轻重相交替进料筛板萃取塔中的传质性能研究

针对间歇操作萃取工艺生产能力低,而逆流连续操作萃取工艺返混严重等问题,研究提出了轻重相交替进料操作的萃取工艺,并对轻重相交替进料筛板萃取塔中的传质性能进行了研究。以煤油-苯甲酸-水为萃取体系,采用单个液滴的传质模型来计算萃取塔的分散相总传质系数,并研究了分散相流速、连续相流速、液滴上升速度以及塔板间距对分散相总传质系数的影响。实验得到分散相总传质系数Kod的数值在3.49?10?5~5.47?10?5 m?s?1,总分散相存留分数在1.63%~4.37%。结果表明轻重相交替进料筛板萃取塔的分散相总传质数高于Kühni搅拌萃取塔、脉冲萃取塔和振动挡板塔,并且流量变化对Kod的影响小,返混效应弱,总分散相存留分数小,不易液泛。     

基于CFD的搅拌萃取塔结构优化与流场分析

为降低搅拌萃取塔内轴向返混并增大通量，在搅拌筛板萃取塔基础上改进内部结构，设计了返混相对较轻的搅拌萃取塔。通过停留时间分布模拟，结合返混模型和流场分析，研究了通道面积、环隙位置、开孔方式和澄清段高度等因素对流体流动特性的影响。结果表明，级间转动挡板可以有效抑制塔内轴向返混，且挡板直径越大，塔内通道面积越窄，抑制返混效果越好；固定环开孔和级间挡板开孔均会带来一定程度的返混，尤以搅拌桨下方的级间挡板开孔影响最为严重；设立澄清段可以降低塔内返混，且澄清段高度越高返混越小，实际应用时考虑到设备成本，澄清段高度与塔径之比以0.7左右为宜。     

卧式双轴自清洁反应器粘性体系停留时间分布

在粘性体系中以茜素红为示踪剂,采用紫外光测试技术研究了卧式双轴自清洁反应器中的停留时间分布(RTD),利用返混模型对实验条件下的RTD及返混系数进行了模拟计算,得到了返混系数与雷诺数的关联式。结果表明,反应器的RTD受物料流速、搅拌速率及物料粘度等因素的影响,体系粘度增加返混系数减小;在实验范围内,基于返混模型的计算结果与实验结果基本相符。     

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.     

气体搅拌的萃取塔中轴向混合性质的研究

在内径为50mm的气体搅拌萃取塔中，研究了空气－水－煤油系统的轴向混合特征。实验以水为连续相，煤油为分散相，以空气为搅拌动力源，采用脉冲应答技术，分别测定了连续相和分散相的轴向扩散系数，并讨论了连续相流速、分散相流速、气相流速及在塔内装入静态混合器时对塔内轴向混合性质的影响，得到了在操作范围内的经验关联式。     

白钨矿连续酸浸槽内固体颗粒的流动特性实验及模型研究

以停留时间分布（RTD）为评价指标,对硫磷混酸浸出白钨矿的连续浸出槽内固相颗粒流动行为进行实验研究。同时探究了进料流量、搅拌转速、连续浸出槽中物料进出口位置组合对固相颗粒流动行为的影响。实验结果表明：随着进口流量的增大,一开始槽内的返混程度得到了增强,量纲为1化方差变大,但是继续增大进口流量,进口处物料的横向迁移速度加强,使槽内流体流动趋向平推流,导致量纲为1化方差减小;量纲为1化方差随着搅拌转速的增大而增大,但是此时在槽下部区域会逐渐形成循环死区,槽内死区体积分数随之增大;平均停留时间随着物料进出口位置的变化而发生变化,下进下出的进出料位置组合其平均停留时间最大,且最接近理论平均停留时间。最后利用非理想流动模型来表征实验过程中的停留时间分布,模型拟合的停留时间曲线与实验测量的曲线吻合程度良好。     

