1、化工别离工程课件武汉工程大学 第五章 别离设备处理能力和效率 本课件仅供学习使用本课件仅供学习使用 学习完毕请自行删除学习完毕请自行删除 本课件仅供学习使用本课件仅供学习使用 学习完毕请自行删除学习完毕请自行删除 本课件仅供学习使用本课件仅供学习使用 学习完毕请自行删除学习完毕请自行删除内容：内容：1.1.影响传质设备的因数；影响传质设备的因数；2.2.确定效率的经历方法；确定效率的经历方法；3.3.设备选型。设备选型。第一节第一节 气液传质设备的处理能力气液传质设备的处理能力和效率和效率5.1.1 5.1.1 气液传质设备处理能力的影响因气液传质设备处理能力的影响因数数 传质设备：板式塔；填
2、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/VL/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：包括规整或乱堆填料塔：包括规整或乱堆 L/V L/V下降、液体粘度下降、填料孔隙下降、液体粘度下降、填料孔隙率升高、比外表积下降都会使液泛速度上率升高、比外表积下降都会使液泛速度上升。升。u雾沫夹带雾沫夹带u 别离过程中为处理能力的极限别离过程中为处理能力的极限u 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u板间距下降、塔负荷上升会使雾沫夹带量上升。板间距下降、塔负荷上升会使雾沫夹带量上升。u压力降与处理能力有关压
3、力降与处理能力有关u 真空操作：有一上限真空操作：有一上限u 板式塔：构成降液管内液位高度重要组成板式塔：构成降液管内液位高度重要组成局部，压力降大，液位高，假设很大，就会产生局部，压力降大，液位高，假设很大，就会产生液泛。液泛。u停留时间停留时间u 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；u 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。5.1.2 5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因气液传质设备的效率及其影响因数数一、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：理理 论论 板板实实 际际 板
4、板 1.气液两相完全混合气液两相完全混合，板上浓度均一。，板上浓度均一。板上液相浓度径向分板上液相浓度径向分布，液体入口处浓度高布，液体入口处浓度高，进入的气相各点浓度，进入的气相各点浓度不相同。不相同。有雾沫夹带、漏液、液有雾沫夹带、漏液、液相夹带汽相等。相夹带汽相等。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，各点停留不均匀流动，各点停留时间不同。时间不同。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。影响因数：塔板结构，流影响因数：塔板结构，流 动情况、物性、动情况、物性、平衡关系。平衡关系
5、。2.离开板的气液相浓离开板的气液相浓度达到平衡度达到平衡传质量：传质量：实际板实际板理论板理论板iiiixKyy *)(1*jiyyV 引入效率概念引入效率概念成平衡成平衡与与，jijijijijijiMLiyxxxxxE,*,1,*,1,实实理理定义：定义：全塔效率全塔效率NNEETT.1成平衡成平衡与与，jijijijijijiMVixyyyyyE,*,1,*,1,MViE，默默弗弗里里板板效效率率.2j-1jXi,j-1Xi,jyi,j+1yi,j 注意：注意：1.2.不同组分计算结果不同不同组分计算结果不同（二元除外）。（二元除外）。MLiMViEE，成平衡成平衡与与jijijiji
6、jijiOGixyyyyyE,*,1,*,1,OGiE，点点效效率率.3j-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 HETP HETP=填料层高度/理论板数二、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1.1.传质速率传质速率 假设：假设：a.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.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)(Z)无关。无关。有：气体通
7、过板上有：气体通过板上dzdz的微元高度时的微元高度时i i组分的传递量组分的传递量 322*/)65()(mmasmmolGdZdAyyaKdydAGiiYi比表面积，比表面积，鼓泡层中的气液接触鼓泡层中的气液接触）（的气相摩尔流率，的气相摩尔流率，积上积上单位时间，单位截面单位时间，单位截面 )75(ln)65(1,*,*,OGjijijijiYNyyyyGaZK：积分积分的的关关系系：与与OGOGENOGNjijijijijijijijiOGeyyyyyyyyE 1,*,*,1,*,1,11气相总传质气相总传质单元数单元数点效率点效率)85(11 GaZKNOGYOGeeE由双膜理论：由
