萃取过程工艺设计。
学院：食品科技学院
班级：食科1045
姓名：张胜润。
学号：200411111533
指导老师：叶盛权。
2024年6月15日。
设计书目录。
一、设计任务简介。
二、设计方案简介。
三、萃取剂的选择。
四、流程选择。
五、溶剂用量确定。
六、萃取塔的工艺设计。
七、过程的工艺流程图。
八、参考文献。
九、设计的心得与感想。
一、设计任务简介。
处理2100kg/h醋酸水溶液，其中醋酸的浓度是8％（摩尔分率），用乙醚为萃取剂，要求最后的萃余液中醋酸的摩尔分率低于0.5％ 。已知25℃时，乙醚的密度为741kg/m3,水相密度是997kg/m3，水相粘度uc＝0.
897×10-3pa·s，界面张力σ=0.013n/m 。
二、设计方案简介。
下表为萃取塔设备选择的条件。
注： √适用；o—可以；×—不适用。
针对题目的要求，我们选用了转盘塔作为萃取设备。转盘塔的结构如下图所示：
萃取条件：处理量： 2100kg/h
原料组成：8％，原料液的平均分子量是21.2kg/kmol
分离要求：萃余液中醋酸的摩尔分率低于0.5％
操作温度：25℃
操作压力：常压
三、萃取剂的选择。
根据物系的情况，采用溶剂c作为萃取剂，在所涉及的浓度范围内，水与c组分基本不互溶，可以近似视为完全不互溶物系。在操作条件下，在所涉及的浓度范围内a组分在两相间的平衡关系为：
式中 y――溶质a在萃取相中的摩尔分率。
x――溶质a在萃余相中的摩尔分率。
四、流程选择。
考虑到过程的经济性，需要对萃取剂c进行**，循环使用，同时由于c组分基本不溶于水，故采用下图所示的萃取过程原则流程图。
原料液送入萃取塔，经过萃取后，萃取相含有大量的萃取剂c和溶质a组分，将该股物流送入精馏塔，经精馏过程脱除萃取剂c，使萃取剂c和溶质a组分得以分离，萃取剂返回萃取塔循环使用，精馏塔顶得到溶质a作为产品，萃取塔底得到的萃余相中含有水和少量的溶质a，送入下一道工序进行处理。
五、溶剂用量确定。
由于原料液中溶质的浓度较低，在萃取过程中，可以近似认为萃取相和萃余相的流量基本不变，所以可依全塔物料衡算方程及相平衡方程计算过程的溶剂用量。如图所示，全塔的物料衡算方程为：
e(y0-y1)=r(x0-x1)
当萃取剂用量不断减少时，排除的萃取相中溶质a的浓度不断升高，当萃取相出口中溶质a的浓度y0达到与原料液中溶质浓度x0呈平衡浓度时，萃取剂用量最小，故将上式中的y0用代替，且取溶剂的入口浓度。
（摩尔分率）
则可得过程的最小溶剂比为：
取实际溶剂比为最小溶剂比的，则实际溶剂比为。
于是得萃取剂用量为。
kmol/l）
96911（kg/h）
根据塔的物料衡算，可得该萃取塔的操作线方程为：
利用操作线方程，可以求得萃取相出口溶质的摩尔分率为：
根据分散相及连续相的选择原则，本例选择萃取相作为分散相，而萃余相（原料液）作为连续相。
六、萃取塔的工艺设计。
对于本物系，在一直径为，转盘直径，固定环直径，转盘间距为的转盘萃取塔中进行实验，测得该条件下的真实传质单元高度为。
1、 物性数据所涉及的物性数据如下表所示。
2、 萃取塔直径先假定该萃取塔的直径为 ，根据转盘萃取塔的尺寸比例关系得。
转盘直径 固定环直径
转盘间距 物性数据。
1） 分散相得滞留分率计算分散相得滞留分率，先求得两相得表观流速比为：
l＝＝＝则依据有。
临界滞留分率。
2） 特性速度根据该转盘塔的结构尺寸，可知。
故取式中常数＝，转盘塔的转数根据经验取，于是按式得特性速度为。
m/s）3） 液泛速度依据。
和得液泛速度为。
取连续相得表观流速为液泛气速的60％，则有。
f=0.5~0.7,取f＝0.5
所以d=1.35 (m)
圆整后，取塔径为1.35m。于是，实际上，塔内连续相的流速为。
m/s)分散相的流速为。
m/s)3、塔高计算。
1）轴向扩散系数由式计算连续相（萃余相）的扩散系数得。
分散相扩散系数。
