筛板萃取塔设计计算课件

液液萃取塔设计计算报告人：鞠吉指导老师：曾爱武日期：2013.09.23

液液萃取塔设计计算报告人：鞠吉

TianjinUniversity主要内容填料萃取塔设计计算1筛板萃取塔设计计算2TianjinUniversity主要内容填料萃取塔设

TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计算体系物性、分离要求有效填料层高度HT=HTUoxpNoxp特性速度u0液泛速率ucf、udf表观流速uc、ud塔径DT液滴平均直径dvs计算kc、kd、Koc计算HTUox计算Ec、Ed计算HTUoxdHTUoxp=HTUox+HTUoxd填料选型TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计

TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计算分散相连续相的选择①选择体积流率大的一相作为分散相②选择不易润湿填料表面的液相作为分散相瓷质填料易被水溶液优先润湿石墨和塑料填料易被大部分有机溶液优先润湿金属填料两相均可能润湿，应由试验决定水—醋酸—仲丁酯水相油相分散相连续相填料的选择所用填料材料应被连续相优先润湿③选择溶解吸收溶质能力强的为分散相轻液轻液重液重液液－液相界面填料填料参数：空隙率ε（m3/m3）、堆积密度（kg/m3）比表面积a（m2/m3）TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计一、填料萃取塔设计计算液泛速度的计算①特性速度法特性速度u0：指当连续相流速等于零，分散相流速趋于零时，分散相液滴在操作条件下的终端速度。滑动速度Laddha法（1983）无传质，C=0.683d→c，C=0.820c→d,C=0.637主要用于乱堆填料和分散相存留分数小于15%的情况。无界面张力σ参数。一、填料萃取塔设计计算液泛速度的计算①特性速度法特性速度u0

TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计算液泛速度的计算②直接计算法（经验关联式）Crawford-Wilke法（1951）实验体系有汽油-水、四氯化碳-水、MIK-水等，体系界面张力8.9~44.8N/m所用填料12.7mm~38mm的石墨或陶瓷的拉西环和鲍尔鞍等，填料空隙率为0.5~0.74。Kummar-Hartland法（1989）回归计算845个实验点，覆盖体系物性和填料种类很宽，绝大部分实验数据为高、中界面张力体系用于低空隙率填料的数据，且为有机相分散，公式对填料类型存在常数修正系数。以上两种方法对于高空隙率新型填料用于低界面张力体系时，计算误差很大TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计

TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计算操作流速的确定塔径的确定液泛速度准确计算比较困难，影响因素较多，一般推荐操作流速比较低Perry化学工程手册推荐，操作流速应选在不大于50%的液泛速度值一些高空隙率的新填料可以在较高负荷下比较稳定运行TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计

TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计算液滴平均直径dvsLaddha法无传质或c→dη=1.0d→cη=1.4《化工手册》对标准的工业填料，液液萃取临界填料尺寸dFC，填料的直径大于dFC时Kumar法根据体系物性、两相流速和填料特性对10种文献列举的数据进行关联，在连续相浸润填料表面的情况下，可用其关联式。平均相对误差18.7%Laddha法Seibert法分散相存留分数的计算如果液泛速度是通过特性速度计算的话，也可通过实际流速uc、ud及特性速度u0，通过试差法求之TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计

TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计算计算kc、kd、Koc对于乱堆填料，分散相存留分数小于15%的情况，可采用以下公式：Seibert法①计算液滴内分传质系数kd时，引入判据当Φ≤6时，应用Handlos和Baron的湍流内循环模型当Φ＞6时，应用Laddha等的考虑液滴内循环和分子扩散相结合的模型②计算滴外分传质系数kc时TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计一、填料萃取塔设计计算计算kc、kd、Koc两相传质比表面积：真实传质单元高度：考虑轴向扩散系数塔径大，轴向反混的影响不容忽视时①计算连续相轴向扩散系数Ec②计算分散相轴向扩散系数Ed③计算分散单元高度Hoxd表观传质单元高度HTUoxp有效塔高HT一、填料萃取塔设计计算计算kc、kd、Koc两相传质比表面积

TianjinUniversity二、筛板萃取塔设计计算轻液分散的筛板萃取塔轻液向上流相界面轻液筛板降液管重液向下流挡板分散的轻液轻液向上流相界面重相液滴筛板升液管重液向下流挡板重液重液分散的筛板萃取塔为保证筛板塔正常操作，应考虑以下几点：①分散相应均匀地通过全部筛孔，防止连续相短路而降低分离效率；②两相在板间分层明显，而且要有一定高度的分散相累积层。TianjinUniversity二、筛板萃取塔设计计二、筛板萃取塔设计计算操作流速的确定一般认为当分散相滞存率达到20%时将会出现液泛，因此取液泛时滞存率Prabhu法总结了七种不同体系得到规律孔径小于2.5mm时，特性速度u0与孔径成正比孔径大于2.5mm时，特性速度u0随孔径变化不大，趋于一个常数①特性速度法②直接计算法（经验关联式）柱结构参数和体系物性参数，大量实验数据回归关联式Rocha法上限——液泛速度二、筛板萃取塔设计计算操作流速的确定一般认为当分散相滞存率达

