气-液-液萃取的流体力学研究

在液-液萃取过程中,提高分散相的表面更新速率可有效提高萃取的传质效率。研究发现,在萃取过程中使用气体搅拌可以增加液液之间的接触面积,促进液相内的湍动和循环。本文研究了气-液-液三相下油滴的流动形态,并对不同填料的流体力学性能进行了测定。实验结果表明,气相速度的增加可导致气含率、液含率的增加,从而提高分散相在填料萃取塔中的停留时间,在一定的速度范围内明显降低萃取的表观传质单元高度,极大地强化传质效果。通过与散装填料对比,发现规整填料更利于强化萃取效果,其液泛速度平均增加25%。     

微通道中气-液-液三相流流型及传质研究

使用双T型微通道,以体积分数为30%的磷酸三丁酯（TBP）的环己烷溶液-乙酸水溶液为萃取体系,研究了不同油水两相流量比及油水两相总流量条件下,气相的引入及气相流量分率α对流型及传质的影响,并获得总体积传质系数k_La与油水两相流量比q、气相雷诺数Re_g、液相平均雷诺数Re_M的关系式。研究结果表明,第1个T型接口处气相的引入所带来的气相剪切作用能促进第2个T型接口处分散相液滴的形成,可使液-液并行流转化为气-液-液三相弹状流;同时,由于气-液-液弹状流具有较高的相接触面积及内循环作用,传质系数k_La得到显著提高。     

新型组合式规整填料在液液萃取中的传质性能

采用质量分数30%磷酸三丁酯-煤油-醋酸-水物系,对一种新型萃取用组合式规整填料的传质性能进行了测定,考察了连续相流速和分散相流速对其传质效率的影响。实验结果表明:在相同的二相流速下,组合式规整填料的表观传质单元高度比16 mm鲍尔环平均低约54%。固定连续相流速,随着分散相流速的增加,填料的表观传质单元高度降低,传质效率提高;固定分散相流速,随着连续相流速的增加,填料的表观传质单元高度增大,传质效率降低。     

搅拌槽中液-液-固三相传质的实验研究

选择欧洲化学工程师协会(EFCE)推荐的典型液-液萃取体系正丁醇-丁二酸-水,加入不同粒径的玻璃珠构成液-液-固三相传质,以去离子水为连续相,正丁醇为分散相,溶质丁二酸从分散相向连续相传质. 利用电导率法测定液-液相传质系数,并考察了搅拌转速、固体质量百分含量、不同桨型(标准Rushton桨、上推式和下推式45°六折叶涡轮桨)、桨中心平面距槽底距离以及固体颗粒粒径对相间传质的影响. 结果表明,在高转速时,惰性固体粒子的存在强化液-液体系的传质. 随着惰性固体含量增大,液-液-固三相传质有一极大值. 粒径大于100 μm 的固体粒子对液-液体系传质系数影响很小. 三种桨中Rushton桨的对流传质效果最好.     

液液体系界面上的液滴聚结特性

<正>众所周知,分散相液滴的大小影响液液萃取设备的处理能力和传质效率.Garg和Pratt对脉冲筛板柱的研究及Hamilton和Pratt对填料柱的研究均表明,液滴大小受液滴聚结和破碎速率控制.聚结速率对混合澄清槽的澄清室设计极为重要,并已成为许多科学工作者的研究课题.如Jeffreys等对连续澄清器性能的宏观研究及水平界面上单液滴聚结特性的研究等.单液滴研究有助于判别聚结时作用在液滴上的一些重要的作用力.一般说,聚结过程包括以下步骤:     

分散相细小粒子对气液传质的增强作用

综述了分散相细小粒子（包括固体和液滴）强化气液传质速率的研究进展。主要讨论粒子物理吸附（或溶解）、均相和非均相化学反应、催化反应对过程传质的影响     

新型规整网孔填料萃取性能实验研究

为了得到一种新型规整网孔填料在萃取中的传质效率,在Φ50 mm的填料塔中,采用质量分数为30%磷酸三丁酯(TBP)-煤油-醋酸-水中等界面张力的物系,测定了3种不同齿度新型网孔规整填料的液液萃取性。与Φ10 mm鲍尔环相比,在相同的操作条件下新型网孔规整填料的表观传质单元高度比鲍尔环降低15%—45%。固定连续相流速,随着分散相流速的增大,表观传质单元高度变小,传质效率高。固定分散相流速,随着连续相流速的增大,表观传质单元高度变大,传质效率变低。在所测物系条件下,小网孔具有高的传质效率。     

