萃取塔实验讲义课件.docx
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萃取塔实验讲义课件
萃取塔实验讲义
一、实验目的
1．了解脉冲填料萃取塔的结构。
2．掌握填料萃取塔的性能测定方法。
3．掌握萃取塔传质效率的强化方法。
二、实验原理
1．填料萃取塔是石油炼制、化学工业和环境保护部分广泛应用的一种萃取设备，具有结构简单、便于安装和制造等特点。
塔内填料的作用可以使分散相液滴不断破碎和聚合，以使液滴表面不断更新，还可以减少连续相的轴相混合。
本实验采用连续通入压缩空气向填料塔内提供外加能量，增加液体滞动，强化传质。
在普通填料萃取塔内，两相依靠密度差而逆相流动，相对密度较小，界面湍动程度低，限制了传质速率的进一步提高。
为了防止分散相液滴过多聚结，增加塔内流动的湍动，可采用连续通入或断续通入压缩空气（脉冲方式）向填料塔提供外加能量，增加液体湍动。
当然湍动太厉害，会导致液液两相乳化，难以分离。
2．萃取塔的分离效率可以用传制单元高度HOE和理论级当量高度he来表示，影响脉冲填料萃取塔分离效率的因素主要有：
填料的种类、轻重两相的流量以及脉冲强度等。
对一定的实验设备，在两相流量固定条件下，脉冲强度增加，传制单元高度降低，塔的分离能力增加。
3．本实验以水为萃取剂，从煤油中萃取苯甲酸，苯甲酸在煤油中的浓度约为0.2%（质量）。
水相为萃取相（用字母E表示，在本实验中又称连续相、重相），煤油相为萃余相（用字母R表示，在本实验中又称分散相）。
在萃取过程中苯甲酸部分地从萃余相转移至萃取相。
萃取相及萃余相的进出口浓度由容量分析法测定之。
考虑水与煤油是完全不互溶的，且苯甲酸在两相中的浓度都很低，可认为在萃取过程中两相液体的体积流量不发生变化。
（1）按萃取相计算的传质单元数
计算公式为：
式中：
YEt─苯甲酸在进入塔顶的萃取相中的质量比组成，kg苯甲酸／kg水；
本实验中YEt＝0。
YEb─苯甲酸在离开塔底萃取相中的质量比组成，kg苯甲酸／kg水；
YE─苯甲酸在塔内某一高度处萃取相中的质量比组成，kg苯甲酸／kg水；
YE*─与苯甲酸在塔内某一高度处萃余相组成XR成平衡的萃取相中的质量比
组成，kg苯甲酸／kg水。
用YE─XR图上的分配曲线（平衡曲线）与操作线可求得
-YE关系。
再进行图解积分或用辛普森积分可求得NOE。
（2）按萃取相计算的传质单元高度
式中：
H—萃取塔的有效高度，m；
—按萃取相计算的传质单元高度，m。
（3）按萃取相计算的体积总传质系数
式中：
S—萃取相中纯溶剂的流量，kg水/h；
—萃取塔截面积，m2；
—按萃取相计算的体积总传质系数，
三、实验装置与流程
1．萃取塔实验流程图如下图所示：
主体设备位号及名称：
T101——萃取塔
V101——重相原料罐
V102——轻相原料罐
V103——轻相产品罐
V104——压缩空气缓冲罐
P101——重相泵（水泵）
P102——轻相泵（煤油泵）
P103——空气压缩机
KV01——V101罐底出料阀
KV02——V102罐底出料阀
KV03——V103罐底出料阀
KV04——水加料阀
KV05——煤油加料阀
2．智能仪表的界面以及使用如下所示：
——设定键，点击可进入修改状态，用其余三键修改，再点击返回正常显示。
——移位键，在修改状态下，可以设定当前修改的值是通气频率还是断气频率，当前修改值变闪烁状态。
——减数键，在参数状态下，每点一下，可将当前修改的数值减1，改变范围0-10。
——加数键，在参数状态下，每点一下，可将当前修改的数值加1，改变范围0-10。
——设定键，点击可进入修改状态，用其余三键修改，再点击返回正常显示。
——移位键，在修改状态下，可以设定当前修改的值是个位、十位还是百位，当前修改值变闪烁状态。
——减数键，在参数状态下，每点一下，可将当前修改的数值减1，改变范围0-9。
——加数键，在参数状态下，每点一下，可将当前修改的数值加1，改变范围0-9。
注：
Π形管高度范围为150-300mm之间，若智能仪表设定值低于下限，则系统按下限（150mm）计算；若智能仪表设定值高于上限，则系统按上限（300mm）计算。
四、实验步骤：
·引重相入萃取塔
1．在“仪表面板”中，打开总电源开关。
2．在“实验装置图”中，打开重相加料阀KV04加料，待重相液位涨到75%-90%之间，关闭KV04。
3．在“实验装置图”中，打开罐V101底阀KV01。
