轉盤塔萃取過程工藝設計

1、食品工程原理課程設計說明書設計題目: 轉盤塔萃取過程工藝設計設計者:學院: 食 品 科 技 學 院班級: 姓名: 學號: 日期: 指導教師:(簽名) 目 錄一 設計任務書 3二 設計方案簡介 3三 萃取塔的工藝設計 3四 設計結果一覽表 13五 結構設計說明 13六 符號說明 15七 設計的心得與體會16八 參考文獻 16一 設計任務書1 題目轉盤塔萃取過程工藝設計2 設計條件 處理量： 850kg/h 原料組成：3.56，原料液的平均分子量是22.1kg/kmol分離要求：正丁醇中含丁二酸0.25操作溫度：25操作壓力：常壓 3 設計萃取塔萃取塔類型和規(guī)格：自選。4 設計內(nèi)容：1) 萃取塔的

2、物料衡算；2) 萃取塔的工藝尺寸計算；3) 繪制萃取塔生產(chǎn)工藝流程圖；4) 繪制萃取塔設計條件圖；5) 對設計過程的評述和有關問題的討論。二 設計方案簡介1、萃取劑的選擇正丁醇在水中的溶解度很小1.8g/l，屬于難溶，而丁二酸在正丁醇中溶解度很大，因此選用正丁醇作為萃取劑。2、流程選擇考慮到過程的經(jīng)濟性，需要對萃取劑c進行回收，循環(huán)使用，同時由于c組分基本不溶于水，故采用下圖所示的萃取過程原則流程圖。原料液送入萃取塔，經(jīng)過萃取后，萃取相含有大量的萃取劑c和溶質a組分，將該股物流送入精餾塔，經(jīng)精餾過程脫除萃取劑c，使萃取劑c和溶質a組分得以分離，萃取劑返回萃取塔循環(huán)使用，精餾塔頂?shù)玫饺苜|a作為產(chǎn)

3、品，萃取塔底得到的萃余相中含有水和少量的溶質a，送入下一道工序進行處理。3、 溶劑用量確定由于原料液中溶質的濃度較低，在萃取過程中，可以近似認為萃取相和萃余相的流量基本不變，所以可依全塔物料衡算方程及相平衡方程計算過程的溶劑用量。如圖所示，全塔的物料衡算方程為:e(y0-y1)=r(x0-x1)當萃取劑用量不斷減少時，排除的萃取相中溶質a的濃度不斷升高，當萃取相出口中溶質a的濃度y0達到與原料液中溶質濃度x0呈平衡濃度y0時，萃取劑用量最小，故將上式中的y0用y0代替，且取溶劑的入口濃度4、轉盤塔是一種機械攪拌萃取塔，其塔壁上設有一系列等距離的定環(huán)，塔內(nèi)有用電機帶動的中心軸，軸上裝有水平轉盤，

4、每個轉盤位于相鄰兩個定環(huán)的中間!。轉盤塔利用旋轉圓盤所施加的機械能，使兩相得到很好的分散與混合，以獲得高的傳質速率。由于它處理能力大，分離效率較高，結構較簡單和操作穩(wěn)定，因此得到廣泛的應用5、設計任務:用正丁醇從稀的丁二酸水溶液中萃取丁二酸。水溶液中含丁二酸3.56（質量）要求回收率不小于90，處理量為850kg/h。由于萃取劑循環(huán)使用，正丁醇中含丁二酸0.25（質量）。小型實驗時，正丁醇溶液為分散相。參加文獻資料,查得已知25常壓時，正丁醇溶液的密度為866.5kg/m3,其粘度為ud0.374910-3pas；水溶液是995.6kg/m3，水溶液粘度uc1.53610-3pas，界面張力=

5、0.009n/m 。兩相流比lr2.0。分配系數(shù) m=1.15三、 萃取塔的工藝設計1、 物性數(shù)據(jù) 所涉及的物性數(shù)據(jù)如下表所示。物性數(shù)據(jù)參數(shù)密度（kg/）粘度（pas）液滴分散系數(shù)(m2/s)界面張力（n/m）連續(xù)相995.60.5310_90.009分散相866.52.310_92. 萃取塔直徑的計算：假設塔徑0.6m，根據(jù)公式： 0.1240.142*0.6=0.1m 0.50=0.50*0.6=0.3m 0.67=0.67*0.6=0.402m基于大量的實驗觀察和生產(chǎn)經(jīng)驗，一些研究者認為轉盤塔的結構尺寸應在下列范圍內(nèi)選擇：15 ; 2dpc時得 u=0.0337轉盤塔再操作條件下，,由公

