化工分离过程5.ppt

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1、（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 化工分离过程化工分离过程 Chemical Separation Processes 乔迁乔迁第一页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 化工分离过程化工分离过程第第1 1章章 绪论绪论第第2 2章章 单级平衡过程单级平衡过程 第第3 3章章 多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分多级分离过程分析与简捷计算 第第4 4章章 多组分多级分离的严格计算多组分多级分离的严格计算 第第5 5章章 分离设备的处理能力和效率分离设备

2、的处理能力和效率 第第6 6章章 分离过程的节能分离过程的节能 第第7 7章章 其它分离技术和分离工程的选择其它分离技术和分离工程的选择 第二页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 第第5 5章章 分离设备处理分离设备处理 能力和效率能力和效率第三页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 第第5章章 分离设备处理能力和效率分离设备处理能力和效率5.1 5.1 气液传质设备的处理能力和效率气液传质设备的处理能力和效率5.2 5.2

3、萃取设备的处理能力和效率萃取设备的处理能力和效率5.3 5.3 传质设备的选择传质设备的选择第四页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 5.1.1 气液传质设备处理能力的影响因素气液传质设备处理能力的影响因素 传质设备：板式塔；填料塔传质设备：板式塔；填料塔液泛：液泛：板式塔：液泛气速随板式塔：液泛气速随L/V下降而上升；下降而上升；随板间距增大而上升。随板间距增大而上升。填料塔填料塔：（包括规整或乱堆）：（包括规整或乱堆）L/V下降、液体粘度下降、填料孔隙率升下降、液体粘度下降、填料孔隙率升 高、高、比表面积

4、下降都会使液泛速度上升。比表面积下降都会使液泛速度上升。5.1 气液传质设备的处理能力和效率气液传质设备的处理能力和效率第五页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 雾沫夹带雾沫夹带 分离过程中为处理能力的极限分离过程中为处理能力的极限 表示方式：雾沫夹带量或泛点百分率表示方式：雾沫夹带量或泛点百分率 板间距下降、塔负荷上升会使雾沫夹带量板间距下降、塔负荷上升会使雾沫夹带量上升。上升。压力降压力降（与处理能力有关）（表面张力，塔负荷，液体粘（与处理能力有关）（表面张力，塔负荷，液体粘度，板间距）度，板间距）真空操

5、作：有一上限真空操作：有一上限 板式塔：构成降液管内液位高度重要组成分，压力板式塔：构成降液管内液位高度重要组成分，压力降大，液位高，若很大，就会产生液泛。降大，液位高，若很大，就会产生液泛。第六页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 停留时间停留时间 停留时间长，效率高，处理能力低；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，产品质停留时间短，效率低，处理能力高，产品质量差。量差。第七页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离

6、过程化工分离过程 5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素气液传质设备的效率及其影响因素一、效率的表示方法一、效率的表示方法 理论板与实际板比较：理论板与实际板比较：理 论 板实 际 板 1.气液两相完全混合，板上浓度均一。板上液相浓度径向分布，液体入口处浓度高，进入的气相各点浓度不相同。第八页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 有雾沫夹带、漏液、液相有雾沫夹带、漏液、液相夹带汽相等。夹带汽相等。4.无雾沫夹带、漏液、无雾沫夹带、漏液、液相夹带汽相等。液相夹带汽相等。不均匀流动，各点停留时不均匀流动，各点停

7、留时间不同。间不同。3.均匀流动，各点停均匀流动，各点停留时间相同。留时间相同。达到平衡要无限长时间。达到平衡要无限长时间。影响因素：塔板结构，流影响因素：塔板结构，流动情况、物性、平衡关系。动情况、物性、平衡关系。2.离开板的气液相浓度离开板的气液相浓度达到平衡达到平衡传质量：传质量：实际板实际板理论板理论板 引入效率概念引入效率概念第九页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 j-1jXi,j-1Xi,jyi,j+1yi,j 注意：注意：1.2.不同组分计算结果不同（二元不同组分计算结果不同（二元除外）。除外

8、）。第十页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 j-1jXi,j-1Xi,jyi,j+1JJ，假设：假设：流体垂直方向完全混合流体垂直方向完全混合在一垂直处在一垂直处 JJ处：处：jiy,jix,4.填料塔的等板高度填料塔的等板高度 HETP HETP=填料层高度填料层高度/理论板数理论板数第十一页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 二、效率的影响因素二、效率的影响因素 从机理上分析从机理上分析1.传质速率传质速率 假设：假设