2）传质单元数采用平均推动力法计算过程得传质单元数。
表观传质单元数＝
3）塔高计算。
采用miyauchi 和vermeulen 法计算塔高度，当＝1时有。
扩散单元高度。
于是可求得真实传质单元数为。
由式。分别求得、、、和。
萃取因子＝萃余相贝克来数＝
萃取相贝克来数＝
所以，总贝克来数。
所得h为塔高得第一次试算值，因为，需重设＝重新返回计算，经第二次迭代后得到h＝。
4）澄清高度计算。
塔内两相的相对速度为：
截面收缩系数。
利用klee－treybal方法由计算液滴直径，先判断液滴平均直径是否大于临界值。
当时，转盘塔在操作条件下， <所以液滴直径为：
所以，凝聚所需时间。
考虑到转盘的搅拌作用，取实际凝聚时间t＝14s，则分散相澄清段体积。
则分散相澄清高度。
连续相澄清段高度也可取为。
所以转盘塔总高。
圆整取19m。
4、计算结果汇总。
根据以上计算结果，所设计的转盘萃取塔的主要参数汇总如下表所示：
转盘塔主要工艺参数。
七、过程的工艺流程图。
1、工艺流程图。
2、物流表。
依据物料衡算以及萃取过程的工艺计算，计算流程图中的主要流股的流量，并将计算过程中的主要物流信息一并在物流表中表示出来，见下表：
3、塔参数。
―转盘塔直径，m；
―转盘直径，m；
―转盘间距，m；
―定环直径，m；
―分散相、连续相空塔速度，；
―特性速度，；
―分散相滞留分率；
―连续相密度，；
―连续相粘度，；
―两相界面张力，；
―转盘转速，；
―方程系数，其值见下表。
―液泛时分散相及连续相速度，；
―连续相体积流量，；
h――萃取塔塔高，m；
―萃取因子，；
m――分配常数；
e、r――萃取相、萃余相流量；
―萃余相贝克来数。
―萃余相扩散系数，
―萃取相贝克来数。
―萃取相扩散系数，
八、参考文献。
化工原理课程设计天津大学出版社贾绍义、柴诚敬主编。
机械设计课程设计东北大学出版社巩云鹏编著。
化学工程手册（第二版）上卷》 北京化学工业出版社时均等编著。
化工单元过程及设备课程设计》 化学工业出版社匡国柱、史启才主编。
界面化学基础化学工业出版社赵振国编著。
溶剂萃取手册化学工业出版社汪家鼎、陈家镛主编。
化工过程及设备冶金工业出版社郭年祥主编。
食品工程原理中国轻工业出版社冯骉主编。
界面化学化学工业出版社颜肖慈、罗明道主编。
化学物性算图手册》 化学工业出版社刘光启、马连湘、刑志有主编。
九、设计的心得与感想。
食品工程原理在我看来，是我们大学的专业课程中比较难学的一门课，一来我们学校缺乏一些实验条件和实验设备，二来课本的内容多，而且教学内容较为抽象，在没有结合实际生产的条件下，学好这门课有一定的难度。
这次做课程设计对于我们来说就是一个艰巨的挑战，学院人多，一个人借一两本书，就把图书馆化工原理相关的书借走了，对于课程设计中的难点想去查找一些资料都很难找到相关的书籍，正因为如此，使得我迟迟不知如何下手。再加上，在手头上有的资料中设计形式比较固定，过程单一，计算繁杂，使在设计的过程中遇到不少困难。由于缺少实际的生产的经验和时间的紧迫，造成这次设计出来的作品并不能尽善尽美，我知道这还是一份不成熟的作品，还望老师指出其中的不足和缺陷！
课程设计是运用理论解决实际问题的一种途径，可以让我们加深对课本知识的吸收和运用，提高个人的综合素质，是一次不可多得的机会，通过这次设计也让我看到了自身知识的不足希望经过这次设计能更加牢固地掌握化工设计知识，形成一种思维和设计概念，这是大大有益于以后的学习生活的。
最后，要感谢叶老师一直以来的指导，经过一年的食品工程原理学习，在叶老师身上我们真的是学到了不少东西，特别是老师引导式的教学方法实在让我们获益非浅。希望以后还能有机会向老师学习或请教、交流问题。还有在设计过程中得到郭俊超同学的合作和指点，才能使我按时完成任务，在此对他表示感谢。
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