脉冲筛板萃取塔CFD-PBM模型研究

脉冲筛板萃取塔是核工业等领域中最常用的萃取设备之一，为深入了解脉冲筛板萃取塔中两相流行为规律，使用CFD-PBM模型对脉冲筛板萃取塔中由有机相(30%TBP-正十二烷)、水相(HNO₃水溶液)组成的体系进行两相流过程模拟分析，模拟结果与实验数据吻合较好，分散相存留分数和Sauter平均液滴直径的相对偏差仅为8.28%和5.54%；随脉冲速度增加，Sauter平均液滴直径减小，液滴直径分布更均匀，分散相存留分数增加，特性速度减小；两相表观速度对液滴直径影响较小，分散相表观流速增加有利于提高分散相存留分数，而连续相表观流速影响不大；发生液泛时分散相液泛表观速度随连续相液泛表观速度增大而减小，随脉冲速度增加液泛通量先增后减，存在极值。     

往复振动筛板塔对低界面张力体系萃取过程的强化

对低界面张力体系正丁醇-丁二酸-水在往复振动筛板塔中的萃取性能进行研究,体系中水为萃取剂,萃取正丁醇中的丁二酸。实验考察了两相流速、相比、传质方向和筛板振动速率对流体力学性能和传质性能的影响,并且与相同操作条件下固定筛板萃取塔的性能作对比。结果表明,筛板振动速率不高于3.5 cm/s的情况下体系没有发生乳化现象,相比增大到2.8时接近液泛点,实验稳定性较差。流速和相比增大能够获得更好的液滴分布和更大的体积传质系数,但增大的幅度要综合考虑设备的最大通量和两相在塔内的停留时间。分散相到连续相的传质方向传质相界面积大,更有利于提高传质效率。相同操作条件下,连续相中的轴向混合远大于分散相的轴向混合。与固定筛板塔的萃取性能相比,振动筛板改善液滴分布、增大处理能力和强化传质的作用都很明显。     

脉冲筛板萃取柱中传质过程的研究

在内径40mm实验脉冲筛板柱中,用30%磷酸三丁酯-硝酸-水体系测定了各种操作条件下两相稳态传质浓度剖面、液滴直径分布和分散相体积分数.根据多级返流模型拟合实际浓度剖面推算得到真实的体积传质系数K_(oDa)和两相返混参数,并进而计算出相际传质系数K_(oD).对标准板和分散-聚合型板两种柱结构内的传质过程进行了分析和讨论.研究结果表明,在本实验范围内,脉冲筛板柱内相际传质系数可按单液滴湍流内循环传质模型来预测.     

新型脉冲萃取塔存留分数与特性速度

为测试锥形穿流塔板的性能,在内径为75mm的脉冲萃取塔中,以煤油-水和10%磷酸三丁酯/煤油-水为实验体系,在无传质条件下,研究脉冲强度与两相表观流速对分散相存留分数和特性速度的影响。结果表明,在实验范围内,存留分数与分散相流速近似成正比,与连续相流速无关。而随着脉冲强度的增大,存留分数先减小,当脉冲强度达到临界值(Af)_t后,存留分数迅速增大。将此临界值与脉冲筛板塔临界值进行对比,两种体系分别减小约9.7%和41.4%,此外,特性速度随着脉冲强度的增大而减小,且界面张力较低的体系减小幅度更大。在实验结果分析的基础上,利用量纲分析方法得到了存留分数与特性速度的工程经验关联式,预测值与实验值符合较好,相对误差均小于20%,可以应用于脉冲萃取塔的设计计算。     

带转动挡板的搅拌萃取塔连续相停留时间分布研究

为获取带转动挡板的搅拌萃取塔内部流体流动状况，采用脉冲示踪法对塔内连续相停留时间分布(RTD)进行研究，并结合轴向返混模型得到了连续相的返混系数。结果表明，随着连续相体积流量、总流量或连续相与分散相体积流量比值的增大，连续相RTD曲线收窄、峰值明显增大、连续相停留时间和返混系数均减小；改变分散相体积流量，连续相RTD以及返混系数基本不变。此外，改变搅拌转速对连续相RTD影响较小。将返混系数与操作条件和物性参数进行关联，关联式最大偏差为19.8%、平均偏差为7.7%，表明关联式可用于带转动挡板的搅拌萃取塔的连续相轴向返混程度的评估。     

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.     