9、：a.板上空间气体完全混合，进入液相气体组成板上空间气体完全混合，进入液相气体组成与板上位置无关。与板上位置无关。b.液相组成在垂直方向上与液层高度液相组成在垂直方向上与液层高度(Z)无关。无关。有：气体通过板上有：气体通过板上dz的微元高度时的微元高度时i组分的传递量组分的传递量 第十二页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 气相总传质气相总传质单元数单元数点点效效率率)85(11-=-=-GaZKNOGYOGeeE第十三页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院

10、珠海学院 化工分离过程化工分离过程 由双膜理论：由双膜理论：第十四页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 2.流型和混合效应流型和混合效应 二种极端情况：二种极端情况：OGNOGMVeEE-=1(5-14)第十五页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 ）（）（155 1/-=l ll lOGEMVeE两种极限情况的比较：两种极限情况的比较：完全混合完全混合完全不混完全不混合合图图 5-41mVL=l l第十六页，编辑于星期六：十

11、八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 两条曲线之间。两条曲线之间。关系曲线位于图关系曲线位于图与与45.-l lMVOGMVEEEa第十七页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 美国化工学会（美国化工学会（AIChE）模型：）模型：条件：条件：仅停留时间均一下纵向混合（无横向混合）仅停留时间均一下纵向混合（无横向混合）书中有错书中有错第十八页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过

12、程化工分离过程 对（对（516）作图：）作图：讨论：讨论：1.不均匀流动、环流对塔板效率产生不利影响不均匀流动、环流对塔板效率产生不利影响（点效率下降）；（点效率下降）；2.小直径塔，板上液体为完全混合；小直径塔，板上液体为完全混合；3.大直径塔，板上液体不混合性增强。大直径塔，板上液体不混合性增强。第十九页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 综上所述：综上所述：1.完全混合板效率等于点效率；完全混合板效率等于点效率；2.液相纵向不完全混合，使液相纵向不完全混合，使 对板效率对板效率 起明显有利的影响；起明显

13、有利的影响；2.不均匀流动、环流会产生不利影响不均匀流动、环流会产生不利影响3.液相横向混合，能削弱这种的影响，液相横向混合，能削弱这种的影响，4.使使 ；3.随塔径增大，纵向不完全混合性的随塔径增大，纵向不完全混合性的4.有利影响下降，不均匀流动趋于严重。有利影响下降，不均匀流动趋于严重。第二十页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 3.雾沫夹带雾沫夹带 使重组分含量高的液体进入上层塔板使重组分含量高的液体进入上层塔板 上层塔板轻组分浓度下降上层塔板轻组分浓度下降雾沫夹带对板效率的影响：雾沫夹带对板效率的影响

14、：第二十一页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 4.物性的影响物性的影响液体粘度液体粘度 粘度高，两相接触差，扩散系数低，传质速率低，粘度高，两相接触差，扩散系数低，传质速率低，效率低。效率低。精馏：精馏：一般在较高温度下操作，效率要高；一般在较高温度下操作，效率要高；吸收：吸收：一般在较低温度下操作，效率要高。一般在较低温度下操作，效率要高。密度梯度密度梯度 由于易挥发组分气化，靠近界面处形成一个密度较由于易挥发组分气化，靠近界面处形成一个密度较大区域，位于低密度液体之上，产生上下环流，从而大区域，位于低密

15、度液体之上，产生上下环流，从而提高传质系数。提高传质系数。第二十二页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 表面张力表面张力 易挥发组分（易挥发组分（MVC）表面张力较小）表面张力较小 正正系统系统 易挥发组分（易挥发组分（MVC）表面张力较大）表面张力较大 负负系统系统表面张力梯度对泡沫稳定层的影响：表面张力梯度对泡沫稳定层的影响：正系统：正系统：板式塔易形成稳定的泡沫层，板式塔易形成稳定的泡沫层，填料塔易形成稳定的液体薄膜。填料塔易形成稳定的液体薄膜。负系统；负系统；反之，泡沫、薄膜不稳定。反之，泡沫、薄膜不