流量控制方式对离心泵停留时间分布的影响

采用脉冲示踪法研究离心泵的停留时间分布(RTD),将离心泵与等径等体积空管对比,定性描述了离心泵的返混特征,考察了泵前阀控、泵后阀控、转速控制对RTD的影响. 结果表明,RTD曲线呈单峰分布,泵内有死区存在,返混大于等径等体积空管,无因次方差为0.39~0.61;离心泵的返混程度既不靠近平推流,也不靠近全混流,受流量影响显著,随流量增大,返混显著减小. 3种流量控制方式对离心泵返混有一定影响,转速控制的返混情况明显大于2种阀控方式,2种阀控方式的影响较接近;随流量减小,流量控制方式引起的RTD差异更显著,3种方式的无因次方差的最大相对偏差达13.6%.     

生产无机盐的主要过程及设备——萃取(萃取设备)

正生产无机盐的萃取设备可分为无外界补充能量和有外界补充能量两种。1)无外界补充能量的萃取设备。①喷洒塔:重相为连续相,从顶部加入;轻相为分散相,从底部喷入,在顶部聚在一起出去。优点:结构简单、费用低。缺点:分散相停留时间短,且分布不均匀。②挡板塔:塔内有挡板,挡板可以是圆盘切去一部分呈弓形,也可以是盘或环,每层挡板均有分散装置。适     

短接触旋流反应器混合区内气固返混特性模拟研究

采用欧拉双流体模型模拟短接触旋流反应器内气固两相流动,加载无反应组分输运方程计算入口混合区内气固停留时间分布(RTD)。根据各截面上下行流率分配,定义了截面返混比,并考察了入口结构型式对气固返混特性的影响。研究结果表明,反应器混合区内固体催化剂的停留时间比气体小;气体在入口混合区内返混程度比固体颗粒显著,颗粒接近平推流;气体截面返混比为0~0.5,且随着轴向位置增大呈现先增加后减小的趋势;轴向入口设导向叶片增大了反应器混合区内气体轴向返混;与直切式和斜上切式结构相比,斜下切式结构反应器混合区气体返混程度较弱,有利于催化裂化反应。     

5种泵停留时间分布实验研究

采用脉冲示踪法对轴流泵、单级离心泵、多级离心泵、液压隔膜泵、三柱塞计量泵的停留时间分布(RTD)进行了实验研究。实验结果表明:轴流泵RTD呈单峰分布,无死区,返混程度与等径空管接近;离心泵RTD呈单峰分布,有死区,多级离心泵返混程度大于单级,单级大于等径空管;隔膜泵RTD呈单峰分布,三柱塞泵呈三峰分布,二者都有死区存在;各类泵RTD特征均由其机械结构和运转方式决定;各类泵的返混均受流量影响,其返混程度随流量的减小而增大,叶片式泵较容积式泵更明显;各类泵的平均停留时间均与流量成反比,并与空时吻合较好;各类泵中,轴流泵返混最小,其他4种泵均存在一定死区,流型介于平推流和全混流之间。     

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。     

管式搅拌反应器停留时间分布的数值模拟

对一种新型管式搅拌反应器的停留时间分布(RTD)进行了实验研究,运用商业计算流体力学(CFD)软件FLUENT进行流场模拟及RTD计算,证实管式搅拌反应器的停留时间分布受搅拌转速及入口流量等因素影响,带搅拌装置的管式反应器适当增加转速能使RTD曲线变窄,改善流型和抑制返混;转速过大会使RTD曲线变宽,导致死区的产生,不利于反应器的混合.RTD曲线的数值模拟计算结果与实验结果基本稳合.     

液固磁稳定床中固含率分布与液相返混特性

固含率分布和液相返混系数是液固磁稳定反应器放大与优化所必需的基础数据。采用床层膨胀高度法、光电法及瞬态点源示踪技术,研究了以SRNA-4催化剂为固相的液固磁稳定床中固含率分布和液相返混特性。试验结果表明,固含率轴向分布基本均匀,径向为“扁-陡曲线”分布。固含率随磁场强度和颗粒尺寸的增大而增大,随液体粘度和空塔液速的增大而减小。轴向液相返混系数随磁场强度和液体粘度的增大而减小,随空塔液速和颗粒尺寸的增大而增大。回归得到了固含率和轴向普朗特准数的关联式,预测值与试验值吻合良好。     

