塔式萃取设备的研究综述

塔式萃取设备由于其密闭性好、处理能力大、适用范围广以及占地面积小等优点,广泛应用于液液萃取分离过程,并且得到了广泛的研究和发展。文章综述了近年来塔式萃取设备最新的研究进展,并对应用较广泛的填料萃取塔、振动筛板塔、脉冲萃取塔以及机械搅拌萃取塔的研究进行了详细介绍,同时介绍了各类塔式萃取设备实验与CFD模拟相结合的研究概况。浅析了未来萃取设备技术研究和发展的方向。     

萃取塔数学模型及过程强化的若干研究进展

萃取塔因生产能力大、占地面积小、密闭性好等优点,在石油、化工、生物、医药和环境工程等多领域被广泛应用。本文从以下几个方面介绍了萃取塔近些年的研究进展：综述了传统萃取塔（脉冲萃取塔、转盘塔与Kühni塔等）的水力学、轴向扩散与传质模型的发展,分析比较了表面张力、传质方向、放大效应等因素对模型的影响;介绍了计算流体动力学（CFD）在萃取塔中单液滴、单相流模拟、液-液两相流模拟、外加能量模拟、与群体平衡模型（PBM）耦合模拟中的应用进展;介绍了国内外设计开发的新型萃取塔,包括改变传统塔的内构件和引入多种外场能量等方式来强化相间传质。研究表明,将先进实验研究方法、准确经验模型和可靠理论计算相结合,将会是萃取塔研究的重要手段和方向。     

液—液两相聚结分离原理及实际应用

对非均相液—液两相的聚结分离机理进行了阐述,以纤维类聚结介质为例,将聚结过程分为液滴捕集、液滴聚结和液滴沉降三个阶段。在聚结原理基础之上,对液—液聚结分离用的聚结材料进行分类,在此基础之上,详细介绍了目前应用比较广泛的液—液两相分离设备。最后指出液—液两相聚结分离技术及设备的发展方向。     

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。     

液液聚结分离器原理及石油化工中的应用

对非均相液-液两相的聚结分离机理,以纤维类介质为例,将聚结过程分为液滴捕集、液滴聚结和液滴沉降,同时也对影响聚结分离的因素进行了阐述.在此基础之上,介绍了目前在石油化工行业中应用比较广泛的高效的液-液两相分离设备:单级聚结器和二级聚结分离器,重点论述滤芯式聚结分离设备.为在石油化工领域中液-液分离提供指导和借鉴作用,为实现经济、有效的分离操作提供理论和实践支持.最后指出液-液两相聚结分离技术及设备的发展方向.     

液液萃取中的液滴尺寸连续测试技术

文章采用光电转换技术、数字化脉冲技术及微处理机应用技术研制成一种微机化的液滴尺寸连续测定仪。它具有测量速度快、精度高、应用范围广、操作费用少的特点,可以测定设备中某一局部的液滴尺寸分布,有助于液液萃取及非均相反应器的研究和设计。     

气-液-液萃取传质效率的研究

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.据此,本文在气-液-液萃取条件下对不同填料的传质性能进行了测定.实验表明,通入气相后分散相液滴呈现稳定的“油包气”空心状态,这种结构大大降低了分散相液滴的传质层厚度,减小了传质距离,极大地强化传质效率.在适宜气速下,气-液-液萃取效率较传统萃取效率提高20％～40％.通过与散装填料对比,发现规整填料更利于强化萃取效果,传质效率提高约50％.     

液液旋流分离器的数值模拟研究进展

旋流分离器是近年来发展非常迅速的液液分离设备,其主要优点是高效、节能、占地面积少且成本低,工业应用广泛。数值模拟是液液旋流分离器研发与研究的重要手段。本工作系统地介绍了目前液液旋流分离器在数值模拟中的研究进展,详细地分析了数值模拟过程中旋流分离器模型的选择、几何结构和操作参数的改变对分离效率和流场的影响及最终的评价指标,并对几何结构和操作参数改变提出了见解,对液滴破碎和聚并、旋涡的数值模拟及开发新的公式评价分离效率进行了展望。     

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。     

连续多级逆流液液萃取与减压精馏集成分离α-酮亮氨酸和水的方法及其设备

连续多级逆流液液萃取与减压精馏集成分离α-酮亮氨酸和水的方法及其设备:首先以萃取剂对含10%α-酮亮氨酸水溶液进行多级逆流液液萃取,萃取分离后,液液萃取塔底水相送至水处理塔,水处理塔塔顶溶剂循环使用,水处理塔塔底水送至废水池,液液萃取塔顶萃取相为萃取剂和α-酮亮氨酸的混合液,送至连续减压精馏塔处理,连续     