16、稳定。提高传质提高传质效率效率第二十三页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 喷雾状态喷雾状态 表面张力梯度对液滴生成的效应：表面张力梯度对液滴生成的效应：液体液体蒸汽蒸汽较低的表面张力较低的表面张力低低XMVC负系统：负系统：负系统，液滴易断裂，板效率高；正系统反之。负系统，液滴易断裂，板效率高；正系统反之。传质设备的选取：正系统：选用泡沫接触状态方式 负系统：选用喷射接触状态方式液体液体蒸汽蒸汽低低XMVC正系统：正系统：较高的表面张力较高的表面张力第二十四页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-201

17、3第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 5.1.3 气液传质设备效率的估计法气液传质设备效率的估计法一、经验法一、经验法 板式塔：查图（奥康奈尔法）板式塔：查图（奥康奈尔法）ET=0.49(L)-0.245 填料塔：求填料塔：求HETP二、机理模型（用来预测放大后塔板效率）二、机理模型（用来预测放大后塔板效率）美国化工学会（美国化工学会（AIChE）提出方法：）提出方法：（5-10）（）（5-11）（）（5-12）EOG、Pe 查图查图5-5：第二十五页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程

18、化工分离过程 由图由图5-8：第二十六页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 由（由（5-20）：）：方法特点：方法特点：1.预测放大塔径后的板效率预测放大塔径后的板效率 2.计算复杂计算复杂第二十七页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 思考题：思考题：写出三对角矩阵泡点（写出三对角矩阵泡点（BP）计算法的步）计算法的步骤。骤。第二十八页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海

19、学院 化工分离过程化工分离过程 5.2 萃取设备的处理能力和效率萃取设备的处理能力和效率5.2.1 萃取设备的处理能力和效率萃取设备的处理能力和效率5.2.2 影响萃取塔效率的因数影响萃取塔效率的因数5.2.3 萃取塔效率萃取塔效率第二十九页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 表表5-1 萃取设备的分类萃取设备的分类 型式逐级接触式微分接触式无外加能量筛板塔喷洒塔、填料塔具有外加能量搅动混合澄清器搅拌填料塔转盘塔搅拌挡板塔脉冲脉冲筛板塔脉冲混合澄清器脉冲填料塔离心力逐极接触离心萃取器连续接触离心萃取器返回返回

20、第三十页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 一、设备的特性速度一、设备的特性速度1.关系式关系式 喷洒塔喷洒塔 设：密度小的相为连续相，连续向上运动设：密度小的相为连续相，连续向上运动;密度大的相为分散相，液滴在连续相中自由沉密度大的相为分散相，液滴在连续相中自由沉降。降。分散相空塔速度分散相空塔速度 m/s 连续相空塔速度连续相空塔速度 m/s 分散相在塔内液相中所占体积分率（滞分散相在塔内液相中所占体积分率（滞液分率）液分率）5.2.1 萃取设备的处理能力和效率萃取设备的处理能力和效率cududf f第三

21、十一页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 smusmudcdd/1/f ff f-连续相液体速度：连续相液体速度：分散相液体速度：分散相液体速度：（注：方向相反）（注：方向相反）（215-dcddsuuuf ff f-+=1两相的相对速度：两相的相对速度：）（）（）（）代入）代入（将：将：dtdccdpsdCddmugduf ff fm mr rr rf fr rf fr rr r-=-=-+=111821）（245-液体混合物液体混合物连续相；连续相；分散相；分散相；度：度：在混合液中自由沉降速在混合液中自

22、由沉降速个液体个液体由斯托克斯定律计算单由斯托克斯定律计算单）（mcdcmdpsgdum mr rr r182-=：分散相液体平均直径：分散相液体平均直径Pd第三十二页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 之间的关系之间的关系与与、表示：表示：tdcduuuf f适用于喷洒塔适用于喷洒塔 分散相空塔速度分散相空塔速度 m/s 连续相空塔速度连续相空塔速度 m/s 分散相在塔内液相中所占体积分率（滞液分率）分散相在塔内液相中所占体积分率（滞液分率）单液滴在纯连续相中的自由沉降速度，与操作条件单液滴在纯连续相中的自

23、由沉降速度，与操作条件 无关。无关。cududf ftu第三十三页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 u对于其他类型萃取设备：对于其他类型萃取设备：由于接触方式不同，对（由于接触方式不同，对（525）改进）改进.第三十四页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 u用于填料塔用于填料塔u用于转盘塔用于转盘塔第三十五页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离

