恒流通截面旋转填充床流体混合性能及应用研究

作     者：韩黎 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：初广文

授予年度：2024年

学科分类：081704[工学-应用化学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 081701[工学-化学工程] 

主      题：液-液非均相体系 混合 旋转填充床 填料 

摘      要：超重力技术是典型的过程强化技术之一,其典型设备是旋转填充床。填料是旋转填充床实现流体混合、传质过程的核心部件。填料的结构型式对流体流动有重要影响,进而影响旋转填充床的混合、传质性能。新型恒流通截面旋转填充床通过调控液体流动分散行为可进一步提升传质性能,但对于化学工业中广泛存在的液-液非均相体系强化作用仍需深入研究。 本文采用3D打印技术制造了具有不同结构的恒流通截面填料,并将填料装入旋转填充床中。采用氢氧化钠水溶液-阿司匹林正丁醇溶液的非均相体系,对比研究了不同结构和不同流通截面填料的混合性能,计算确定了混合特征时间。并通过锌离子萃取体系,研究验证超重力技术在液-液非均相体系中的强化作用。主要研究内容如下: （1）进行了恒流通截面旋转填充床液-液非均相混合性能研究,在实验范围内,离集指数随超重力水平的提高而降低,随流量的增大而降低,随流量比的增大而上升。对比不同结构和流通截面积丝网填料的混合性能发现:同心环组装式丝网填料的离集指数低于螺旋缠绕式丝网填料,在一定工况下离集指数最多可降低25.9%;恒流通截面填料的离集指数低于流通截面逐渐增大的填料,其离集指数最多可降低21.3%。在实验研究基础上,建立了离集指数预测模型,预测值与实验值的偏差基本在±20%以内,并建立了总体积传质系数k La的无因次关联式。计算确定了混合特征时间,tm在0.7～4.2 s的范围内。 （2）利用新型恒流通截面旋转填充床进行了水溶液中锌离子萃取性能研究。发现锌离子萃取率随超重力水平的增强而上升,随流量的增大而上升,在萃取剂总量相同时低流量比具有更高的萃取率。实验研究范围内,对比了各填料的萃取性能,同心环组装式丝网填料的萃取性能强于螺旋缠绕型丝网填料,萃取率最多可提升9.34%;相对于流通截面逐渐增大的填料,恒流通截面填料具有更好的萃取性能,萃取率最多可提升15.8%。