轴向扩散对中空纤维膜萃取器传质性能的影响

通过测量聚丙烯中空纤维膜萃取器壳程和管程流动的RTD曲线 ,证实了中空纤维膜器管程与壳程流动均较为复杂 ,与理想平推流和理想全混釜相差较大。膜器管程流动的轴向返混程度随着流速增加而减小 ,而膜器壳程流动的轴向返混程度随着流速的增加而增大。将两相流轴向扩散模型用于描述传质情况 ,比较了表观传质系数和真实传质系数 ,计算了中空纤维膜萃取器中真实的浓度剖面。结果表明 ,中空纤维膜萃取器轴向扩散导致表观传质系数比真实传质系数下降 30 %左右 ,所以在进行膜器设计和放大时 ,中空纤维膜器的轴向扩散不可忽略。     

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。     

规整填料塔液相混合的研究

本文采用点源脉冲示踪的方法考察了装填２５０ Ｙ 型金属板波纹规整填料的填料塔中的轴向及径向返混。在规整填料塔的顶部注入 Ｋ Ｍｎ Ｏ４ 作为示踪剂,从塔的底部的不同径向位置取样。通过最优化方法计算出轴向返混系数 Ｄｚ 和径向返混系数 Ｄｒ,研究了液相和气相对规整填料的返混的影响,并就液相和气相对返混影响做了初步解释。实验结果表明：径向扩散系数和轴向扩散系数随气速和液体流速的增大而增大。得到轴向和径向混合系数的彼克列数（ Ｐｅｚ , Ｐｅｒ） 与液相和气相的表观雷诺数（ Ｒｅ１ , Ｒｅｇ） 的关联式。     

脉冲筛板萃取柱中连续相的轴向混合

通过示踪剂实验方法对38mm脉冲筛板萃取柱中连续相的轴向混合进行了研究。分别采用亚甲基蓝溶液和氯化钾溶液为示踪剂。实验过程中,首先采用"扰动-响应"技术实测了示踪剂的停留时间分布(RTD)曲线,然后依照轴向扩散模型(ADM)应用最小二乘法拟合求出连续相的轴向混合系数Ec,并分析了连续相表观流速、分散相表观流速、脉冲强度对于Ec的影响。实验结果表明,示踪剂浓度、径向取样位置和轴向取样位置对轴向混合系数Ec值的影响可以忽略,轴向混合系数Ec随着脉冲强度和两相表观流速的增加而增大。最后在本实验参数范围内,拟合出了连续相的轴向混合系数随操作参数变化的经验关系式,与实验结果对比,相对偏差在±20%以内。     

填料特性对鼓泡填料萃取塔性能影响

填料的结构与表面性能对鼓泡填料萃取塔性能有直接影响。利用空气 煤油 (苯甲酸 ) 水体系 ,测定了未装填料和分别装填板波填料、丝网填料、压延孔环填料的鼓泡萃取塔水力学性能和传质性能。实验表明 ,对未装填料和装有填料的萃取塔 ,气相搅拌都可以显著提高液液两相的接触与传质性能 ;液泛速度随表观气速的增大而下降 ;流道设计合理的规整填料传质性能明显高于散装填料 ;表面光滑的填料分散相滞存率低 ,因而液泛速度较高 ;填料的作用有利于降低轴向返混 ,明显提高萃取塔传质性能。     

转盘萃取塔中连续相轴向混合的研究

根据塔内流体运动规律,分别研究了转盘萃取塔单相流和两相逆流时连续相轴向混合的机理.采用光导纤维测定脉冲示踪的浓度响应,从而得到单相流轴向混合Peclet数和两相逆流时分散相对连续相轴向混合的影响(f_w-△~W)的数学表达式.这些表达式对轴向混合的计算,能从高转盘转速扩展到低转速,并能适用于较广的流速范围.为了分析连续相的轴向混合,对分散相滞留量及分散相液滴直径也作了初步研究,并得出了关联式.