φ150脉冲筛板柱传质特性研究

在φ１５０ｍｍ的脉冲筛板萃取柱中，测定了两相稳态浓度剖面，分散箱存留分数、液滴平均直径等数据。采用返流模型，引入虚拟变量，求得真实传质系数Ｋｏｘ。还讨论了萃取柱中各参数随操作条件的变化规律，并和φ４０萃取柱的传质特性进行了比较。     

氯盐体系硝酸/盐酸脉冲萃取分离装置水力学研究

硝酸-氯化钾直接法可低成本制备熔盐级硝酸钾,溶剂萃取分离氯盐溶液中的硝酸和盐酸是关键步骤之一。研究了处理H⁺/K⁺/Cl^-/H₂O-磷酸三丁酯/磺化煤油体系脉冲筛板萃取塔的水力学性能,结果表明分散相液滴直径随脉冲强度的增大而减小,与两相表观流速无关;存留分数随脉冲强度的增大呈现先减小后增大的趋势,随两相表观流速的增大而增大。拟合得到了液滴直径与存留分数的Kumar-Hartland关联式,两者计算值和实验值的平均相对偏差（AARD）分别为4.74%与5.60%。     

筛板上从泡沫工况向喷射工况转变气速的计算模型

<正>筛板塔是应用历史最久的塔型之一。至今人们仍在对筛板塔进行大量的研究,但对筛板塔处于不同鼓泡层的结构及筛板塔各操作状态之间的划分这一课题,还基本上限于一些定性的直观描述。筛板塔的各操作状态之间主要由两点速度划分,即漏液气速和喷射转变气速。在他们之间筛板处于泡沫工况,当气速高于喷射转变气速时,筛板塔处于喷射工况。这两种工况是人们最感兴趣的,这不仅因为在工业上这两种工况用得最多,而且还因为在流动泡沫工况下气体为分散相,液体为连续相,一旦转变为喷射工况就发生了相变,气体变为连续相,原来是连续相的液体则被气体吹散为小液滴的分散相。这种工况的转变必然强烈地影响着两相间的传质,要掌握塔板上两相间的传质规律,首先要确定它是处于何种工况。     

搅拌筛板萃取塔液泛特性研究

为明确萃取塔对不同体系、不同操作条件下的性能,在内径为50 mm的三级搅拌筛板萃取塔中,针对7个不同物性特点的体系进行了液泛特性研究,液泛点采用观察法判断。实验结果表明,穿流式筛板的过孔阻力和过度搅拌是液泛产生的两个原因;萃取塔的两相总空塔流速与搅拌转速关系曲线将塔的操作区域分为搅拌不足液泛区、正常操作区、搅拌过度液泛区和流速过高液泛区等区域;增大分散相流速比增大连续相流速更容易造成液泛。通过比较不同界面张力、两相密度差、连续相黏度体系的液泛特性可知,该萃取塔适合中、低界面张力体系在低流速下操作。     

改进的Scheibel萃取塔的性能研究

Scheibel萃取塔是一种常用的多级逆流搅拌萃取装置,它的主要缺点是存在比较严重的返混。为了减少返混,提高Scheibel萃取塔的萃取效率,本文设计了一种改进的Scheibel萃取塔,在传统的Scheibel萃取塔的填料两端各添加一块筛板,这样可以降低返混,减少转动流体对分层段的影响。本文用丙醇-水-庚烷体系研究了开孔率,搅拌速度,进料流量对改进的一级Scheibel萃取塔萃取效率的影响。得到了较佳的筛板开孔率10%和较佳的操作条件。在较佳的筛板开孔率和操作条件下用改进的三级Scheibel萃取塔和传统的三级Scheibel萃取塔进行萃取效率的对比,结果显示改进的Scheibel萃取塔的萃取效率要远好于传统的Scheibel萃取塔。     