6、式求得dp：6. 傳質系數(shù)和真實傳質單元高度的計算：利用strand等人的實驗數(shù)據(jù)，先計算停帶液滴的總傳質系數(shù)，然后根據(jù)實驗數(shù)據(jù)加以修正，以估算真是的總傳質系數(shù)。對于停帶液滴：按雙膜理論,總傳質系數(shù)可表示成如下公式參考圖加以修正，操作條件下轉盤塔內(nèi)液滴群的pleclet準數(shù)為： pe忽略傳質方向的影響，從圖，對于正常操作的轉盤塔： 7. 軸向擴撒系數(shù)的計算：stemerding等人對轉盤塔的軸向擴散系數(shù)進行了廣泛研究,他們采用的實驗塔的塔徑范圍很寬(0.064-2.18),因而數(shù)據(jù)較為可靠,考慮到stemerding的計算公式是根據(jù)各種塔的實驗數(shù)據(jù)關聯(lián)出來的，因此采用這種計算公式： 8. 萃取

7、段高度的計算：因為萃取相為連續(xù)相，萃取相為分散相，所以根據(jù)已知條件,可計算出萃取塔高的初值得初值 m真實的傳質單元數(shù),根據(jù)已知的真實傳質單元高度和塔高求得。所以，真實傳質單元數(shù)為：為計算分散彈元高度，先計算由關中間變量。 0.908 1.046 26.14 =17.4113.66 0.996分散單元高度：0.680m表觀傳質單元高度：m得l的第一次試驗算值此值與l相差較大，所以要重復迭算重復迭代：l- l=2.94重設l=7.0m=83.04=0.874=1.067=17.80=9.35=0.995分散單元高度：0.647表觀傳質單元高度：0.7313mm所以經(jīng)第二次迭代后得到 l=7.03m

8、,故取萃取段的高度是 l=7.05m9. 澄清段高度的估算：為使兩相分離,萃取塔須設澄清段,連續(xù)相的澄清段是為了分離被連續(xù)相夾帶的微小液滴凝聚時間考慮到轉盤的攪拌作用，取實際凝聚時間分散相澄清段體積： 四、計算結果匯總根據(jù)以上計算結果，所設計的轉盤萃取塔的主要參數(shù)匯總如下表所示：轉盤塔主要工藝參數(shù)轉盤塔直徑/m0.6 塔有效高度/m10.7 轉盤直徑/m0.35 轉盤間距/m0.1 固定環(huán)直徑/m0.42 轉速/ (r/s)1.40五、結構設計說明1、塔體 轉盤塔的塔體,包括筒體和兩端的封頭.塔體上設置有人孔,視鏡,工藝管道及儀表的接管和軸封.塔體底部支承在裙式支座上,頂部設有傳動裝置的支座.

9、 轉盤塔操作時的相分散程度不是很高,分離段直徑不需擴大,因而塔體是一個等直徑的圓筒.在這圓筒的中部裝以定環(huán)并插入轉盤,成為塔的一工作段,它的兩端是分離段.轉盤塔封頭形式,接受壓情況選取.筒體與封頭的連接取決于內(nèi)件的結構和安裝方式.如果定環(huán)是整體的可拆結構,就必須塔體頂部設置法蘭,發(fā)便定環(huán)可在開蓋時裝入或取出.如果定環(huán)用不可拆結構,則可在頂蓋上配以直徑較小的法蘭,只要能取出轉盤塔即可.如果定環(huán)不需拆卸或可分塊,而轉盤塔或渦輪可拆卸成小件時,可用整體焊接的塔體,但必須設置一些人孔,供安裝及卸運內(nèi)件時應用.塔內(nèi)裝有底軸承,中間軸承和聯(lián)軸器的部位,也必須設置人孔,以便安裝檢修.2 、 固定環(huán)固定環(huán)的結