4．在“仪表面板”中，打开水泵的电源开关，启动水泵P101。
5．在“实验装置图”中，全开水流量调节阀MV01，以最大流量将重相打入萃取塔。
6．在“实验装置图”中，当塔内水面快涨到重相入口与轻相出口间的中点时，将水流量调节到指定值6L/h（即将MV01的开度调节到20-25之间）。
7．在“仪表面板”中，缓慢改变π形管的位置，使塔内液位稳定在轻相出口以下的位置。
·引轻相入萃取塔
1．在“实验装置图”中，打开轻相进料阀KV05加料，待轻相液位涨到75%-90%之间，关闭KV05。
2．在“实验装置图”中，打开罐V102底阀KV02。
3．在“仪表面板”中，打开煤油泵的电源开关，启动煤油泵P102。
4．在“实验装置图”中，打开煤油流量调节阀MV02，将煤油流量调节到9L/h，（即将MV02开度交接至25-30之间）。
·调整至平衡后取样分析
1．打开压缩机电源开关
2．在脉冲频率调节器上设定脉冲频率
3．待重相轻相流量稳定、萃取塔上罐界面液位稳定后，在组分分析面板上取样分析。
4．在“组分分析”中，在塔顶重相栏里选择移液管移取的体积，点击分析按钮分析NaOH的消耗体积和重相进料中的苯甲酸组成。
5．在“组分分析”中，在塔底轻相栏里选择移液管移取的体积，点击分析按钮分析NaOH的消耗体积和轻相进料中的苯甲酸组成。
6．在“组分分析”中，在塔底重相栏里选择移液管移取的体积，点击分析按钮分析NaOH的消耗体积和萃取相中的苯甲酸组成。
7．在“组分分析”中，在塔顶轻相栏里选择移液管移取的体积，点击分析按钮分析NaOH的消耗体积和萃余相中的苯甲酸组成。
·生成实验报告并查看
1．在“实验数据”中，点击
按钮，记录实验得到的数据。
2．点击软件下方的
按钮，在弹出的页面“设备数据及操作条件”中查看如图数据
，在“苯甲酸含量”页中查看实验数据
，如图选中要生成操作曲线的那行数据，点下方“实验报告”按钮，弹出实验报告。
3．弹出的实验报告中，第一页是设备数据、操作条件以及物性；
第二页是直角坐标系下的平衡线和操作线相图；
第三页是实验结果数据表，可查看相应的传质单元数，传质单元高度和体积总传质系数。
五、实训思考题
1．萃取操作所依据的原理是（）不同。
A.沸点
B.熔点
C.吸附力
D.溶解度
答案：
D
2．萃取操作后的富溶剂相,称为（）。
A.萃取物
B.萃余物
C.滤液
D.上萃物
答案：
B
3．油脂工业上,最常来提取大豆油,花生油等的沥取装置为（）。
A.篮式萃取塔
B.喷雾萃取塔
C.孔板萃取塔
D.填充萃取塔
答案：
A
4．萃取液与萃余液的比重差愈大,则萃取效果（）。
A.愈好
B.愈差
C.不影响
D.不一定
答案：
A
5．将植物种籽的籽油提取,最经济的方法是（）。
A.蒸馏
B.萃取
C.压榨
D.干燥
答案：
B
6．萃取操作的分配系数之影响为（）。
A.分配系数愈大,愈节省溶剂
B.分配系数愈大,愈耗费溶剂
C.分配系数愈大,两液体的分离愈容易
D.分配系数愈小,两液体愈容易混合接触.
答案：
C
7．选择萃取剂将碘水中的碘萃取出来,这中萃取剂应具备的性质是（）.
A.溶于水,且必须易与碘发生化学反应
B.不溶于水,且比水更容易使碘溶解
C.不溶于水,且必须比水密度大
D.不溶于水,且必须比水密度小
答案：
B
8．在萃取分离达到平衡时溶质在两相中的浓度比称为（）。
A.浓度比
B.萃取率
C.分配系数
D.分配比
答案：
C
9．有4种萃取剂，对溶质A和稀释剂B表现出下列特征，则最合适的萃取剂应选择____
A.同时大量溶解A和B
B.对A和B的溶解都很小
C.对A和B的溶解都很小
D.大量溶解B少量溶解A
答案：
D
10．对于同样的萃取相含量，单级萃取所需的溶剂量____
A.比较小
B.比较大
C.不确定
D.相等
答案：
B
11．将具有热敏性的液体混合物加以分离常采用______方法
A.蒸馏
B.蒸发
C.萃取
D.吸收
答案：
C
12．萃取操作温度一般选_____
A.常温
B.高温
C.低温
D.不限制
答案：
A
六、参考文献
[1] 天津大学化工原理组. 化工原理.天津：
天津科学技术出版社，1989
[2]冷士良.化工单元过程及操作.北京：
化学工业出版社，2002
[3]张金利等.化工原理实验.天津：
天津大学出版社，2005
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