脉冲填料萃取塔性能强化的研究

针对己内酰胺等工业装置脉冲填料萃取塔扩能改造的迫切要求,在(φ)100mm的实验塔中用四种体系研究了填料类型、脉冲强度、体系物性和操作条件等对脉冲填料萃取塔流体力学和传质性能的影响.实验结果表明,QH-1型扁环填料的处理能力和传质效率明显高于拉西环填料.脉冲强度对塔内分散相的液滴平均直径、存留分数和塔性能具有重要影响.因此,填料的选型和脉冲强度的调优是脉冲填料萃取塔强化的关键因素.     

由转盘塔内连续相溶质浓度轴向分布 估算传质系数和轴向混合系数的研究

根据转盘萃取塔内连续相溶质浓度的轴向分布进行了参数估算.在估算中应用液滴尺寸分布,将带轴向混合的柱塞流模型应用于塔内连续相,将前混模型应用于分散相.参数估算结果表明:应用d_(32)所获得的连续相轴向混合系数E_c和传质系数k_c的估算值比应用液滴尺寸分布所得的E_c、k_c的估算值偏高;如果忽略液滴生成过程传质的影响,k_c的估算值略有增加,而E_c的估算值则明显偏高.     

由转盘塔内连续相溶质浓度轴向分布 估算传质系数和轴向混合系数的研究

根据转盘萃取塔内连续相溶质浓度的轴向分布进行了参数估算.在估算中应用液滴尺寸分布,将带轴向混合的柱塞流模型应用于塔内连续相,将前混模型应用于分散相.参数估算结果表明:应用d_(32)所获得的连续相轴向混合系数E_c和传质系数k_c的估算值比应用液滴尺寸分布所得的E_c、k_c的估算值偏高;如果忽略液滴生成过程传质的影响,k_c的估算值略有增加,而E_c的估算值则明显偏高.     

涡轮搅拌萃取塔的模型研究

涡轮搅拌萃取塔是一种高效的液液萃取设备。介绍该塔型的两种数学模型:假设均相模型和液滴群模型。前者假设分散相为连续相,无法正确模拟实际流体特性;后者能精确地计算湍流区流体特性。同时描述了液滴群模型的求解及模型参数,包括液滴直径及其分布、液滴破裂与凝聚、滑动速度、传质系数和轴向扩散系数等的计算。     

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。     

多降液管筛板萃取塔内流动特性和塔效率的研究

选择正丁醇－丁二酸－水作为实验体系，以有机相为分散相，在φ１００ｍｍ的塔内系统地研究了单降液管、双降液管和三降液管三种塔板的两相流动特性和传质效率，并对其进行了比较。研究结果表明，在相同的操作条件下，多降液管大孔筛板塔比单降液管塔内的动态存留分数大，板下静液层高度小的特点，同时多降液管筛板塔比单降液管筛板塔具有更高的塔效率。     

Kühni萃取柱连续相返混特性的研究

在直径72.45mm的K(?)hni萃取柱中,以甲基异丁基酮/H_2O为实验体系,用返流模型和稳态示踪技术,研究了连续相的返混.结果表明,随着涡轮转速增大,返混系数呈线性增大;在较低的转速下,分散相流速对返混影响不明显,随着流速增大,返混稍有减小;而随着连续相流速增大,返混明显减小.本文给出了连续相返混系数的经验关联式.     

Kühni萃取柱连续相返混特性的研究

在直径72.45mm的K(?)hni萃取柱中,以甲基异丁基酮/H_2O为实验体系,用返流模型和稳态示踪技术,研究了连续相的返混.结果表明,随着涡轮转速增大,返混系数呈线性增大;在较低的转速下,分散相流速对返混影响不明显,随着流速增大,返混稍有减小;而随着连续相流速增大,返混明显减小.本文给出了连续相返混系数的经验关联式.     

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。