑。

②操作稳定和压力下两相的物性如密度、粘度、界面张力和分子扩散系数等。它们对萃取设备的性能有重要的影响。例如界面张力是影响分散相液滴平均直径的关键因素,因此对塔的处理能力和传质效率起着决定性的影响。工业上常用萃取体系的界面张力变化范围很大。润滑油酚精制的界面张力很低,约为1.0mN/m,而液化气脱H2S等工业体系的界面张力则很高。因此不同体系的液泛速度和传质性能往往有很大的差别。

③选定萃取设备的类型。可以根据本节已先容的方法进行比较和选择。

④体系的稳定性、腐蚀性和毒性等工程设计所需的信息。

2)萃取设备设计的特点

-液萃取过程两相密度差小,连续相粘度较大、两相轴向返混严重、界面现象复杂,因而设计计算比较困难。影响萃取过程的因素非常多,而其中很多因素尚未被充分理解。大多数可用的数据是在小型实验设备中测量的,通常实验设备只有几英寸直径和几英尺高。因而,所得关系式只能用于粗略的估算,设计时必须留有充分的余地。与精馏和吸取等液-液传质过程相比,萃取设备的设计方法不够成熟,而且有一些不同的特点:

①体系物性是影响设计的重要因素    体系的物性如界面张力、两相的密度和粘度等对萃取设备的性能具有重要的影响。界面张力主要影响分散相的液滴平均直径。因而,它对设备的处理能力和相际传质比表面积具有决定性的影响。两相的密度差对体系的分散特性和萃取设备的液泛速度具有重要的影响,也影响分散相的聚合速度。连续相的粘度不仅影响设备的处理能力,也影响连续相的分传质系数;而分散相的粘度影响滴内的传质,往往是整个传质过程的控制步骤。

由于萃取设备往往在高温、高压、强腐蚀、强放射性或易燃、易爆等条件下操作的。因此操作条件下的体系物性难以测定或估算。因此取得可靠的体系物体数据往往是萃取设备设计过程中的一项重要面困难的工作。

②轴向返混的影响严重    -液萃取过程中两相密度差小、粘度大,逆流过程中两相流动状况比较复杂。例如连续相在流动方向上速度分布不均匀,连续相的湍动和漩涡引起分散相液滴的返混和夹带,分散相液滴直径分布不均所造成的大液滴运动速度过快,即前混以及分散相液滴的尾流引起连续相的返混等。通常把这些导致两相非理想流动和两相停留时间分布的各种现象统称为轴向混合,它包括返混、前混等各种混合现象。

轴向混合队新威尼斯注册送28网站的性能产生极为不利的影响,它不仅降低了传质推动力,而且降低了新威尼斯注册送28网站的处理能力。因此,轴向混合的不利影响是设计计算时必须考虑的问题。目前的主要困难时,尽管提出多种描述轴向混合队传质影响的数学模型,但可以用工业装置设计计算的轴向混合参数仍然十分缺乏。

③界面现象的影响有待进一步研究    -液两相的界面现象十分复杂。在萃取设备实验中往往发现,由于微量的表面活性物质污染了实验体系,结果使体系的液体力学和传质性能发生了极大的变化。

在单液滴传质过程中也经常观察到界面扰动现象。这种现象总是和传质过程联系在一起的。当传质速率很快时,界面扰动较为明显,而当存在强烈的界面扰动时,传质速率也特别高。一般认为界面现象是由于传质过程中各点浓度变化所起的界面张力无规则变化的结果。即通常称为的Marangoni效应。按热力学原理分析。这种现象是通过扩展界面张力较低的表面面积,使整个表面趋于表面能最低的稳定状态的复杂、无序的过程。

实验表明,Marangoni效应可能使传质速率提高数倍,而表面上微量表面活性物质的存在,将大大降低甚至抑制界面扰动的发展。

这样,在计算萃取设备的传质过程中,应该考虑此过程是否存在Marangoni效应以及体系被杂质(特别是表面活性物质)污染的程度。

④适度分散式保证萃取设备性能的技术关键   在液-液萃取过程中,由于两液相的密度差小而粘度大,因而两相的混合和分离比汽-液传质过程困难得多。为了加速相际传质过程,需采用机械搅拌、空气脉冲或分布器等手段使一相在另一相中分散成细小的液滴群,形成较大的相际传质表面。但是过度的搅拌和液滴群的过度分散不仅使分散相的聚合过程变得非常困难既增加溶剂损失,又会使萃余液中夹带大量溶剂,造成二次污染。有时还会造成乳化现象,破坏萃取设备的稳定操作。液滴群的过度分散还可能使液滴群的平均直径过小,使传质进入刚性球的区域,传质系数大幅度下降。

因此,无论从降低溶剂损失或提高传质速度的角度来看,保持体系的适度分散和促进两相的分散-聚合-再循环都是十分重要的。在环保要求日益提高的今天,这一问题显得尤为重要。

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