气体搅动的筛板萃取塔性能实验研究

在筛板萃取塔中引入气体搅动,既能明显提高装置的传质效率,又能大幅提高装置处理能力。筛板塔的通量随气速的变化规律与填料塔有显著区别,其性能研究有重要意义。利用煤油(苯甲酸)-水-空气体系,考察了气体搅动和筛孔直径对萃取塔流体力学和传质性能的影响。结果表明,随着表观气速的增加,气含率、分散相含率、液泛速率和传质效率均明显增加。但过高的气速也会导致分散相的过于分散和乳化,传质性能下降,直至液泛。不同直径的筛孔相比,较小的筛孔使分散相停留时间延长,分散相含率和传质效率提高,但液泛速率和处理能力降低。     

在搅拌器中油水乳状液的气液传质

选取CO2为气相,苯/辛烷-水乳状液为液相,通过难溶气体的吸收实验,研究了在带有气体分布器的三相混合吸收装置中分散液相对气液传质的增强作用。实验结果表明,传质增强因子随能量输入的增大而增大,且分散相形成的液滴较小时,在膜内停留时间里小液滴对气液传质有增强作用。分析了"传输机理",总结出增强气液传质的本质在于分散液相通过吸收作用改变气液界面液侧组分浓度梯度,并在此基础上提出了新的描述分散液相增强气液传质的解释。     

蒽醌法过氧化氢合成中喷射萃取过程研究

在自行设计的喷射萃取塔中,以纯水为萃取剂,进行蒽醌法过氧化氢生产中H2O2的液液萃取、气液液喷射萃取实验研究。结果表明,在一定萃取比范围内,萃取剂用量对液液萃取过程H2O2的萃取率影响很小。喷射萃取过程中塔的传质单元高度随喷射气体及分散相流量的增加而减小。在相同分散相流量下,喷射萃取的传质单元高度比液液萃取低2—3倍。喷射萃取过程中H2O2的萃取率比液液萃取提高2—3倍。研究结果将为工业化设计提供依据。     

微通道中液-液萃取传质特性的研究

研究了在一个内径为400 μm管式直线型玻璃微通道中的液-液两相的传质特性,其中去离子水为水相, 煤油（溶质是苯甲酸）为油相, 氮气为气相。实验研究了表面张力、黏度和气体分散相对体积传质系数的影响,结果表明：在内径为400 μm的微通道内,当停留时间为15 s时微通道内的萃取已达到平衡;水相的表面张力和液体黏度显著影响微通道内的传质效率;在液-液系统中引入气相后,水油两相之间的传质效率显著增加。     

复合萃取剂提取林可霉素机理及填料萃取塔中试研究

以中试填料萃取塔为设备研究了复合萃取剂（正辛醇和煤油）萃取林可霉素的宏观特性及传质强化。使用斜率法确定萃合物的结构和反应平衡常数以指导改进设备和强化传质;为了提高林可霉素萃取效果,考察了溶液pH值、相比（W/O）、填料类型、分布盘的使用等因素对提取林可霉素效果的影响。结果表明：以正辛醇为萃取剂萃取林可霉素的过程中,反应平衡常数K为0.072;复合萃取剂中正辛醇最佳含量为0.8（体积分数）;萃取林可霉素的最佳pH值为10～11,最佳相比（W/O）为3;规整填料和散装填料萃取效果有限,分布盘可以大大加强传质,同时加装分布盘的填料萃取塔的单位体积处理量是混合澄清槽的12.8倍,萃取剂循环量大大减少。研究结果对复合萃取剂的萃取机理和填料萃取塔提取林可霉素的实际应用具有一定指导意义。     