24、过程 u用于脉冲筛板塔用于脉冲筛板塔 分散相液滴不断发生该过程：分散相液滴不断发生该过程：分散分散凝聚凝聚再分散再分散 2.uk获取法获取法1）测定；）测定；2）由测定值关联方程：）由测定值关联方程：转盘塔：转盘塔：（5-30）脉冲塔：脉冲塔：（5-31）第三十六页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 二、临界持液分率与液泛速度二、临界持液分率与液泛速度实际不存在不变不变Cu泛点泛点第三十七页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程

25、 第三十八页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 三、塔径的计算三、塔径的计算填料塔的液泛速度填料塔的液泛速度 如图如图5-13。转盘塔液泛速度：转盘塔液泛速度：脉冲筛板塔液泛速度：脉冲筛板塔液泛速度：临界速度临界速度第三十九页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 例例5-2 求转盘塔的直径求转盘塔的直径第四十页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过

26、程 采用试差法：设采用试差法：设D=2.1m，验证后圆整。，验证后圆整。第四十一页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 5.2.2 影响萃取塔效率的因数影响萃取塔效率的因数一、分散相液滴尺寸一、分散相液滴尺寸二、液滴内的环流二、液滴内的环流 由双膜理论：由双膜理论：总传质阻力总传质阻力=滴外阻力滴外阻力+滴内阻力。滴内阻力。一般：一般：液滴外液体流动阻力小；液滴内液体不流动阻力液滴外液体流动阻力小；液滴内液体不流动阻力大。大。当液滴作相对运动时，界面上摩擦力诱导液滴内环当液滴作相对运动时，界面上摩擦力诱导液滴内

27、环流，使滴内阻力减小。流，使滴内阻力减小。但：但：1.液滴尺寸过小液滴尺寸过小 2.有少量表面活性剂有少量表面活性剂抑制这种环流抑制这种环流第四十二页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 三、液滴的凝聚和再分散喷洒塔、筛板塔：由喷嘴、孔板分散；填料塔：由填料分散；转盘塔、脉动塔、离心萃取器：由外加能量分散。分散的好坏与物系性质有关，液滴内侧传质分系数很低，若造成液滴的凝聚和再分散，可提高滴内传质分系数。四、界面现象 表面张力、表面浓度 液体从低表面张力区间向高表面张力区间流动(表面推动力)。界面上不稳定浓度变化

28、引起不稳定表面张力变化。第四十三页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 1.规则型规则型讨论：讨论：静止两层液体沿平界面相互接触情况静止两层液体沿平界面相互接触情况设：设：a 点浓度大于点浓度大于b点，且点，且 界面附近流体从界面附近流体从a点向点向b点运动，主流体向点运动，主流体向a点补点补充。充。形成旋转流环，产生规则运动。形成旋转流环，产生规则运动。传传质质方方向向界面界面ab2 相相1 相相c第四十四页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分

29、离过程化工分离过程 2.不规则型不规则型 a.由于由于B点浓度下降界面从点浓度下降界面从B点开始扩展，次界面点开始扩展，次界面中液相向表面中液相向表面B点填补。点填补。b.由于补充液体表面张力比刚刚扩展出去的液体高（浓由于补充液体表面张力比刚刚扩展出去的液体高（浓度低），以至使刚刚扩展出去的液体微元产生逆转，度低），以至使刚刚扩展出去的液体微元产生逆转，围绕在围绕在B周围的液体都向周围的液体都向B聚集。聚集。传传质质方方向向2 相相1 相相CBBC1讨论：讨论：一个湍流微团从相一个湍流微团从相1主主 体冲到界面，界面处溶质体冲到界面，界面处溶质 浓度变化很大。浓度变化很大。2 相相1 相相B低

30、浓度液体低浓度液体填补填补Bc.由于由于B周围液体凝聚，终于形成了一个垂直于周围液体凝聚，终于形成了一个垂直于界面的类似于火山爆发的射流，这一现象称之于界面的类似于火山爆发的射流，这一现象称之于迸发，使局部界面破裂。迸发，使局部界面破裂。第四十五页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 2.界面张力梯度界面张力梯度 对液滴大小的影响对液滴大小的影响a.溶质从液滴相向连续相传递时，若：溶质从液滴相向连续相传递时，若：液滴稳定液滴稳定性差，液膜稳定性好，液滴不易合并。形成的液滴平性差，液膜稳定性好，液滴不易合并。形成