10、構分為可拆與不可拆兩類。本設計采用固定環(huán)，不可拆的固定環(huán)結構很簡單，可將固定環(huán)直徑接焊以角鋼圈。它是在固定環(huán)外側鉆幾個均布的孔，穿上相間地套有定距管的拉桿，拉桿的兩端用螺母鎖緊，于是將固定環(huán)組分合成串。成串的固定環(huán)在塔內(nèi)：在塔體底部內(nèi)壁焊上幾個耳環(huán)，用以支撐成串的固定環(huán)，拉桿用螺距固定在耳架上。固定環(huán)的厚度為7mm。拉桿為15mm。3 、 轉盤轉盤以固定與可拆方式聯(lián)接于轉軸上，一般的結構是轉盤焊在轂上。轂套在軸上，然后用轂上的緊定螺釘固定在正確位置。也用用轂的長度來保證轉盤間距的.大型的轉盤,可制成分塊式,用螺栓固定在轂上,并相互連接.轉盤用鋼板制成，板厚用4-6mm。板面必須平整，外緣要光潔

11、，無毛刺。組裝完畢的轉盤與軸，必須靜平橫校正，以改善轉軸的工作條件。轉盤塔中的圓盤,若換成渦輪攪拌器,就成為渦輪攪拌塔.渦輪攪拌器與轉軸的可拆連接結構與轉盤相同.小塔可用直葉的開式渦輪,大塔有用閉式渦輪的.不論轉盤或渦輪,都必須位于定環(huán)分隔成的小室中心.因此,不僅要保證各定環(huán)之間,各轉盤之間的距離正確,還要保證轉盤與相鄰定環(huán)間的距離.定環(huán)的間距可由正確劃線或定距管長度來保證,轉盤間靠軸上定位孔或轂長來保證,定環(huán)與轉盤的相關位轉,剛需用軸的結構尺寸,軸隨位置的調節(jié)來保證.4、 轉軸與軸承全塔所有的轉盤,都安裝在直立的轉軸上.轉盤塔的轉軸很長,在加工條件許可時,轉軸最好不分段,對于必須分段的長軸,

12、宜用剛性聯(lián)軸器聯(lián)成一體.轉軸很長,要求剛性好,重量輕,因此轉軸的中段常用厚壁無縫鋼管,僅在兩端焊上實心的軸段,以在此加工成軸頸或裝配成軸節(jié). 在轉軸的支承方式中,最簡單的最兩端去承.這時上軸承在們于頂蓋的軸承座中并兼作止推軸承,承受轉軸和轉盤的重量,以及傳動件傳來的軸向力,下軸承則位于塔內(nèi)底部,浸沒在液體中.懸掛式支承是將一對軸承都安裝在頂蓋上的軸承中,轉軸懸掛在下方.為避免軸端晃動,常在塔底加一底軸承,對于分段的長軸,通常在分段附近加裝中間軸承. 安裝在塔頂?shù)妮S承座.安安裝在攪拌反應器頂蓋上的攪拌器軸承座,結構形式相同.安裝在塔內(nèi)的軸承,浸沒于液體中,不能加潤滑油,且受到料液的侵蝕.因此液下

13、軸承都用滑動軸承,而且僅在塔內(nèi)液體無腐蝕性并有潤滑作用時,可采用普通的軸襯材料,其余都誚采用而腐蝕且具有自潤滑作用的材料,例如氟塑料或尼龍等.在結構上,底軸承需能允許轉軸的軸向移動,而中間軸承還要求能自位,因此宜用具有球面座的軸襯,軸承座用34條支桿撐在塔壁上,支桿的長度應在安裝時作仔細調整.5 、軸封 轉盤塔大都用機械傳動,轉軸穿過塔頂封頭伸進塔內(nèi),如果是壓力萃取,則封頭上必須有軸封裝置,以阻止塔內(nèi)物料的外漏.當塔的操作壓力不很高時,壓力萃取的萃取是液化氣體時,若采用單級密封結構,可能從軸封處漏出氣化了的萃取劑,污染環(huán)境,引起危險,因此必須采用雙級密封結構.工作液在稍高于塔內(nèi)操作壓力下送進軸

14、封處,于是軸封處向塔內(nèi)與塔外泄漏的只能是工作液,從而阻止了萃取劑的外漏.工作液的選擇根據(jù)塔內(nèi)的料液而定,可用料液,清水或油口品.6、 其他附件在轉盤塔的工作段與兩端的分離段之間.各安裝一穩(wěn)流件.當液流通過穩(wěn)流件進入分離段時,可消除它在工作段中獲得的旋轉動能.以利液滴在分離段中的沉降分離或凝并分層.常用作稱件的有金屬篩網(wǎng),蜂窩板,大孔格柵或條柵. 有的設計考慮到轉軸對分離段工作的干擾,在轉軸外面安裝了套管.但實踐證明軸的旋轉對沉降或分層的影響不大,因而不必加裝套管.轉盤塔的兩相進料都不用分布器.進料管直接連接到工作段兩端的塔壁上,即重相進口接管位于最高一屋定環(huán)的上方,輕相進口接管位于最低一層定環(huán)