8、双膜理论：mVLNNNLGOG 111和和筛筛板板塔塔研研究究结结果果：塔塔据据美美国国化化工工学学会会对对泡泡罩罩）（液相传质单元数液相传质单元数115 LN）（气相传质单元数气相传质单元数105 GN2.2.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：1,*,1,)1(jijijijiOGijijijijiyyyyEyyxx板上液体完全混合板上液体完全混合MVijijijijiEyyyy,1,*,1,这时：这时：OGNOGMVeEE 1(5-14)研究：研究：且停留时间相同。且停留时间相同。板上液体完全不混合板上液体完全不混合活塞流活塞流Lewis)()2(）（）（155 1
9、/OGEMVeE两种极限情况的比较：两种极限情况的比较：OGMVOGMVEEEE 完全不混合完全不混合完全混合完全混合说明：说明：1.1越越大大。越越小小，而而且且增增大大合合作作用用减减弱弱，使使一一定定时时：液液体体混混当当MVMVOGEEN,.2完全混合完全混合完全不混合完全不混合OGMVEE/OGE图图 5-41mVL 与流体总方向垂直与流体总方向垂直横向混合横向混合与流体总方向平行与流体总方向平行纵向混合纵向混合。响响板上液体以不同方式影板上液体以不同方式影板上液体部分混合板上液体部分混合OGMVEE)3(OGEMVEb向向移移动动，使使混混合合向向完完全全混混合合曲曲线线方方中中体
10、体现现趋趋向向由由完完全全不不，图图组组成成更更接接近近于于出出口口组组成成液液体体减减小小，使使得得所所有有位位置置上上促促使使液液体体沿沿流流程程浓浓度度差差纵纵向向混混合合：45.两条曲线之间。两条曲线之间。关系曲线位于图关系曲线位于图与与45.MVOGMVEEEa。合合也也应应该该使使分分纵纵向向混混合合时时，横横向向混混。若若存存在在部部合合时时，可可使使均均一一情情况况。若若无无纵纵向向混混接接近近停停留留时时间间和和反反混混造造成成的的不不利利影影响响减减少少了了停停留留时时间间不不均均一一横横向向混混合合：OGEMVEOGEMVEc,.美国化工学会美国化工学会AIChEAICh
11、E模型：模型：条件：仅停留时间均一下纵向混合无横向条件：仅停留时间均一下纵向混合无横向混合混合155)165(页页 OGMVEE1412/1951252122 ）（板）板）（适用于泡罩板和筛孔（适用于泡罩板和筛孔涡流扩散系数，涡流扩散系数，）（板上平均停留时间，板上平均停留时间，）（）准数）准数彼克来（彼克来（式中：式中：eOGeELLEePEPsmDStPeclettDlP 书中有错书中有错对对516516作图：作图：OGMVeOGMVeeOGOGMVEEPEEPbaPEEE 完全混合完全混合完全不混合完全不混合图图0,55 讨论：讨论：1.1.不均匀流动、环流对塔板效率产生不利不均匀流动、
12、环流对塔板效率产生不利影响点效率下降；影响点效率下降；2.2.小直经塔，板上液体为完全混合；小直经塔，板上液体为完全混合；3.3.大直经塔，板上液体不混合性增强。大直经塔，板上液体不混合性增强。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，能削这种的影响，液相横向混合，能削这种的影响，4.使使 ；3.随塔经增大，纵向不完全混合性的随塔经增大，纵向不完全混合性的4.有利影响下降，不均
13、匀流动趋于严重。有利影响下降，不均匀流动趋于严重。OGMVEE OGMVEE3.3.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：雾雾沫沫夹夹带带量量）（：有有雾雾沫沫夹夹带带下下的的板板效效率率eEEeEeEEEMVaMVMVaa ;114.4.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，传质速率粘度高，两相接触差，扩散系数低，传质速率低，效率低。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
14、：吸收：一般在较低温度下操作，效率要低。一般在较低温度下操作，效率要低。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，产生上下环度较大区域，位于低密度液体之上，产生上下环流，从而提高传质系数。流，从而提高传质系数。液体流动液体流动流动流动外表张力外表张力 易挥发组分易挥发组分MVCMVC外表张力较小外表张力较小 正系统正系统 易挥发组分易挥发组分MVCMVC外表张力较大外表张力较大 负系统负系统外表张力梯度对泡沫稳定层的影响：外表张力梯度对泡沫稳定层的影响：液体流动液体流动流动流动低低XMVC高表面张力高表面张