31、的液滴平均直径较小，相际接触表面较大均直径较小，相际接触表面较大。设计萃取设备时，由系统性质正确选择二相。设计萃取设备时，由系统性质正确选择二相。b.溶质从连续相向液滴相传递时，若：溶质从连续相向液滴相传递时，若：液膜稳定性差，液膜稳定性差，形成的液滴易合并，液滴平均直径大，相际接触表面小。形成的液滴易合并，液滴平均直径大，相际接触表面小。3.界面骚动现象对传质过程的影响界面骚动现象对传质过程的影响 二方面：二方面：a.由界面张力不同产生界面液体质点的抖动和开发。由界面张力不同产生界面液体质点的抖动和开发。增强界面附近湍动程度，提高传质系数增强界面附近湍动程度，提高传质系数b.影响液体合并和再

32、分散的速率。影响液体合并和再分散的速率。改变液滴尺寸和抑制传质表面大小改变液滴尺寸和抑制传质表面大小第四十六页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 4.密度梯度的影响密度梯度的影响 密度自上而下递增，在重力场作用下，流体稳定。密度自上而下递增，在重力场作用下，流体稳定。例：甲苯相甲苯相水相水相对于密度大于水的乙酸：对于密度大于水的乙酸：从水相向甲苯相扩散从水相向甲苯相扩散稳定稳定 从甲苯相向水相扩散从甲苯相向水相扩散不稳定不稳定 稳定密度梯度，使界面对流限制在界面附近；稳定密度梯度，使界面对流限制在界面附近；对

33、操作有利对操作有利 不稳定密度梯度，产生离开界面的旋涡，使之渗不稳定密度梯度，产生离开界面的旋涡，使之渗入到主体相。入到主体相。对操作不利对操作不利第四十七页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 5.表面活性剂的影响表面活性剂的影响 a.降低液体表面张力，制止界面湍动；降低液体表面张力，制止界面湍动；b.在界面形成吸附层，产生吸附传质阻力；在界面形成吸附层，产生吸附传质阻力；c.抑制滴内流体循环，降低液体沉降速度。抑制滴内流体循环，降低液体沉降速度。五五.轴向混合轴向混合 轴向混合：轴向混合：非理想流动，偏离活

34、塞流动各种现非理想流动，偏离活塞流动各种现象，包括：反混、前混等。象，包括：反混、前混等。对于实际流动：对于实际流动：a.连续相流动方向速度不均匀；连续相流动方向速度不均匀；b.由上造成涡流，当局部速度过大，可能夹带分由上造成涡流，当局部速度过大，可能夹带分散相液滴，造成分散相反混。散相液滴，造成分散相反混。第四十八页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 c.分散相液滴大小不均匀，上升、下降速度不同，分散相液滴大小不均匀，上升、下降速度不同，速度较大的那部分液滴造成分散相前混；速度较大的那部分液滴造成分散相前混

35、；d.分散相液滴流速较大时，也会引起液滴周围连续分散相液滴流速较大时，也会引起液滴周围连续相反混。相反混。轴向混合：轴向混合：改变了两相浓度沿轴向分布，大大降低了改变了两相浓度沿轴向分布，大大降低了传质推动力（图传质推动力（图5-20）中试数据不能用于工业生产。中试数据不能用于工业生产。一般：一般：对于大型萃取塔，对于大型萃取塔，90%的塔高用于补偿轴向混合的塔高用于补偿轴向混合不利影响。不利影响。返回返回第四十九页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 5.2.3 萃取塔效率萃取塔效率操作：微分接触设备操作：微

36、分接触设备HETS：一个理论级当量高度（等板高度）：一个理论级当量高度（等板高度）HTU：传质单元高度：传质单元高度一、一、HETS 塔高塔高H=NT （HETS）HETS计算：计算：a.实验法（用于放大）实验法（用于放大）HETS由小试结果确定由小试结果确定 b.查图法（用于初步设计）查图法（用于初步设计）适用：转盘塔、震动塔、低粘度物系。适用：转盘塔、震动塔、低粘度物系。第五十页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 二、二、HTU（1）活塞流模型）活塞流模型 假设：假设：两相作活塞流动，轻相为萃取相，重相为

