【正文】 1 《食品工程原理》 課程設(shè)計 題目 用無水乙醚從醋酸水溶液中萃取醋酸 裝置設(shè)計 姓名 學(xué)號 專業(yè)班級 食品科學(xué)與工程 1101 班 指導(dǎo)教師 葉盛權(quán) 設(shè)計時間 2021 年 12 月 24日 2 目 錄 一 設(shè)計任務(wù) 書 ??????????????????????? 3 二 設(shè)計方案簡介 ?????????????????????? 3 三 萃取塔的工藝設(shè)計 ??????????????????? 4 四 設(shè)計結(jié)果一覽表 ???????????? ???????? 12 五 結(jié)構(gòu)設(shè)計說明 ???????????????????? 12 六 符號說明 ??????????????????????? 14 七 設(shè)計的 心得與體 會 ????????????????????? 14 八 參考文獻 ???????????????????????? 15 3 一、 設(shè)計任務(wù)簡介 用無水乙醚 以萃取過程 從醋酸水溶液中萃取醋酸。水溶液中含醋酸 30％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），處理量為 4000kg/h。由于萃取劑循環(huán)使用，無水乙醚溶液為分散相， 要求最后的萃余相中醋酸的組 成低于 2％ 設(shè)計任務(wù)及操作條件 ⑴、設(shè)計任務(wù)： 處理量 ： 4000kg/h 原料組成： 30％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 分離要求：萃余相中醋酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于 2％ ⑵、 操作條件 操作溫度： 25℃ 操作壓力：常壓 ⑶、 設(shè)備型式 ：轉(zhuǎn)盤萃取塔 3 設(shè)計 萃取 塔 萃取 塔 類型和規(guī)格：自選。 （ 4） 設(shè)計內(nèi)容： 1) 萃取 塔的物料衡算； 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(shè)計條件圖； 對設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論 二、概述與設(shè)計方案簡介 概述 萃取的基本原理是：向待分離溶液（料液 ）中加入與之不相互溶解（至多是部分互溶）的萃取劑，形成共存的兩個液相。利用原溶劑與萃取劑對各組分的溶解度（包括經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后的溶解）的差別，使它們不等同地分配在兩液相中，然后通過兩液相的分離，實現(xiàn)組分間的分離。 最基本的操作有是單級萃取。單級萃取對給定組分所能達到的萃取率（被萃組分在萃取液中的量與原料液中的初始量的比值）較低，往往不能滿足工藝要求，為了提高萃取率，可以采用多種方法： ① 多級錯流萃取 ② 多級逆流萃取 ③ 連續(xù)逆流萃取 4 設(shè)計方案簡介 現(xiàn)以無水乙醚從水溶液中萃取醋酸。含 30%（質(zhì)量）醋酸的溶液以 4000kg/h的流量由塔頂進入。無水乙醚以 。大約 90%的醋酸被萃取，也就是說出口水溶液中醋酸的濃度為 2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。 本設(shè)計按照萃取的基本操作的和分離效果，選用 多級逆流萃取的操作進行萃取。 多級逆流萃取的料液與萃取劑分別從（或）的兩端加入，在級間作逆向流動，最后成為萃余液和萃取液 ,各自從另一端離去 ， 料液和萃取劑各自經(jīng)過多次萃取，因而萃取率較高，萃取液中被萃組分的濃度也較高，這是工業(yè)萃取常用的流程。 以下是多級逆流萃取的流程圖示： 圖 1. 多級逆流萃取的流程圖 于是醋酸 — 水進料混合物 0L 進入塔頂，乙醚溶劑萃取相物流 1S 由塔頂離開。在塔底，乙醚純?nèi)芤鹤鰹檩腿乃走M入 1NS? ，而萃余的水相物流 NL 離開。 三、萃取劑的選擇 萃取劑的選擇直接關(guān)系到萃取的投資費和操作費的大小，影響萃取生產(chǎn)過程的經(jīng)濟性。