15、的下方.為避免進塔液流對工作段內(nèi)旋轉的液流的干擾,進料不宜用徑加入,而應采用切向或斜向加入,且使液流的方向與轉盤的旋轉方向一致.在較大的塔內(nèi),采用兩個或更多的切向或斜向進口,使液流盡量分布很均勻.兩相的出塔接管,安裝在塔的兩端.以保證液體在分離段中有充分的停留時間.對于操作中會產(chǎn)生界面污染的物系,在分離段上還需設置排污接管,其位置在界面附近的原連續(xù)相一側.7 、傳動裝置 轉盤塔有機械傳動和水力傳動等兩種傳動方式. 機械傳動是由電動機,經(jīng)減速裝置,帶動轉軸旋轉.它和攪拌反應器的傳動裝置無很多差別,因此可直接選用適宜的型號.傳動軸可從塔的頂部,底部或側面伸入塔內(nèi).從頂部伸入時,偉動裝置位于塔頂,雖

16、然安裝不便,塔的機械負荷增大.但當軸封失效時引起的損失較小,所以,仍為普通采用的傳動方式.在某些設計中,轉盤適宜的工作轉速應根據(jù)工藝條件的改變?nèi)ミx擇.這時傳動裝置需采調整電動機或無級變速機構傳動.六、 相關符號表符號意義及單位符號意義及單位ddrdseexeyglht(htu)ox(htu)oxd(htu)oxpm(ntu)ox(ntu)oxppeopexpey傳質比表面積，m/m塔直徑，m轉盤直徑，m固定環(huán)直徑，m萃取相流率萃余相擴散系數(shù)m/s萃取相擴散系數(shù)m/s重力加速度,m/s塔高，m轉盤間距，m真實傳質單元高度，m擴散傳質單元高度，m表面?zhèn)髻|單元高度，m分配系數(shù)真實傳質單元數(shù)表觀傳質單

17、元數(shù)綜合考慮兩相軸向混合程度的總貝來（peclet）數(shù)萃余想貝克來數(shù)萃取想貝克來數(shù)特征速度，m/sxuyutvxy下標cd萃余相空塔速度，m/s萃取相空塔速度,m/s 單液滴在純連續(xù)相中的自由沉降數(shù)度，m/s萃取塔內(nèi)體積流率，m/s萃取因子粘度pa.s密度kg/m表面張力n/m分散相的滯留分率萃取相濃度，質量分數(shù)萃余相濃度,質量分數(shù) 連續(xù)相分散相萃余相萃取相七、設計的心得與體會 通過本次食品工程原理課程設計，我在查閱資料的過程中，懂得了如何利用豐富的圖書館資源和網(wǎng)絡資訊，開闊了眼界，從總體上進一步了解到了化工設備的各單元操作的組成，對課本上介紹的分離、冷卻、干燥、蒸餾以及萃取設備更是有了更深入

18、的了解。對物料物理、化學性質到設備機構的小部件的工作原理，操作注意事項得到了進一步認識。加強了動手能力和運算能力，培養(yǎng)了統(tǒng)籌設計計劃的工作步驟，綜合考慮問題的周全思想，在學習上和工作上均得到一定程度的技能提升。在此感謝葉老師的指導，讓我們的設計工作能夠順利完成。關于資料的查找方面，由于我們級有7個班要同時進行課程設計，相關的化工手冊分配不足，相關化工設備資料又由干燥、冷卻、分離等操作單元綜合交融，總的來說，我們可以查找的資料都集中于一部分人的手上，對資料的查閱帶來了一定程度的困難。但由于我們與其他班的同學日常交流甚密，通過這次課程設計，考驗了同學們彼此的溝通、交流，加強了大家的團體合作精神，達

