四光纤探针技术对脉冲筛板萃取柱分散相液滴行为研究

发布时间：2020-07-26 09:12

【摘要】：脉冲筛板萃取柱是一种重要的液液萃取设备,因其内部无转动部件、处理能力大、易于远距离操纵等优点,被广泛应用于乏燃料后处理领域。脉冲筛板萃取柱的水力学性能(分散相存留分数、分散相液滴直径大小及分布、分散相液滴速度)对于其传质能力有着极为重要的影响,为对其进行放大设计,需对其水力学性能进行详细研究。四光纤探针技术是近年来开发出用于两相流研究的技术,具有灵敏度高,信号响应快等优点。相对于其他应用于脉冲筛板萃取柱水力学性能研究的技术,如照相法、取样法等,四光纤探针技术不仅可以测量分散相液滴直径、局部存留分数,还可以测液滴的速度矢量,这对于研究分散相在萃取柱内的行为具有重要意义。本文利用四光纤探针技术,改进了相应的信号处理程序,并分别以乙酸丁酯、40%正辛醇/煤油为分散相,去离子水为连续相,考察了两相表观流速及脉冲强度对分散相液滴行为的影响以及液滴速度与液滴直径的关系。乙酸丁酯-水体系的研究结果表明,随着脉冲强度的增加:液滴直径分布略有减小;液滴平均速度稍有增加;液滴运动方向与竖直方向夹角变小。两相表观流速对液滴直径分布及速度影响较小。在所选取的操作条件下,液滴速度与竖直方向的夹角分布在0-45°之间,且主要集中分布于于0-30°。此外,随着液滴直径的增大,液滴平均速度先急剧增加,后趋于平稳。40%正辛醇/煤油-水体系的研究结果表明,脉冲强度的大小对液滴直径和液滴速度均有较明显的影响。随着脉冲强度的增大,液滴直径减小,液滴的平均速度增大。此外,液滴的速度随着液滴的直径而增大。对于该体系,液滴运动方向与竖直方向的夹角分布在0-50°之间,且主要集中于0-40°。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL241.14
【图文】：

分散相,液液两相,逆流流动,轻相

图 1.1 L 型脉冲筛板萃取柱萃取柱内，液液两相逆流流动，在筛板和脉冲的作用下滴，在脉冲及重力的共同作用下，向上（分散相为轻相。分散相液滴直径与液滴直径分布不仅与传质的界面面稳定性、反应速率、萃取性能等，因此，液滴直径和液的放大及优化设计过程中必须细致考虑[14]。萃取柱实际运行过程中，由于液滴大小不一致，其所受，导致不同的液滴运动速度存在明显区别。研究结果表明动速度快，惯性作用大，停留时间短，易引起前混效应慢，惯性作用小，停留时间较长，会引起明显的返混效大，各种直径的液滴速度都会变大，同时，小液滴所占种现象是相互矛盾的[25]。及液滴速度外，分散相存留分数对于传质也有着重要影是指萃取柱稳定工作状态下，分散相体积占萃取段总体

曲线,脉冲萃取柱,两相,脉冲强度

图 1.2 两相在脉冲萃取柱中的流动示意图不稳定区：在此操作区间，液液两相在萃取柱个别部位发生了反相，即动。由于脉冲强度的增加，施加在分散相液滴上的剪切力增加，导致了小，并且使得存留分数急剧增加。此时，脉冲强度稍有增加都会导致液. 由于脉冲过大导致的液泛区：在给定的两相表观流速下，随脉冲强度的液滴上的剪切力同时增加，使得柱内产生了大量细小的液滴。这些液滴度（液滴上升过程中获得的最大速度）小于连续相的表观流速，因此，扩大澄清段连续相的出口附近积累。在更高的脉冲强度下，液滴开始随相的出口流出，这就是所谓的由于脉冲过大而引起的液泛。脉冲筛板萃动区间已经以脉冲强度函数的形式绘制成曲线，其如图 1.3 所示。

脉冲萃取柱,操作特性曲线

混合澄清区 2. 分散区 3. 乳化区 4. 不稳定区 5. 脉冲不足导致6. 脉冲过大导致的液泛区图 1.3 脉冲萃取柱的操作特性曲线[3]取柱在后处理厂中的应用现状脉冲萃取柱的公司是美国爱达荷化学处理厂，此外，脉冲到了较多的应用。法国的 UP3 厂、UP2-800 厂以及日本的去污循环以及钚线二、三循环都用脉冲柱作为主体设备。水力学性能国内外研究现状液滴直径相关研究，分散相液滴直径在脉冲萃取柱的放大设计中起着至关重

【参考文献】