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带转动挡板的搅拌萃取塔连续相停留时间分布研究

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高校化学工程学报 2023年第3期37卷 376-382页

作者：袁慎峰邱华锋尹红陈志荣浙江大学化学工程与生物工程学院浙江省化工高效制造技术重点实验室浙江杭州310058

为获取带转动挡板的搅拌萃取塔内部流体流动状况,采用脉冲示踪法对塔内连续相停留时间分布(RTD)进行研究,并结合轴向返混模型得到了连续相的返混系数。结果表明,随着连续相体积流量、总流量或连续相与分散相体积流量比值的增大,连续相RT... 详细信息

为获取带转动挡板的搅拌萃取塔内部流体流动状况,采用脉冲示踪法对塔内连续相停留时间分布(RTD)进行研究,并结合轴向返混模型得到了连续相的返混系数。结果表明,随着连续相体积流量、总流量或连续相与分散相体积流量比值的增大,连续相RTD曲线收窄、峰值明显增大、连续相停留时间和返混系数均减小;改变分散相体积流量,连续相RTD以及返混系数基本不变。此外,改变搅拌转速对连续相RTD影响较小。将返混系数与操作条件和物性参数进行关联,关联式最大偏差为19.8%、平均偏差为7.7%,表明关联式可用于带转动挡板的搅拌萃取塔的连续相轴向返混程度的评估。

关键词：萃取塔停留时间分布轴向返混转动挡板

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萃取塔设备研究和应用的若干新进展

化工学报 2013年第1期64卷 44-51页

作者：费维扬清华大学化学工程系北京100084

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... 详细信息

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。

关键词：溶剂萃取萃取塔脉冲筛板塔两相流体力学返混传质

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带转动挡板的搅拌萃取塔性能研究

带转动挡板的搅拌萃取塔性能研究

作者：邱华锋浙江大学

学位级别：硕士

作为一种重要的分离设备,萃取塔在石油化工等领域应用广泛。Scheibel萃取塔是一种搅拌段与澄清段交替排列的萃取设备,经过多次改进后,塔内返混得到抑制,但通量也明显减少。为此,本文采用固定环以及转动挡板组成的环隙结构替代改进Schei... 详细信息

作为一种重要的分离设备,萃取塔在石油化工等领域应用广泛。Scheibel萃取塔是一种搅拌段与澄清段交替排列的萃取设备,经过多次改进后,塔内返混得到抑制,但通量也明显减少。为此,本文采用固定环以及转动挡板组成的环隙结构替代改进Scheibel萃取塔中的筛板结构,得到带转动挡板的搅拌萃取塔。首先,论文对带转动挡板的搅拌萃取塔结构参数进行了优化,确定了较为合理的结构参数:环隙面积占塔截面积14.7%,环隙位置距离塔中心15mm。在此基础上对该塔操作范围进行了研究,发现采用环隙结构替代筛板结构能明显提升设备通量,但对不同体系提升幅度不同。对于界面张力较低的辛醇-水以及乙酸丁酯-水体系,最大通量增加不到50%,而对于界面张力较大的甲苯-水和正庚烷-水体系,最大通量提升了 1倍以上,最大达到12.8 m3·m-2.h-1,表明物性尤其是界面张力对液泛通量有显著影响。除物性外,两相流量之比也能影响液泛曲线,相比（连续相流量/分散相流量）越大,正常操作区越大,表明分散相液滴能否顺利通过主要是由分散相液滴的数量而不是连续相对分散相液滴的拖曳作用所决定的。其次,论文对带转动挡板的搅拌萃取塔的连续相停留时间分布进行了研究,发现连续相停留时间分布主要是受连续相流量影响,分散相流量的影响可以忽略。转速对停留时间分布的影响较小,返混系数随转速增大而小幅增加。将返混系数与操作参数和体系物性相关联,得到关联式计算的返混系数估算值与实验值的最大偏差为18.8%,平均偏差为7.7%,表明该关联式可用于对该塔返混程度进行初步评估。最后,论文对带转动挡板的搅拌萃取塔的传质性能进行了研究,发现随着总流量、转速以及分散相流量占比增大,萃取效率均有提升,这是因为传质速率增加所导致,表明实验范围内传质性能主要受传质速率影响;对于不同体系,液滴雷诺数存在较大差异时,传质性能也存在明显区别。此外,研究了传质方向和连续相（分散相）的选择对萃取性能的影响,发现改变传质方向或连续相（分散相）会使相界面积和总传质系数变化,从而影响传质速率和传质性能,但在不同体系中相界面积和总传质系数变化的方向和程度不同,需要根据实际情况做出合理选择。

