同向环流萃取装置的水力学和混合特性研究
发布时间：2020-05-21 22:52
【摘要】：针对筛板萃取塔内连续相流速较小、操作范围较窄、传质推动力不高等问题,提出一种同向环流筛板萃取装置。该装置利用中心分隔板将塔设备一分为二,促使连续相在两侧塔板上交替流动。相比于同尺寸的筛板萃取塔而言,这种同向环流萃取装置内的连续相流速翻倍,并且中心分隔板分隔的同侧空间的相邻塔板上的连续相的流动方向相同,从而降低了连续相轴向混合并提高了塔板的平均传质推动力,进而提高了萃取的效率。本文针对这种新型设备展开了流体力学和轴向混合特性的研究,其主要内容可分为实验部分和计算流体力学部分。在实验部分,本文对直径为100mm的同向环流萃取装置展开实验研究,研究内容包括数据分析、结论总结、重要参数关联和工程意义阐述,其主要结果与结论如下:第一,针对煤油-水体系,本文的实验结果为:分散相液滴平均直径d3,2=5.7 mm;特性速度uo=0.038 m/s;设备操作范围是连续相流量Uc=0-29 L/h,分散相流量Ud=10-166L/h。第二,针对30%磷酸三丁酯(TBP)/煤油-水体系,本文的实验结果为:分散相液滴平均直径d3,2=3.6 mm;特性速度uo=0.027 m/s;设备操作范围是Uc=0-34 L/h,Ud=16-125 L/h。第三,针对实验结果,本文总结出三条结论:(1)分散相存留分数φ随两相表观流速的增大而增大,分散相表观流速对φ的影响大于连续相表观流速。(2)连续相轴向混合随连续相表观流速的增大而减小,随分散相表观流速的增大而增大。(3)实验装置在煤油-水体系下的液泛通量大于在30%TBP煤油-水体系下的液泛通量。第四,基于实验装置和实验数据,本文推出分散相液滴平均直径d3,2、分散相存留分数φ、特性速度uo和连续相轴向混合系数Ez的经验关联式:(1)d,2=1.33(σ/△ρg)1/2(相对误差小于8%);(2)φ=7.92(gσ/uc4△ρ)-0.311(ud/uc)0.896(ρc/△ρ)0.392(平均相对误差小于 20%);c)uo=0.283(4gσ△ρ/ρc2)1/4/uo=0.916(gσ/△ρ)1/4(△ρ/ρc)(相对误差小于5%)。(4)Ez=5×10-3uc0.44ud0.17(相对误差小于7%);在计算流体力学部分,本文采用Gambit软件建立传统塔、新型塔、挡板-新型塔和限流孔-新型塔四种塔设备的三维简化模型,然后用Fluent软件模拟计算以获得不同塔板上的流体流动情况。最终通过观察对比不同塔板上流体流动的速度矢量图归纳出三条结论:(1)传统塔和新型塔的塔板上都存在涡流和连续相流速分布不均的现象,但新型塔内这两种现象明显更少。(2)随着连续相流速的增大,塔板上的涡流和流速分布不均的现象明显减少,表明连续相流速增大能降低连续相的轴向混合。(3)新型塔中设置竖直挡板和限流孔这两种内构件会大大提高连续相的轴向混合。
【图文】：
种不断的聚合－分散－聚合的现象能够促进分散相形成的液滴不断更新，这两方面逡逑的因素使得筛板萃取设备的萃取效率常常高于填料塔。筛板萃取塔内两相流动的逡逑过程是：若轻相为分散相，如图１．２ａ。由塔顶进入的重相，借助降液管流至塔板逡逑后水平流经塔扳进入下一个降液管，依次反复，最终从塔底流出。由塔底进入的逡逑分散相经分布器（或筛孔）分散成小液滴的形式与连续相充分接触，之后聚集在逡逑上一块筛板下并形成凝聚层，当凝聚层厚度足够就会推动分散相穿过筛孔。这种逡逑过程在每一块塔板处至下而上依次发生，直到分散相穿过第一块塔板从塔顶出口逡逑处流出。若轻相为连续相，，则降液管变为升液管，萃取的过程与上述相似。逡逑，挪逦，降液管逦９板—逦面逡逑ｔX罚璣沐义希掊务砂邋危缮汗苠义萧嗝驽危危欤迹幔藻澹椋戾澹椋睿哄澹В欤诲澹桑慑澹族澹В戾澹龋В戾义希嵋哄义希ǎ幔╁危ǎ猓╁义贤迹保采赴遢腿∷峁雇煎义希疲椋纾澹保插澹樱悖瑁澹恚幔簦椋沐澹洌椋幔纾颍幔礤澹铮驽澹簦瑁邋澹螅椋澹觯邋澹穑欤幔簦邋澹澹簦颍幔悖簦椋铮铄澹悖铮欤酰恚铄义衔尥饧咏涟韬湍芰康妮腿∩璞付季弑傅挠诺惆ǎ荷璞附峁辜虻ァ沧胺奖沐义喜⑶页杀镜
本文编号：2675035
【图文】：
种不断的聚合－分散－聚合的现象能够促进分散相形成的液滴不断更新，这两方面逡逑的因素使得筛板萃取设备的萃取效率常常高于填料塔。筛板萃取塔内两相流动的逡逑过程是：若轻相为分散相，如图１．２ａ。由塔顶进入的重相，借助降液管流至塔板逡逑后水平流经塔扳进入下一个降液管，依次反复，最终从塔底流出。由塔底进入的逡逑分散相经分布器（或筛孔）分散成小液滴的形式与连续相充分接触，之后聚集在逡逑上一块筛板下并形成凝聚层，当凝聚层厚度足够就会推动分散相穿过筛孔。这种逡逑过程在每一块塔板处至下而上依次发生，直到分散相穿过第一块塔板从塔顶出口逡逑处流出。若轻相为连续相，，则降液管变为升液管，萃取的过程与上述相似。逡逑，挪逦，降液管逦９板—逦面逡逑ｔX罚璣沐义希掊务砂邋危缮汗苠义萧嗝驽危危欤迹幔藻澹椋戾澹椋睿哄澹В欤诲澹桑慑澹族澹В戾澹龋В戾义希嵋哄义希ǎ幔╁危ǎ猓╁义贤迹保采赴遢腿∷峁雇煎义希疲椋纾澹保插澹樱悖瑁澹恚幔簦椋沐澹洌椋幔纾颍幔礤澹铮驽澹簦瑁邋澹螅椋澹觯邋澹穑欤幔簦邋澹澹簦颍幔悖簦椋铮铄澹悖铮欤酰恚铄义衔尥饧咏涟韬湍芰康妮腿∩璞付季弑傅挠诺惆ǎ荷璞附峁辜虻ァ沧胺奖沐义喜⑶页杀镜
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