萃取塔设备研究和应用的若干新进展

溶剂萃取是一种重要的化工分离技术,在湿法冶金、原子能化工、石油化工等领域有着广泛的应用。萃取塔优点突出但设计放大困难。本文介绍了国外萃取塔数学模型和设计放大研究概况及其最新进展,并较详细地介绍了我国萃取塔设备的研究、创新和应用。鉴于脉冲筛板塔在核工业中的重要地位,着重介绍了在汪家鼎先生指导下所进行的脉冲筛板塔两相流体力学、纵向返混和传质特性等方面的系统研究工作,指出所形成的以特性速度进行塔径放大和考虑纵向混合的按基本原理进行脉冲筛板萃取塔放大设计的体系具有重要的普遍意义。所创制的"分散-聚并型"脉冲筛板塔性能优越,已在大型工业装置中得到成功的应用。也介绍了在我国广泛应用的转盘萃取塔、填料萃取塔和脉冲填料萃取塔的研究、创新和应用情况。其中在理论研究基础上创制的新型转盘萃取塔(NRDC)、内弯弧形筋片扁环填料(SMR)和挠性梅花扁环填料(PFMR)性能优良,推广应用效果显著。     

精馏技术研究进展与工业应用

精馏是化学工业中应用最广泛的关键共性技术,广泛应用于石油、化工、化肥、制药、环境保护等行业。精馏具有应用广泛、技术成熟等优点,但存在设备投资大、分离能耗高等问题,因此研究开发新型高效传质元件、开发新型节能精馏技术,具有重要的社会意义和经济价值。本文从精馏塔类型、流体力学性能、传质性能、塔器大型化、过程节能、过程强化等方面,介绍了精馏技术的研究进展与工业应用。对于板式塔,从气液两相流动状态、压降、漏液和雾沫夹带方面研究了塔板的流体力学性能;对于填料塔,从压降、液泛和持液量方面研究了填料塔的流体力学性能,但目前的研究仍以经验关联式为主,缺乏严谨的的理论模型。对于气液两相的传质性能研究,简述了气液两相传质理论,但科学、精准的传质模型尚未提出。对于塔器大型化的应用研究,介绍了塔板、气液分布器和支撑装置等大型化关键技术的工业应用。从精馏过程典型节能技术、耦合节能技术、流程节能技术、低温余热回收和特殊精馏等方面,介绍了精馏过程节能与强化的应用进展。文章最后对精馏过程的传质、强化和集成进行了展望。     

Von der Prozeßsimulation zur Lebenszyklusmodellierung

From Process Simulation to Lifecycle Modeling Process simulation is an established technology to support the design and operation of chemical processes. Since this technology has reached a mature state, an obvious question concerns emerging technologies which may succeed process simulation in the future. This contribution attempts to answer this question. The increasing capabilities of mathematical modeling and simulation on various levels of detail increasingly ask for the integration of available but independently developed and applied technologies across the process design lifecycle. Novel computer-based design support environments are required for this purpose. Such environments need to integrate existing modeling and simulation tools in a workflow oriented manner in order to provide context specific support during the whole design process.     

MODELING OF TRANSPORT PHENOMENA IN TWO-PHASE FILM-FLOW SYSTEMS: APPLICATION TO MONOLITH REACTORS

Transport phenomena in two-phase systems represent the basis of many industrial processes. The hydrodynamic behavior and process kinetics are crucial, especially when reacting systems are considered. For the modeling of such systems, usually the rate-based approach is applied, because it can handle even very complex hydrodynamic conditions. However, this method requires several experimental parameters, e.g., mass transfer coefficients. For processes with less complex flow patterns, alternative, more rigorous modeling methods can be applied. For instance, the fluid dynamic approach describes the fluid phase behavior based on classical partial differential transport equations and considers the real geometry of column internals directly. This method does not need mass transfer coefficients. In this work, we apply both the rate-based and fluid dynamic approaches to a particular process, namely, the esterification of 1-octanol and hexanoic acid in a film-flow monolith reactor, and analyze their performance.     