关键词：转动挡板液泛曲线返混系数传质性能萃取塔

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寻找中微子萃取塔磁性液体密封设计

寻找中微子萃取塔磁性液体密封设计

作者：刘丽芬北京交通大学

学位级别：硕士

本论文根据寻找中微子萃取塔密封要求,设计了一款磁性液体密封装置,解决了中微子实验液闪萃取塔的动密封要求满足密封腔内极低放射性物质的难题。本文从设计理论、结构创新设计、磁场仿真及耐压计算、材料制备及处理、密封实验及应用等... 详细信息

本论文根据寻找中微子萃取塔密封要求,设计了一款磁性液体密封装置,解决了中微子实验液闪萃取塔的动密封要求满足密封腔内极低放射性物质的难题。本文从设计理论、结构创新设计、磁场仿真及耐压计算、材料制备及处理、密封实验及应用等方面对寻找中微子实验萃取塔磁性液体密封进行了设计与分析。本文的主要内容如下:(1)推导了寻找中微子萃取塔磁性液体密封的设计理论。对磁性液体密封的质量守恒方程、运动方程和伯努利方程进行推导,以此推导出磁性液体密封的耐压计算公式;对萃取塔磁性液体旋转密封的摩擦力矩进行了理论分析;除此之外,分析了磁性液体的自修复特性。在设计理论上的分析对工程装置高密封性大尺寸磁性液体密封提供了设计思路。(2)对寻找中微子萃取塔磁性液体密封装置进行结构创新设计。针对寻找中微子实验萃取塔密封的高洁净、高温、大尺寸和高密封性能要求,设计了多极靴磁性液体密封结构,保证密封的耐压能力;在磁性液体密封与萃取塔连接处创新设计成双密封圈法兰,中间通氮气保护,防止空气中的放射性物质从法兰连接处进入塔内;为防止轴承磨损颗粒对液闪的污染,在轴承下方设计了磁脂密封;在磁脂密封下方设计有接液盘以防止漏液,在接液盘内放置永磁铁吸引漏液;在外壳和长隔套中设有侧漏接头,以检验磁性液体密封的泄漏率。(3)对设计的密封结构进行磁场有限元分析计算。分别建立了寻找中微子萃取塔磁性液体密封中的磁性液体密封和磁脂密封部分的计算模型,对各组件材料进行了设定,计算了密封结构的磁通密度云图和磁力线分布图,分析设计结构的合理性,通过设置路径得出密封间隙处的磁通密度图,计算了该密封装置的总耐压值。(4)对磁性液体密封进行实验及应用研究。针对寻找中微子萃取塔磁性液体密封实际应用需求,制备了FeO磁性粉体,通过测试对比发现只有纯化的氟醚油才能与寻找中微子液闪兼容,对制备的磁性液体进行纯化后处理;现场参与了密封结构的装配,该密封装置在江门中微子实验站萃取塔中得到了应用,分析了在实际应用中设计的磁性液体密封装置异响的来源,提出了相应的解决方案。

关键词：磁性液体密封中微子萃取塔耐压

高碳醇烃体系界面性质研究与低界面张力体系萃取塔的构建

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高碳醇烃体系界面性质研究与低界面张力体系萃取塔的构建

作者：张英浙江大学

学位级别：硕士

费托合成是煤间接液化技术中一道重要的工序,其产物中包含一定量的高碳醇烃混合物。高碳醇烃沸点相近,工业上使用特殊精馏分离效果差,能耗高。乙醇水混合物被证明可以作为有效萃取剂用于进行萃取分离,得到的高碳醇具有较高的经济价值。... 详细信息