因此，為保證萃取劑具有較大的處理 能力和較高的傳質(zhì)的效率，以降低過程的成本，通常溶劑的選擇應(yīng)考慮以下幾點： （ 1） 萃取劑的物性：密度、粘度、界面張力、兩相密度差、 分配系數(shù) （ 2） 萃取劑的選擇性 （ 3） 萃取劑 S與稀釋 B的互溶度 （ 4） 萃取劑回收的難易與經(jīng)濟性 綜合考慮以上幾點初步選擇無水乙醚作為萃取劑 （ 1）查參考文獻資料 ,查得已知 25℃常壓時，連續(xù)相密度 ? c=996kg/m3 , 流動相粘度? c＝ 103pa s,分散相的密度為 ? d=714kg/m3,其粘度為 ? d= 103pa s；界面張力σ = 10_9 m2/s, DD = 10_9 m2/s 分配系數(shù) m=yx = 從以上物性數(shù)據(jù)可以看出： 粘度 ? d= 103pa s較小有利于擴散，分散時消耗的能量較小。 5 密度差 ?? ＝ 282kg/m3較大有利于兩相的澄清及分離，有利于提高設(shè)備生產(chǎn)能力 界面張力 σ =（ 2）常溫下，醋酸 — 水 — 無水乙醚系統(tǒng)的平衡數(shù)據(jù)如下： 溶解度曲線數(shù)據(jù) 單位 :% 乙醚層 水層 乙醚 水 醋酸 乙醚 水 醋酸 0 0 依以上數(shù)據(jù)分別做溶解線曲線與分配曲線如下： 根據(jù)上述表格數(shù)據(jù)和物系情況，采取溶劑乙醚作萃取劑，在所涉及的濃度范圍內(nèi)，水與乙醚基本不互溶，可以近視為完全不互溶物系。在操作條件下，在所涉及的濃度范圍內(nèi)醋酸組分在兩相間的平衡關(guān)系如下： y= – 式中 y醋酸在萃取相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù) x醋酸在萃余相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 醋酸 水 乙醚系統(tǒng)溶解線曲線 6 醋酸 水 乙醚分配曲線 醋酸水乙醚的分配曲線y = 2 + 051015202530350 5 10 15 20 25 30萃余相中醋酸%萃取相中醋酸% 四、流程選擇 考慮過程的經(jīng)濟性，需 要對萃取劑無水乙醚進行回收，循環(huán)使用，同時由于無水乙醚基本不溶于水，故采用下圖所示的萃取過程原則流程圖。 7 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(zhì) 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(zhì) 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|(zhì) A作為產(chǎn)品，萃取塔底得到的萃余相中含有水和少量的溶質(zhì) A，送入下一道工序進行處理。 五、溶劑用量確定 由于原料液中溶質(zhì)的濃度較低，在萃取過程中，可以近似認(rèn)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(y0y1)=R(x0x1) 當(dāng)萃取劑用量不斷減少時，排除的萃取相中醋酸的濃度不斷升高，當(dāng)萃取相出口中醋酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù) y0達到與原料液中醋酸質(zhì)量分?jǐn)?shù) x0呈平衡質(zhì)量分?jǐn)?shù) y0＊ 時，萃取劑用量最小，故將上式中的 y0用 y0＊ 代替。由于萃取劑循環(huán)利用，無水乙醚中醋酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 ％，則可得過程的最小溶劑比為 （ E/R） =（ X0X1） /(Y0*Y1)=()/(*)= 取實際 溶劑比為最小溶劑比的 ，則實際溶劑比為 m i n1 . 2 1 . 2 0 . 9 8 1 4 1 . 1 7 7 7EERR??? ? ? ????? 于是的萃取劑用量為 90 7 77 7 40 00 47 10 .8ER? ? ? ? ? ?kgh 根據(jù)塔的物料衡算，可得該萃取塔得操作線方程為 8 11 0 . 8 4 9 1 ( 0 . 8 4 9 1 * 0 . 0 2 0 . 0 0 1 ) 0 . 8 4 9 1 0 . 0 1 6RRy x x y x xEE ??? ? ? ? ? ? ? ????? 利用操作線方程，可以求得萃取相出口溶質(zhì)得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 *