15、力高高XMVC低表面张力低表面张力自愈合的正系统自愈合的正系统低低XMVC低表面张力低表面张力高高XMVC高表面张力高表面张力自破坏的负系统自破坏的负系统正系统：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、薄膜不稳定。提高传质提高传质效率效率喷雾状态喷雾状态 外表张力梯度对液滴生成的效应：外表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。
16、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5.1.3 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、经历法一、经历法 板式塔：查图奥康奈尔法板式塔：查图奥康奈尔法 填料塔：求填料塔：求HETPHETP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AIChEAIChE提出方法：提出方法：5-105-105-115-115-125-12EOGEOG、PePe查图查图5-55-5：MVOGMVeOGEEEPE 计算计算查图查图、由由5
17、5 由图由图5-85-8：Fu气相速度气相速度泛点百分率：泛点百分率：）（求求）（由由smuKFGLGFV/5.0 （泡罩塔、（泡罩塔、查图查图、板间距、板间距已知已知VLGKVL 85 筛板塔液泛极限）筛板塔液泛极限）eVLLG 9595查查图图、泛泛点点百百分分率率已已知知：由由图图 （夹夹带带分分率率）由由5-205-20：有有雾雾沫沫夹夹带带下下的的板板效效率率:)205()1(1aMVMVaEeEeEE 方法特点：方法特点：1.1.预测放大塔径后的板效率预测放大塔径后的板效率 2.2.计算复杂计算复杂习题：P181 1题表表5-1 5-1 萃取设备的分类萃取设备的分类 型式型式逐极接
18、触式逐极接触式微分接触式微分接触式无外加能量无外加能量筛板塔筛板塔喷洒塔、填料塔喷洒塔、填料塔具有外具有外加能量加能量搅动搅动混合澄清器混合澄清器搅拌填料塔搅拌填料塔转盘塔转盘塔搅拌挡板塔搅拌挡板塔脉冲脉冲脉冲筛板塔脉冲筛板塔脉冲混合澄清器脉冲混合澄清器脉冲填料塔脉冲填料塔离心力离心力逐极接触离心逐极接触离心萃取器萃取器连续接触离心连续接触离心萃取器萃取器5.2.1 5.2.1 5.2.2 5.2.2 5.2.3 5.2.3 一、设备的特性速度一、设备的特性速度1.1.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
19、续相中自由密度大的相为分散相，液滴在连续相中自由沉降。沉降。分散相空塔速度分散相空塔速度 m/s m/s 连续相空塔速度连续相空塔速度 m/s m/s 分散相在塔内液相中所占体积分率滞液分散相在塔内液相中所占体积分率滞液分率分率5.2.1 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 fsmusmudcdd/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 f
20、f f f f f f 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）（mcdcmdpsgdu 182 ：分散相液体平均直径：分散相液体平均直径Pd）（255)1()1(:)245()215(2 dcdddtuuuf ff ff f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 m/s 连续相空塔速度连续相空塔速度 m/s 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
21、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由沉降速度，与操作条件 无关。无关。cududf ftu）（：代替代替用用265)1()1(2 dcdddktkuuuuuf ff ff fu对于其他类型萃取设备：对于其他类型萃取设备：u 由于接触方式不同，对由于接触方式不同，对525525改进改进.。，其它情况，进行测定，其它情况，进行测定对于喷洒塔对于喷洒塔tKuu.4物物性性和和设设备备特特性性。计计算算取取决决于于萃萃取取物物系系的的.3无关。无关。、与与cduu.2。性性质质，但但不不是是具具有有ttkuuu.1:u用于填料塔用于填料塔为填料的孔隙率