TianjinUniversity二、筛板萃取塔设计计算操作流速的确定下限——保证筛板上所有筛孔都能均匀的流出液体

分散相通过筛孔的速度达到最低喷口速度Uj很多研究者测定和关联了Uj，具有代表性的关联式是Ruff关联式：①判断小孔或大孔筛板大孔筛板，反之小孔筛板对于小孔筛板：对于大孔筛板：②Uj即为分散相的最低过孔速度，可根据开孔率φ计算出最小分散相表观速度TianjinUniversity二、筛板萃取塔设计计

TianjinUniversity二、筛板萃取塔设计计算筛孔直径dN的选择通常筛孔直径为3-6mm，对界面张力高的物系选最小孔径3mm，如物系含有少量固体悬浮物或粘度较高，筛孔可选4-6mm。分散相过孔流速v0一般在10-30cm/s，最适宜孔速最好由实验决定，或由下式估算：开孔数开孔区面积F1筛孔通常按正三角形排列，孔中心距t为孔直径dN的3-4倍一般开孔区面积约占总板面积的55-60%，开孔率为15-25%筛板开孔区降液区无孔区TianjinUniversity二、筛板萃取塔设计计

TianjinUniversity二、筛板萃取塔设计计算塔径的确定降液区面积F2连续相在降液管的流速，可以通过所容许带走的最大液滴直径（一般取0.8mm）求得。据Stokes式，直径为dpm=0.8mm的分散相液滴在连续相中的沉降速度

为使大于dpm的液滴不被连续相带走，连续相在降液管中的流速vdc不得大于分散相液滴在降液管中的沉降速度v，即vdc≤v①为使上升的分散相液滴不进入降液管，开孔区与降液管之间应有一定的空隙Lα一般可取30mm左右。②为支撑和固定筛板，筛板周边需要一定余度Ls，一般取Ls=30-50mm，或整个塔自由截面积5%TianjinUniversity二、筛板萃取塔设计计二、筛板萃取塔设计计算分散相液层高度h为保证塔的正常操作，必须保证一定的分散相液层高度，由两相流动所需压头决定。①连续相克服降液管阻力所需的液层高度hc②分散相通过筛孔所需的液层高度hN③分散相克服界面张力所需的液层高度hσ，对于中、低界面张力体系不是主要影响因素。——《化学工程手册》——《溶剂萃取手册》当v0≤0.3mm/s二、筛板萃取塔设计计算分散相液层高度h为保证塔的正常操作，必

TianjinUniversity二、筛板萃取塔设计计算筛板传质效率E0的计算板间距HT的确定塔高的计算还需考虑上下两端所需的澄清室高度筛板塔板间距一般根据经验选取，通常不超过300mm，特殊情况可以高达600mm，为使两相能在筛板塔上分层工业萃取塔的板间距最好不要低于150mm。塔径D，cm板间距HT，cm15203030504010050TianjinUniversity二、筛板萃取塔设计计ThankYou!ThankYou!

液液萃取塔设计计算报告人：鞠吉指导老师：曾爱武日期：2013.09.23

液液萃取塔设计计算报告人：鞠吉

TianjinUniversity主要内容填料萃取塔设计计算1筛板萃取塔设计计算2TianjinUniversity主要内容填料萃取塔设

TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计算体系物性、分离要求有效填料层高度HT=HTUoxpNoxp特性速度u0液泛速率ucf、udf表观流速uc、ud塔径DT液滴平均直径dvs计算kc、kd、Koc计算HTUox计算Ec、Ed计算HTUoxdHTUoxp=HTUox+HTUoxd填料选型TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计

TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计算分散相连续相的选择①选择体积流率大的一相作为分散相②选择不易润湿填料表面的液相作为分散相瓷质填料易被水溶液优先润湿石墨和塑料填料易被大部分有机溶液优先润湿金属填料两相均可能润湿，应由试验决定水—醋酸—仲丁酯水相油相分散相连续相填料的选择所用填料材料应被连续相优先润湿③选择溶解吸收溶质能力强的为分散相轻液轻液重液重液液－液相界面填料填料参数：空隙率ε（m3/m3）、堆积密度（kg/m3）比表面积a（m2/m3）TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计一、填料萃取塔设计计算液泛速度的计算①特性速度法特性速度u0：指当连续相流速等于零，分散相流速趋于零时，分散相液滴在操作条件下的终端速度。滑动速度Laddha法（1983）无传质，C=0.683d→c，C=0.820c→d,C=0.637主要用于乱堆填料和分散相存留分数小于15%的情况。无界面张力σ参数。一、填料萃取塔设计计算液泛速度的计算①特性速度法特性速度u0

TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计算液泛速度的计算②直接计算法（经验关联式）Crawford-Wilke法（1951）实验体系有汽油-水、四氯化碳-水、MIK-水等，体系界面张力8.9~44.8N/m所用填料12.7mm~38mm的石墨或陶瓷的拉西环和鲍尔鞍等，填料空隙率为0.5~0.74。Kummar-Hartland法（1989）回归计算845个实验点，覆盖体系物性和填料种类很宽，绝大部分实验数据为高、中界面张力体系用于低空隙率填料的数据，且为有机相分散，公式对填料类型存在常数修正系数。以上两种方法对于高空隙率新型填料用于低界面张力体系时，计算误差很大TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计

TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计算操作流速的确定塔径的确定液泛速度准确计算比较困难，影响因素较多，一般推荐操作流速比较低Perry化学工程手册推荐，操作流速应选在不大于50%的液泛速度值一些高空隙率的新填料可以在较高负荷下比较稳定运行TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计

TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计算液滴平均直径dvsLaddha法无传质或c→dη=1.0d→cη=1.4《化工手册》对标准的工业填料，液液萃取临界填料尺寸dFC，填料的直径大于dFC时Kumar法根据体系物性、两相流速和填料特性对10种文献列举的数据进行关联，在连续相浸润填料表面的情况下，可用其关联式。平均相对误差18.7%Laddha法Seibert法分散相存留分数的计算如果液泛速度是通过特性速度计算的话，也可通过实际流速uc、ud及特性速度u0，通过试差法求之TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计

TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计算计算kc、kd、Koc对于乱堆填料，分散相存留分数小于15%的情况，可采用以下公式：Seibert法①计算液滴内分传质系数kd时，引入判据当Φ≤6时，应用Handlos和Baron的湍流内循环模型当Φ＞6时，应用Laddha等的考虑液滴内循环和分子扩散相结合的模型②计算滴外分传质系数kc时TianjinUniversity一、填料萃取塔设计计一、填料萃取塔设计计算计算kc、kd、Koc两相传质比表面积：真实传质单元高度：考虑轴向扩散系数塔径大，轴向反混的影响不容忽视时①计算连续相轴向扩散系数Ec②计算分散相轴向扩散系数Ed③计算分散单元高度Hoxd表观传质单元高度HTUoxp有效塔高HT一、填料萃取塔设计计算计算kc、kd、Koc两相传质比表面积

TianjinUniversity二、筛板萃取塔设计计算轻液分散的筛板萃取塔轻液向上流相界面轻液筛板降液管重液向下流挡板分散的轻液轻液向上流相界面重相液滴筛板升液管重液向下流挡板重液重液分散的筛板萃取塔为保证筛板塔正常操作，应考虑以下几点：①分散相应均匀地通过全部筛孔，防止连续相短路而降低分离效率；②两相在板间分层明显，而且要有一定高度的分散相累积层。TianjinUniversity二、筛板萃取塔设计计二、筛板萃取塔设计计算操作流速的确定一般认为当分散相滞存率达到20%时将会出现液泛，因此取液泛时滞存率Prabhu法总结了七种不同体系得到规律孔径小于2.5mm时，特性速度u0与孔径成正比孔径大于2.5mm时，特性速度u0随孔径变化不大，趋于一个常数①特性速度法②直接计算法（经验关联式）柱结构参数和体系物性参数，大量实验数据回归关联式Rocha法上限——液泛速度二、筛板萃取塔设计计算操作流速的确定一般认为当分散相滞存率达

TianjinUniversity二、筛板萃取塔设计计算操作流速的确定下限——保证筛板上所有筛孔都能均匀的流出液体

分散相通过筛孔的速度达到最低喷口速度Uj很多研究者测定和关联了Uj，具有代表性的关联式是Ruff关联式：①判断小孔或大孔筛板大孔筛板，反之小孔筛板对于小孔筛板：对于大孔筛板：②Uj即为分散相的最低过孔速度，可根据开孔率φ计算出最小分散相表观速度TianjinUniversity二、筛板萃取塔设计计

TianjinUniversity二、筛板萃取塔设计计算筛孔直径dN的选择通常筛孔直径为3-6mm，对界面张力高的物系选最小孔径3mm，如物系含有少量固体悬浮物或粘度较高，筛孔可选4-6mm。分散相过孔流速v0一般在10-30cm/s，最适宜孔速最好由实验决定，或由下式估算：开孔数开孔区面积F1筛孔通常按正三角形排列，孔中心距t为孔直径dN的3-4倍一般开孔区面积约占总板面积的55-60%，开孔率为15-25%筛板开孔区降液区无孔区TianjinUniversity二、筛板萃取塔设计计

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