37、萃两相作活塞流动，轻相为萃取相，重相为萃余相，相间的传递余相，相间的传递仅在水平方向仅在水平方向。EdyRdxdNdZ=内的传质速率：内的传质速率：被萃取物在被萃取物在）（）（）（455*-=-=dZyyaAKdZxxaAKdNtytxdFyyKdFxxKdNyx）（）（由传质速率方程：由传质速率方程：-=-=*R,X0R,X1E,y0E,y1E,yE,y+dyR,XR,X+dXdZ第五十一页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 第五十二页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林

38、大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 第五十三页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 第五十四页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 （2）扩散模型）扩散模型 假设：假设：除了相际传质外，每一相还存在由于轴向除了相际传质外，每一相还存在由于轴向混合所引起的塔高方向的溶质传递。混合所引起的塔高方向的溶质传递。ux,X0uy,y0uy,y1ux,X1uy(y+dy)uy,yux,Xux(x+dx)Z=0Z=LZZ+dZ第

39、五十五页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 略略返回返回第五十六页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 5.3 传质设备的选择传质设备的选择5.3.1气液传质设备的选择气液传质设备的选择5.3.2 萃取设备的选择萃取设备的选择第五十七页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 5.3.1气液传质设备的选择气液传质设备的选择一、板式塔和填料塔的选择一

40、、板式塔和填料塔的选择考虑的问题：考虑的问题：（1）系统物性）系统物性 腐蚀性：填料塔腐蚀性：填料塔 易发泡：填料塔易发泡：填料塔 易聚合或固体：板式塔易聚合或固体：板式塔 热敏性、真空操作：填料塔热敏性、真空操作：填料塔 高粘度：填料塔高粘度：填料塔 明显热敏物系：填料塔明显热敏物系：填料塔第五十八页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 （2）塔的操作条件）塔的操作条件 板式板式 填料填料塔直径：塔直径：0.6m 不受限制不受限制设备费用设备费用 小塔：大小塔：大 小小 大塔：小大塔：小 大大操作弹性：操作弹

41、性：大大 小小（3）塔的操作方式）塔的操作方式间歇精馏：填料塔间歇精馏：填料塔（减少中间馏分的采出）减少中间馏分的采出）多股加料和侧线采出：多股加料和侧线采出：板式塔板式塔（简便）（简便）第五十九页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 二、填料的选择二、填料的选择（1）材质选择）材质选择陶瓷、金属、塑料陶瓷、金属、塑料考虑：价格、硬度、腐蚀性考虑：价格、硬度、腐蚀性（2）种类）种类考虑：效率、压力、表面积、操作弹性等考虑：效率、压力、表面积、操作弹性等第六十页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第

42、2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 各类萃取设备的优缺点各类萃取设备的优缺点列入表列入表5-3 5.3.2 萃取设备的选择萃取设备的选择第六十一页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 （1）所需理论级数）所需理论级数 N 设备设备 23 都可以都可以 45 转盘塔、震动筛板塔、脉冲塔转盘塔、震动筛板塔、脉冲塔 5 混合澄清器混合澄清器（2）处理量）处理量处理量处理量 设备设备 大大 转盘塔、筛板塔、混合转盘塔、筛板塔、混合澄清器澄清器 小小 填料塔、脉冲塔、离心萃取器填料塔、脉

43、冲塔、离心萃取器第六十二页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 （3）停留时间）停留时间 短：离心萃取器短：离心萃取器 长：混合长：混合澄清器澄清器（4）两相流量比）两相流量比 过大：过大：不易采用各种塔不易采用各种塔（5）系统物理性质）系统物理性质 粘度、密度差、界面张力粘度、密度差、界面张力腐蚀性大的物系：喷洒塔，填料塔（结构简单）腐蚀性大的物系：喷洒塔，填料塔（结构简单）固体悬浮物：转盘塔或混合固体悬浮物：转盘塔或混合澄清器澄清器第六十三页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 （6）设备费用）设备费用 无外加能量设备：最低无外加能量设备：最低 离心萃取器：最高离心萃取器：最高（7）安装场地）安装场地 高度、面积高度、面积二、分散相的选择二、分散相的选择 179页（页（1）（6）第六十四页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 第第5 5章结束章结束 第六十五页，编辑于星期六：十八点 五分。（2012-2013第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 化工分离过程化工分离过程 第六十六页，编辑于星期六：十八点 五分。