22、为填料的孔隙率）（f f f fff275)1()1(2 dcdddkuuu）（2851)1(dcddndkuKuuf ff ff fu用于转盘塔用于转盘塔1.22411241 KDRDSDKDRDSD时时，）（当当时时，）（当当式式中中：塔径塔径转盘直经转盘直经固定环内经固定环内经DRDSDu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 ）（2951)1(dcddndkuuuf ff ff f2.uk2.uk获取法获取法1 1测定；测定；2 2由测定值关联方程：由测定值关联方程：转盘塔：转盘塔：5-305-30 脉冲塔：脉冲塔
23、：5-315-31二、临界持液分率与液泛速度二、临界持液分率与液泛速度作图作图对对）：）：对于（对于（。分散相液体液泛速度分散相液体液泛速度连续相液泛速度；连续相液泛速度；凝界持液分率；凝界持液分率；dkuduuuudcdddkdFuCFudFf ff ff ff ff f 2)1()1(265实际不存在df fkudu不变不变Cu泛点泛点CFCdFddFduuuu为为；为为；为为顶顶点点讨讨论论：f ff f.1寸寸、设设备备类类型型无无关关。有有关关，与与物物性性、液液滴滴尺尺只只与与，表表明明不不含含特特性性常常数数）（将将二二式式合合并并：）（）（）（）（求求分分散散相相泛泛点点速速度
24、度求求连连续续相相泛泛点点速速度度CFdFdFkdFudCCFudduuuuuuudCf ff ff f)355(35534503350.3 滴滴被被连连续续相相带带走走。，或或部部分分分分散散相相液液液液泛泛时时，发发生生液液滴滴合合并并.2125.4，得得图图若若联联立立求求解解以以上上三三方方程程三、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5-135-13。转盘塔液泛速度：转盘塔液泛速度：;)305(ku;)355(dFf f CFu)335(dFf f)385(;)375(CFu;)365(dFu 脉冲筛板塔液泛速度：脉冲筛板塔液泛速度：）（）（）（或或设计速
25、度：设计速度：4054)395(44)7060(u dCdCddCCFuuVVDuVuVDu 临界速度临界速度例例5-2 5-2 求转盘塔的直径求转盘塔的直径mNsPmkgsPmkgDHDDDDSnaddaCCTRS/10924.5104.0/750100.1/12001.06.07.05.0333331 ；芳芳烃烃为为分分散散相相：；极极性性萃萃取取剂剂为为连连续续相相：；已已知知：）（）（）（；解：解：335121)7060(u42C dFdFkCFCFCCuuuuVDf ff f cdcdcFdFVVuuuu ）（）（）（）（）（35514385.02 cFdFcFdFcFdFcFdFd
26、Fuuuuuuuuf fsmVsmVCCdd/10823.4864001000500/10543.18640010001003232 ；6.29.03.229.0012.0）（）（）（）（）（：DDDHDDnDguuRRTRSRCCkk ）（305 采用试差法：设采用试差法：设D=2.1mD=2.1m，验证后圆整。，验证后圆整。习题：P182 4题5.2.2 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、分散相液滴尺寸失失。过过小小，内内循循环环使使液液滴滴消消大大；若若小小，：单单位位容容积积相相际际传传质质表表面面PpPddaddaf f6 二、液滴内的环流二、
27、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：滴外液体流动阻力小；液滴内液体不流动阻滴外液体流动阻力小；液滴内液体不流动阻力大。力大。当液滴作相对运动时，界面上摩擦力诱导液滴内当液滴作相对运动时，界面上摩擦力诱导液滴内环流，使滴内阻力减小。环流，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三、液滴的凝聚和再分散三、液滴的凝聚和再分散喷洒塔、筛板塔：由喷嘴、孔板分散；喷洒塔、筛板塔：由喷嘴、孔板分散；填料塔：由填料分散；填料塔：由填料分散；转盘塔、脉动塔、离心萃取
28、器：由外加能量转盘塔、脉动塔、离心萃取器：由外加能量分散。分散。分散的好坏与物系性质有关，液滴内侧分散的好坏与物系性质有关，液滴内侧传质分系数很低，假设造成液滴的凝聚和再传质分系数很低，假设造成液滴的凝聚和再分散，可提高滴内传质分系数。分散，可提高滴内传质分系数。四、界面现象四、界面现象 外表张力、外表浓度外表张力、外表浓度 液体从低外表张力区间向高外表张力区液体从低外表张力区间向高外表张力区间流动间流动(外表推动力外表推动力)。界面上不稳定浓度变。界面上不稳定浓度变化引起不稳定外表张力变化。化引起不稳定外表张力变化。1.1.规那么型规那么型讨论：静止两层液体沿平界面相互接触情况讨论：静止两层