液-液微尺度混合体系的传质模型

针对微尺度液-液混合体系,考察了流量对膜分散萃取过程的影响,并根据传质过程方程,计算了各种条件下的传质系数和传质速率;采用现有的传质模型分别计算分散相和连续相的分传质系数,然后根据传质阻力的加合性得到总传质系数;应用理论传质系数计算传质效率,与实验值进行了比较.研究结果表明,在微尺度混合条件下,直接影响传质系数的因素是停留时间和液滴直径,传质系数随着停留时间的减小而增大.膜分散萃取的传质系数可以达到1.2×10^-4m&#8226;s^-1,比传统的萃取方式大10～100倍;不能像塔式萃取设备一样,用简单地忽略某一相的传质阻力或用总体平均的简化计算公式来计算微尺度混合的传质性能;考虑滴内滴外传质系数,并考虑时间的影响,利用现有公式分别计算滴内滴外传质系数,并采用阻力加合,可以较为准确地计算微混合条件下的总传质系数,计算值与实验值符合很好.     

Mass transfer characteristics of cadmium(II) extraction in hollow fiber modules

Using di-(2-ethylhexyl) phosphoric acid (D2EPHA)/cadmium ion/water as an experimental system, the mass transfer characteristics in hollow fiber modules (HFMs) were studied by Voronoi tessellation method based on normal distribution function, in which the standard variance could be correlative with the packing irregularity of fibers. The theoretical results showed that not only the packing density but also the packing irregularity significantly influenced the mass transfer characteristics in HFMs. For modules with the same densities, the different packing irregularity led to different mass transfer efficiency. The efficiency of modules with moderate packing density was the lowest because of their most serious packing irregularity. Compared with the exponent distribution function used in previous studies, the normal distribution function can determine the effect of packing irregularity on mass transfer performance accurately. The experimental results also showed a high extraction efficiency of cadmium ion from the wastewater by HFMs.     

气体搅拌萃取过氧化氢实验研究

在内径为50 mm的筛板塔内,研究了空气-水-蒽醌工作液三相体系萃取过氧化氢过程.萃取温度为40℃,空气和分散相的表观流速分别为(1.31～3.22)×10-3m·s-1和(1.27～1.70)×10-3 m·s-1,分散相和连续相的表观流速之比为50:1.结果表明,在普通液-液萃取过氧化氢过程中引入气体作搅拌,可减小分散相的液滴直径,增大相际接触面积,明显提高萃取效率,降低萃余相中过氧化氢的含量.传质单元高度随气体表观流速的增加而降低,传质系数随气体表观流速的增加而增大.     

微孔射流毛细管反应器内液-液两相传质和反应选择性

微反应技术在化工过程强化领域已得到广泛应用,尤其适用于快速复杂竞争反应体系。对于液-液两相快速竞争反应,反应过程受传质限制,显著影响反应转化率和收率。本文开发了一种新型的微孔射流毛细管反应器（MJCM）,采用微孔射流强化进口处液-液两相传质性能,分别采用水-苯甲酸-煤油体系和水-氢氧化钠-甲苯-苯甲酸-氯乙酸乙酯体系研究了不同操作参数（流量、流量比、表面活性剂浓度、温度）和结构参数（孔径、管长）下液-液两相传质特性和反应选择性,并获得了舍伍德数Sh的关联式。结果表明：随着两相流量的增加,传质效率E呈下降趋势,总体积传质系数k_La呈增加趋势,反应选择性指数X_s则先减小后增大;孔径的增大则会减弱液液传质和反应选择性;随着毛细管长的增加,E和X_s逐渐增大,k_La则逐渐减小;水相-有机相流量比的变化对E和k_La会产生不同影响,而温度的适当升高则可以提升反应选择性,表面活性剂的加入降低了传质和反应选择性。与其他液液传质设备对比,MJCM在液-液两相传质、反应选择性方面性能良好,可以用于工业生产进行液液传质与反应过程的强化。     

传质分离过程理论塔板数的简捷计算

本文在图解法的基础上,通过分析理论塔板与操作线、平衡线之间的关系,建立了适用于气体吸收、液体精馏及液液萃取过程的传质单元数与理论板数间的对应关系,并利用工业低含量物质传质过程,对此关系式进行验证。与实际比较,结果基本一致,且计算过程简单、快捷,可帮助学生加深对传质过程的认识。