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振动筛板萃取的实验原理

更新时间:2024-02-21点击次数:1019

1、液—液萃取设备的特点

液相传质过程和气-液相传质均属于相间传质过程,因此这两类传质过程有相似之处,但也有差别。在液液系统中,两相间的密度差较小,界面张力也不大,所以从过程进行的流体力学条件看,在液液相的接触过程中,能用于强化过程的惯性力不大,同时已分散的两相,分层能力也不高。因此气液接触效率较高的设备,用于液液接触就显得效率不高。为了提高液相传质设备的效率,常常补给能量,如搅拌、脉冲振动等,为使得两相逆流和两相分离,需要分层段,以保证足够的停留时间,让分散的液相凝聚,实现两相的分离。

2、液液萃取塔的操作

2.1分散相的选择

在萃取塔中,为了使两相密切接触,其中一相充满设备中的主要空间,连续流动,称为连续相;另一相以液滴的形式,分散在连续相中,称为分散相。哪一相作为分散相对设备的操作性能、传质效果有显著影响。分散相的选择可通过小试或中试确定,也可根据以下几个方面考虑。

为了增加相际接触面积,一般将流量大的一相作为分散相;但如果两相的流量相差很大,并且所选的萃取设备具有较大的轴向混合现象,此时应将流量小的一相作为分散相,以减少轴向混合。

应充分考虑界面张力变化对传质面积的影响,对于的系统,即系统的界面张力随溶质浓度增加而增加的系统,当溶质从液滴向连续相传递时,液滴的稳定性较差,容易破碎,而液膜的稳定性较好,液液不易合并,所以形成的液滴平均直径较小,相际接触面积较大;当溶质从连续相向液滴传递时,情况刚好相反。在设计液液传质设备时,根据系统性质正确选择作为分散相的液体,可在同样条件下获得较大的相际传质表面积,强化传质过程。

对于某些萃取设备,如填料塔和筛板塔等,连续相优先润湿填料或筛板是相当重要的。此时,宜将不易润湿填料或筛板的一相作为分散相。

分散相液滴在连续相中的沉降速度,与连续相的粘度有很大关系。为了减小塔径,提高两相分离效果,应将粘度大的一相作为分散相。

此外从成本、安全考虑,应将成本高的、易爆物料作为分散相。

2.2液滴分散

为了使一相作为分散相,必须将其分散为液滴形式。一相液体的分散,亦即液滴的形式,必须使液滴有一个适当的大小。因为液滴的尺寸不仅关系到相际接触面积,而且影响传质系数和塔的流通量。

较小的液滴,固然相际接触面积较大,有利于传质;但是过小的液滴,其内循环消失,液滴的行为趋于固体球,传质系数下降,对传质不利。所以,液滴尺寸对传质的影响必须同时考虑这两方面的因素。

此外,萃取塔内连续相所允许的极限速度(泛点速度)与液滴的运动速度有关。而液滴的运动速度与液滴的尺寸有关。一般较大的液滴,其泛点的速度较高,萃取塔允许有较大的流通量;相反,较小的液滴,其泛点气速较低,萃取塔允许的流通量也较小。

液滴的分散可以通过振动机构来实现。液滴尺寸除与物性有关外,主要决定于外加能量的大小。

2.3萃取塔的操作

萃取塔在开车时,应首先将连续相注满塔中,然后开启分散相,分散相必须经凝聚后才能自塔内排出。因此轻相作为分散相时,应使分散相不断在塔顶分层凝聚,当两相界面维持适当高度后,再开启分散相出口阀门,并依靠重相出口的U形管自动调节界面高度。当重相作为分散相不断在塔底分层凝聚,两相界面应维持在塔底分层段的某一位置上。

3、液液相传质设备内的传质。

与精馏、吸收过程类似,由于过程的复杂性,萃取过程也被分解为理论级和级效率,或传质单元数和传质单元高度,对于转盘塔、振动塔这类微分接触的萃取塔,一般采用传质单元数和传质单元高度来处理。

3.1萃取单元数表示过程分离难易的程度。对于稀溶液,传质单元数可近似用下式表示:

式中:,萃取相为基准的总传质单元数

,分别表示进塔原料液和出塔的萃余相浓度,以wt%表示

传质单元高度表示设备传质性能的好坏,可由下式表示

式中:,以萃取相为基准的传质单元高度,m

,萃取塔的有效接触高度,m

已知塔高H和传质单元数,可由上式得的数值。反映萃取设备传质性能的好坏,越大,设备效果越低。影响萃取设备传质性能的因素很多,主要有设备结构、两相物性、操作条件以及外加能量的形式和大小等因素。

3.2萃取效率的计算

定义萃取效率

由于随着操作条件(如振动频率h等)而改变,故可求出η-h的关系,并由此测得本实验中萃取最佳效率点η0pt,及相应工况下的最大能量或液泛速度。

4、外加能量的问题

液液传质设备引入外界能量促进液体分散,改善两相流动条件,这些均有利于传质,从而提高萃取效率,降低萃取过程的传质单元高度,但应该注意,过度的外加能量将大大增加设备内的轴向混合,减小过程的推动力。此外过度分散的液滴,将削弱滴内循环。这些均是外加能量带来的不利因素。权衡利弊,外加能量应适度,对于某一具体萃取过程,一般应通过实验寻找合适的能量输入量。

5、液泛

在连续逆流萃取操作中,萃取塔的能量(又称负荷)取决于连续相容许的线速度,其上限为最小的分散相液滴处于相对静止状态时的连续相流率。这时塔刚处于液泛点(即为液泛速度)。在实验操作中,连续相的流速应在液泛速度下。为此需要有可靠的液泛数据,一般这是在中试设备中用实际物料实验测得的。