29、液体沿平界面相互接触情况设：设：a a 点浓度大于点浓度大于b b点，且点，且0 C 界面附近流体从界面附近流体从a a点向点向b b点运动，主流体向点运动，主流体向a a点补点补充。充。形成旋转流环，产生规那么运动。形成旋转流环，产生规那么运动。传质方向传质方向界面界面ab2 相相1 相相c运动继续下去。运动继续下去。或运动粘度或运动粘度若传质系数若传质系数,2121rrDD 2.2.不规那么型不规那么型 CBCCc11,0 设：设：a.a.由于由于B B点浓度下降界面从点浓度下降界面从B B点开场扩展，点开场扩展，次界面中液相向外表次界面中液相向外表B B点填补。点填补。b.b.由于补充液
30、体外表张力比刚刚扩展出由于补充液体外表张力比刚刚扩展出去的液体高浓度低，以至使刚刚去的液体高浓度低，以至使刚刚扩展出去的液体微元产生逆转，围绕扩展出去的液体微元产生逆转，围绕在在B B周围的液体都向周围的液体都向B B聚集。聚集。传质方向传质方向2 相相1 相相CBCC1BC1讨论：讨论：一个湍流微团从相一个湍流微团从相1 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低浓度液体填补低浓度液体填补Bc.c.由于由于B B周围液体凝聚，终于形成了一周围液体凝聚，终于形成了一个垂直于界面的类似于火山爆发的射流，个垂直于界面的类似于火山爆发的射流
31、，这一现象称之于迸发，使局部界面破裂。这一现象称之于迸发，使局部界面破裂。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c 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。0 c 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
32、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。0 c 3.3.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.a.由界面张力不同产生界面液体质点的抖动和开由界面张力不同产生界面液体质点的抖动和开发。发。增强界面附近湍动程度，提高传质系增强界面附近湍动程度，提高传质系数数b.b.影响液体合并和再分散的速率。影响液体合并和再分散的速率。改变液滴尺寸和抑制传质外表大小改变液滴尺寸和抑制传质外表大小4.4.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
33、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，使之不稳定密度梯度，产生离开界面的旋涡，使之渗入到主体相。渗入到主体相。对操作不利对操作不利5.5.外表活性剂的影响外表活性剂的影响 a.a.降低液体外表张力，制止界面湍动；降低液体外表张力，制止界面湍动；b.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.c.抑制滴内流体循环，降低液体沉降速度。抑制滴
34、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.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.b.由上造成涡流，当局部速度过大，可能夹带由上造成涡流，当局部速度过大，可能夹带分散相液滴，造成分散相反混。分散相液滴，造成分散相反混。c.c.分散相液滴大小不均匀，上升、下降速度不分散相液滴大小不均匀，上升、下降速度不同，速度较大的那局部液滴造成分散相前混；同，速度较大的那局部液滴造成分散相前混；d.d.分散相液滴流速较大
35、时，也会引起液滴周围分散相液滴流速较大时，也会引起液滴周围连续相反混。连续相反混。轴向混合：改变了两相浓度沿轴向分布，大大降低轴向混合：改变了两相浓度沿轴向分布，大大降低了传质推动力图了传质推动力图5-205-20 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%90%的塔高用于补偿轴向的塔高用于补偿轴向混合不利影响。混合不利影响。5.2.3 5.2.3 萃取塔效率萃取塔效率u操作：微分接触设备操作：微分接触设备uHETSHETS：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uHTUHTU：传质单元高度：传质单元高度u一、一、HE
36、TSHETSu 塔高塔高H=NT H=NT HETSHETSuHETSHETS计算：计算：u a.a.实验法用于放大实验法用于放大u HETS HETS由小试结果确定由小试结果确定u b.b.查图法用于初步设计查图法用于初步设计u 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。二、二、HTUHTU1 1活塞流模型活塞流模型 假设：两相作活塞流动，轻向为萃取相，假设：两相作活塞流动，轻向为萃取相，重相为萃余相，相间的传递仅在水平方向。重相为萃余相，相间的传递仅在水平方向。EdyRdxdNdZ 内的传质速率：内的传质速率：被萃取物在被萃取物在）（）（）（455*dZyyaAK