费托合成是煤间接液化技术中一道重要的工序,其产物中包含一定量的高碳醇烃混合物。高碳醇烃沸点相近,工业上使用特殊精馏分离效果差,能耗高。乙醇水混合物被证明可以作为有效萃取剂用于进行萃取分离,得到的高碳醇具有较高的经济价值。。萃取过程中高碳醇-烃-乙醇-水体系界面张力低,分散相液滴呈现难聚并、易乳化的特点,极大地影响了萃取效率。搅拌筛板萃取塔同时具有搅拌段和澄清段,本文拟对其筛板材质进行选择,并对其开孔方式进行设计,促使分散相液滴进行有效的聚并再分散,进而提高其萃取效率。首先,论文测定了不同碳数高碳醇-烃-乙醇-水四元体系的界面张力,从热力学角度对不同体系进行界面张力计算,得到了界面组成,发现高碳醇-烃-乙醇-水四元体系在界面上存在高碳醇和乙醇的富集现象,界面张力计算值与实测值吻合较好,验证了理论计算的可行性,表明该法可用于不同碳数高碳醇-烃-乙醇-水四元体系界面性质的计算和预测。对庚醇-十一烷-乙醇-水四元体系,庚醇浓度增加并没有明显改变两相分配系数,但受极性与非极性基团影响界面处庚醇富集程度增大,乙醇富集程度变化不明显,界面张力减小;溶剂比的减小会导致庚醇两相分配系数的增大,庚醇和乙醇在界面处的富集程度均变化不明显,界面张力减小。不同碳数高碳醇-烃-乙醇-水四元体系的研究结果表明,随着碳数的增加,高碳醇两相分配系数增大,高碳醇和乙醇在界面处的富集程度均减小,界面张力减小。针对低界面张力体系难聚并、易乳化的特点,论文选取癸醇-十四烷-乙醇-水、正丁醇-丁二酸-水和环己烷-异丙醇-水三种低界面张力体系,分别采用聚四氟乙烯、聚氯乙烯、铝板以及304不锈钢作为筛板材料,对筛板浸润性与水力学性能的关系进行研究,发现搅拌段液滴平均直径受筛板浸润性影响较小,澄清段中浸润性好的筛板材料通过聚并得到大液滴所占体积要远大于小液滴所占体积,且浸润性越好,大液滴和小液滴体积比越大;引入材料吸附功概念,关联得到搅拌段和澄清段液滴平均直径经验公式,搅拌段关联式最大相对偏差为-18.05%,澄清段关联式最大相对偏差为19.38%;浸润性较好的材料分散相滞存率均较高,且高转速下能够在一定程度上抑制返混和液沫夹带,但不同浸润性材料的正常操作区间变化不明显。在上述研究基础上,为解决浸润性较好的材料在澄清段存在过多大液滴从而影响传质效果和操作通量的问题,设计出将不同浸润性的材料组合,并将开环与开孔相结合的新型复合环孔筛板。研究发现,最佳复合环孔筛板的结构为:浸润性较好的PTFE材料朝向搅拌段,浸润性较差的304不锈钢材料朝向澄清段,PTFE材料开孔,下筛板304不锈钢材料内圈开环外圈开孔,上筛板304不锈钢材料外圈开环内圈开孔。此时澄清段大液滴数量最少,同时拥有较高聚并效率以及分散相滞存率,传质性能最佳,操作通量也明显提升。进一步研究发现,较佳孔径为3mm,较佳开孔率为10%。

关键词：萃取塔界面张力水力学性能筛板浸润性复合筛板

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搅拌筛板萃取塔液滴直径研究

高校化学工程学报 2021年第6期35卷 986-993页

作者：袁慎峰李志鹏尹红陈志荣浙江大学化学工程与生物工程学院浙江省化工高效制造技术重点实验室浙江杭州310027

为明确搅拌筛板萃取塔的操作性能,在塔内进行了液滴直径实验,平均液滴直径数据利用照相法获取,考察了搅拌转速、两相流速、体系物性、溶质传递等因素对液滴直径的影响。结果表明,增大搅拌转速会减小液滴直径,增大两相流速则会增大液滴直... 详细信息