填料萃取塔的研究现状及进展

综述了填料萃取塔的特点、国内外对填料萃取塔中填料的选择与开发并且详述了部分填料的工业应用,同时详细阐述了研究者使用不同的理论模型和方法对填料萃取塔的传质特性和流体动力学特性的研究。其中研究方法包括实验方法、经验公式方法及模拟方法。通过实验,能获得准确的液滴直径、分散相体积分数、液泛速度与滑移速度等数据,再通过计算机模拟则能获得详细的流场、温度场、浓度场等微观信息。可以预见,实验方法、经验公式、计算机模拟的有机结合将成为解决填料萃取塔传质和流体动力学问题的有效手段。     

基于介电性质差异的微波诱导强化蒸馏分离

具有选择性加热特性的微波辐射场对混合物相对挥发度影响的发现,对基于混合物介电性质差异而实现化工分离新技术的开发和工程强化能起到极大的推动作用。本文梳理了近年来发展的微波场强化化工分离方法,阐述了微波场与各类物质的特殊作用机制,重点介绍了微波场诱导强化极性-非极性混合物蒸馏分离新技术的相关研究。针对微波诱导分离技术在实际应用中亟需解决的关键问题,着重综述了作者课题组在微波诱导分离机理、分离装置与微波腔体结构设计及过程模型方面的研究进展。最后,对微波技术在化工分离过程强化领域应用目前尚存在的问题提出建议,期望对未来通过介电性质差异实现分离的发展方向提供参考。     

液固循环流化床的开发与应用——过程集成与强化

液固循环流化床（LSCFB）是近三十年来发展起来的一种新型流化床反应器,具有传质传热效率高、操作强度大、占地面积小、可同时进行两种反应等优点,在传统化工过程集成和强化中具有广阔的应用前景。本文主要结合液固循环流化床的特点,介绍了液固循环流化床的发展历程、装置结构及基本特性,并结合几个应用实例重点阐述液固循环流化床如何在蛋白质的提取、乳酸发酵与分离、含酚废水中去除苯酚、污水生物处理等方面实现过程集成与强化。最后对液固循环流化床未来的发展进行了展望,提出了在未来的工业生产过程中,可根据工艺的需要并结合反应器的特点,将反应器进行有效地组合改进,从而实现多个反应过程的集成与强化,为今后生产模式的改变提供了新的思路。     

垂直双隔板隔壁塔分离四组分的模拟优化和实验研究

提出了一种垂直双隔板的分离四组分混合物的隔壁塔,对该塔的结构设计进行了详细的介绍和说明,根据新型隔壁塔的塔板结构和分离原理设计了该种塔板的五塔模型并进行了简洁计算。针对烃类体系四组分分离的完全热耦合过程,通过化工流程模拟软件Aspen进行了模拟优化和用能分析,相比一般的序列塔分离工艺,节能最高可达18.6%,节能效果明显。根据工艺模拟结果,以分离戊烷、己烷、庚烷、辛烷为研究对象,对新型塔板进行了小试研究。研究结果表明：影响新型隔壁塔温度分布的主要因素是液相分配比,可通过控制新型隔壁塔主塔段二塔顶冷凝器的回流量来控制主塔段二的温度分布。研究为隔壁塔气相分配的工业化提供了理论依据和设计参考。     

Dynamic modeling of CO2 absorption from coal-fired power plants into an aqueous monoethanolamine solution

Among carbon capture and storage (CCS), the post-combustion capture of carbon dioxide (CO₂) by means of chemical absorption is actually the most developed process. Steady state process simulation turned out as a powerful tool for the design of such CO₂ scrubbers. Besides steady state modeling, transient process simulations deliver valuable information on the dynamic behavior of the system. Dynamic interactions of the power plant with the CO₂ separation plant can be described by such models. Within this work a dynamic process simulation model of the absorption unit of a CO₂ separation plant was developed. For describing the chemical absorption of CO₂ into an aqueous monoethanolamine solution a rate based approach was used. All models were developed within the Aspen Custom Modeler^® simulation environment. Thermo physical properties as well as transport properties were taken from the electrolyte non-random-two-liquid model provided by the Aspen Properties^® database. Within this work two simulation cases are presented. In a first simulation the inlet temperature of the flue gas and the lean solvent into the absorber column was changed. The results were validated by using experimental data from the CO₂SEPPL test rig located at the Dürnrohr power station. In a second simulation the flue gas flow to the separation plant was increased. Due to the unavailability of experimental data a validation of the results from the second simulation could not be achieved.