19、到資源共享，在收集資料的過程，大家都有著共同的目標，彼此協(xié)調溝通，那種集體向著同一個方向努力拼搏的景象，確實令人感動。至于相關數(shù)據(jù)的查找、分析、計算、校對，對于每位同學來說都是一個極大的考驗，能夠找到相關參考書已經(jīng)不容易，加上煩瑣的計算、校對過程，實在令不少同學在深夜里挑燈夜戰(zhàn)。通過這個過程，讓我們的忍耐能力得到極大的提高，真正懂得了刻苦耐勞的精神，彼此鼓勵，彼此幫忙，把同學們緊緊地凝聚在了一起。這次課程設計，大大增強了同學們的自主動手能力，但是由于這次課程設計是在考度期間做的，同學們個個都忙不過來，個個都忙著考試，在考完試之后才真正做，所以時間都比較趕，而且我們做的是萃取塔，相關的資料都比較

20、少，這給我們帶來了不少困難，但是通過這次設計真的是了解到不少食品的有關機械，對這個萃取過程有了很深刻的了解，加強了我們的動手能力。雖然這次設計是辛苦的，但是能學到東西更辛苦都是值得的 七、 參考文獻：1. 賀匡國主編.化工容器及設備簡明設計說明書.北京：化學工業(yè)出版社，20022. 蔣維鈞 雷良恒 劉茂林. 化工原理， 下冊，北京：清華大學出版社，1993。3. 陳英南 劉于蘭 主編，常用化工單元設備的設計.上海：華東理工大學出版社，2005.44. 匡國柱 史啟才主編.化工單元過程及設備課程設計，北京：化學工業(yè)出版社，20025. 王松漢主編，石油化工設計手冊，第三卷，化工單元過程.北京：化

21、學工業(yè)出版社6. 李洲等.液液萃取過程和設備.下冊.北京：原子能出版社，1985 7. 賈紹義 柴誠敬 主編 .化工原理課程設計，天津：天津出版社 8. 化工設備設計全書編輯委員會 路秀林 王者相. 塔設備. 北京:化學工業(yè)出版社,20039. 馮骉主編 夏素蘭 盧曉黎 林慶生 周亞軍 徐涵慶參編. 食品工程原理.北京:中國輕工業(yè)出版社,2006 本文是通過網(wǎng)絡收集的資料，如有侵權請告知，我會第一時間處理。本店專業(yè) 提供 豆丁網(wǎng) 道客巴巴 百度文庫 智客（21ask） 文檔在線 網(wǎng)站的原始文檔下載服務。收費標準：1、 豆丁網(wǎng)： 按照豆丁網(wǎng)原價的50%收取，不收手續(xù)費。2、 道客巴巴：按照道客巴

22、巴網(wǎng)站原價的90%收取，不收手續(xù)費。3、 百度文庫：所有文檔，無論多少積分，統(tǒng)一收取1元，不收手續(xù)費。4、 智客網(wǎng)： 按照智客網(wǎng)的原價收取，手續(xù)費1元。（智客網(wǎng)站 每次充值最少是20元）5、 文檔在線：所有文檔，無論多少積分，統(tǒng)一收取5元，不收手續(xù)費（文檔在線網(wǎng)站，每次充值至少20元）。關于發(fā)貨：（5分鐘內(nèi)完成）1、 通過旺旺發(fā)送。2、 通過qq發(fā)送。3、 通過郵箱發(fā)送。聯(lián)系方式：1、 qq：16405228812、 旺旺：mx5976516613、 郵箱：16405228814、 手機限短信）注意事項：1、 所有文檔一經(jīng)售出概不退款。2、 大家購買時，請按實際的價格

23、選擇合適的寶貝數(shù)量。否則不予發(fā)貨。謝謝配合。3、 拍下寶貝時，務必備注清楚文檔網(wǎng)站鏈接地址（或者文檔的完整名稱）以及郵箱地址。4、 店主在線時再拍，以防止不能及時的給您發(fā)貨。您有任何疑問，請聯(lián)系我！歡迎大家前來咨詢！營業(yè)時間 早上10：30-01：00 09/08 20:02 3kn微型裝載機設計09/20 15:09 45t旋挖鉆機變幅機構液壓缸設計08/30 15:32 5噸卷揚機設計10/30 17:12 c620軸撥桿的工藝規(guī)程及鉆2-16孔的鉆床夾具設計09/21 13:39 ca6140車床撥叉零件的機械加工工藝規(guī)程及夾具設計83100308/30 15:37 cpu風扇后蓋的注塑

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