为明确搅拌筛板萃取塔的操作性能,在塔内进行了液滴直径实验,平均液滴直径数据利用照相法获取,考察了搅拌转速、两相流速、体系物性、溶质传递等因素对液滴直径的影响。结果表明,增大搅拌转速会减小液滴直径,增大两相流速则会增大液滴直径,高界面张力或高黏度体系形成的液滴直径较大,高密度差体系形成的液滴直径则较小。此外,由于有机溶质的存在可降低界面张力,当两相流速改变时,塔内溶质浓度发生改变,因而体系界面张力也发生改变,进一步导致液滴直径发生改变。将实验数据进行了数学关联,关联式的计算值与实验值的平均偏差为5.6%,可为工程设计提供参考。

关键词：溶剂萃取萃取塔两相流平均液滴直径关联式

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应用液滴停留时间模型优化萃取塔设计

化学工程 2006年第11期34卷 1-3,11页

作者：尤学一天津大学环境学院天津300072

很多因素影响着萃取塔的工作效率,其中最为重要的为塔内液滴的空间分布和停留时间。文中基于欧拉-拉格朗日二相流模型,利用CFD技术,模拟了塔内的液滴空间分布和停留时间,提出了萃取塔优化设计和操作的原则。结果显示:在满足萃取塔优化... 详细信息

很多因素影响着萃取塔的工作效率,其中最为重要的为塔内液滴的空间分布和停留时间。文中基于欧拉-拉格朗日二相流模型,利用CFD技术,模拟了塔内的液滴空间分布和停留时间,提出了萃取塔优化设计和操作的原则。结果显示:在满足萃取塔优化设计原则的基础上,通过优化萃取塔设计和操作参数如塔单元高度、叶片转速等,可以有效提高萃取塔的效率。提出的优化方法简单易行,适合实际设计工作。

关键词：萃取塔停留时间优化设计

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气体搅动的筛板萃取塔性能实验研究

化学工程 2007年第11期35卷 1-4页

作者：熊杰明任晓光张丽萍北京石油化工学院化学工程学院北京102617 北京石油化工学院信息工程学院北京102617

在筛板萃取塔中引入气体搅动,既能明显提高装置的传质效率,又能大幅提高装置处理能力。筛板塔的通量随气速的变化规律与填料塔有显著区别,其性能研究有重要意义。利用煤油(苯甲酸)-水-空气体系,考察了气体搅动和筛孔直径对萃取塔流体力... 详细信息

在筛板萃取塔中引入气体搅动,既能明显提高装置的传质效率,又能大幅提高装置处理能力。筛板塔的通量随气速的变化规律与填料塔有显著区别,其性能研究有重要意义。利用煤油(苯甲酸)-水-空气体系,考察了气体搅动和筛孔直径对萃取塔流体力学和传质性能的影响。结果表明,随着表观气速的增加,气含率、分散相含率、液泛速率和传质效率均明显增加。但过高的气速也会导致分散相的过于分散和乳化,传质性能下降,直至液泛。不同直径的筛孔相比,较小的筛孔使分散相停留时间延长,分散相含率和传质效率提高,但液泛速率和处理能力降低。

关键词：萃取塔气体搅动筛板塔孔径性能

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搅拌萃取塔引入气体后滞液率和气含率的研究

高校化学工程学报 1993年第2期7卷 125-130页

作者：谈定生许振良施亚钧华东化工学院

本文在搅拌萃取塔中,对气-液-液三相体系的流体力学进行了研究,讨论了气速与液速对分散相滞液率和气含率的影响,提出了分散相滞液率和表观液速、表观气速及气含率间的关系式。在给定的实验条件下,得到了气含率的关联式。根据实验确定的... 详细信息

本文在搅拌萃取塔中,对气-液-液三相体系的流体力学进行了研究,讨论了气速与液速对分散相滞液率和气含率的影响,提出了分散相滞液率和表观液速、表观气速及气含率间的关系式。在给定的实验条件下,得到了气含率的关联式。根据实验确定的临界转速,将塔的操作区分为区域Ⅰ和区域Ⅱ,从而为工程放大设计提供理论依据。

关键词：萃取塔流体力学滞液率气含率