37、dZxxaAKdNtytxdFyyKdFxxKdNyx）（）（由传质速率方程：由传质速率方程：*dZaAdFt R,X0R,X1E,y0E,y1E,yE,y+dyR,XR,X+dXdZ）（）（）（）（稳态：稳态：21*dZyyaAKEddZxxaAKRdtyytxx tyytxxaAKEHTUaAKRHTU）（）（0101*yyyxxxyydyNTUxxdxNTU）（）（）（）（式中：式中：）积积分分：对对（1）（）（塔高：塔高：50501*xxtxxxdxaAKRL）积分：）积分：对（对（2）（）（塔高：塔高：51501*yytyyydyaAKELNTUHTUL 即即：）（）（）（）（）这里
38、：（这里：（）（）（）（式中对数平均值：式中对数平均值：xxxxxxxxm 11ln1112111*lnln0ln0ln,）（）（）（直线：直线：由于萃取平衡关系不是由于萃取平衡关系不是）（）（计算：计算：（活塞流为直线）（活塞流为直线）5651.1ln,tmxxyxAxaKRHTUHTUHTUyxNTUNTU)()(.2近近似似法法用用图图解解积积分分法法或或多多种种；流流率率可可能能发发生生明明显显变变化化较较复复杂杂，相相的的塔塔中中浓浓度度变变化化的的规规律律比比推推动动力力随随萃萃取取当当平平衡衡关关系系为为曲曲线线时时，.b用用对对数数平平均均推推动动力力法法关关系系为为直直线线时
39、时；当当两两相相不不互互溶溶，且且平平衡衡.a2 2扩散模型扩散模型 假设：除了相际传质外，每一相还存在假设：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。由于轴向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)dZdxxE)(dyydZdyE )(dxxdZdxE dZdyyE Z=0Z=LZZ+dZdZxxaxK)*(）（）（）（）（的物料衡算：的物料衡算：作微元体积作微元体积6050*5950*2222 xxaKdZdyudZydExxaKdZdxudZxdEdZxyyxxx略略5.3.15.3
40、.15.3.25.3.2 5.3.15.3.1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、板式塔和填料塔的选择考虑的问题：考虑的问题：1 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2 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 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：操作弹性：大大 小小3 3
41、塔的操作方式塔的操作方式间歇精馏：填料塔减少中间馏分的采出间歇精馏：填料塔减少中间馏分的采出多股加料和侧线采出：板式塔简便多股加料和侧线采出：板式塔简便二、填料的选择二、填料的选择1 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 2种类种类考虑：效率、压力、外表积、操作弹性等考虑：效率、压力、外表积、操作弹性等 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 5.3.2 萃取设备的选择萃取设备的选择1 1所需理论级数所需理论级数 N N 设备设备 23 23 都可以都可以 45 45 转盘塔、震动筛板塔、脉冲塔转盘
42、塔、震动筛板塔、脉冲塔 5 5 混合澄清器混合澄清器2 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、混合澄清澄清器器 小小 填料塔、脉冲塔、离心萃取器填料塔、脉冲塔、离心萃取器3 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 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 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，填料塔构造简腐蚀性大的物系：喷洒塔，填料塔构造简单单固体悬浮物：转盘塔或混合固体悬浮物：转盘塔或混合澄清器澄清器6 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 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 179 179页页1 16 6
