气体搅动的筛板萃取塔性能实验研究

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。     

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。     

气-液-液萃取传质效率的研究

在液-液萃取过程中,提高分散相的表面更新速率可有效提高萃取的传质效率.研究发现,在萃取过程中使用气体搅拌可以增加液液之间的接触面积,促进液相内的湍动和循环.据此,本文在气-液-液萃取条件下对不同填料的传质性能进行了测定.实验表明,通入气相后分散相液滴呈现稳定的“油包气”空心状态,这种结构大大降低了分散相液滴的传质层厚度,减小了传质距离,极大地强化传质效率.在适宜气速下,气-液-液萃取效率较传统萃取效率提高20％～40％.通过与散装填料对比,发现规整填料更利于强化萃取效果,传质效率提高约50％.     

脉冲填料萃取塔性能强化的研究

针对己内酰胺等工业装置脉冲填料萃取塔扩能改造的迫切要求,在(φ)100mm的实验塔中用四种体系研究了填料类型、脉冲强度、体系物性和操作条件等对脉冲填料萃取塔流体力学和传质性能的影响.实验结果表明,QH-1型扁环填料的处理能力和传质效率明显高于拉西环填料.脉冲强度对塔内分散相的液滴平均直径、存留分数和塔性能具有重要影响.因此,填料的选型和脉冲强度的调优是脉冲填料萃取塔强化的关键因素.     

气-液-液萃取的流体力学研究

在液-液萃取过程中,提高分散相的表面更新速率可有效提高萃取的传质效率。研究发现,在萃取过程中使用气体搅拌可以增加液液之间的接触面积,促进液相内的湍动和循环。本文研究了气-液-液三相下油滴的流动形态,并对不同填料的流体力学性能进行了测定。实验结果表明,气相速度的增加可导致气含率、液含率的增加,从而提高分散相在填料萃取塔中的停留时间,在一定的速度范围内明显降低萃取的表观传质单元高度,极大地强化传质效果。通过与散装填料对比,发现规整填料更利于强化萃取效果,其液泛速度平均增加25%。     

丝网波纹填料塔液泛水力学特征

在炼油、石油化工、精细化厂、食品及医药等部门,塔器均属量大面广的重要单元设备,其投资-般占投资总额的20%左右,有些甚至高达50%,塔器广泛应用于蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作中。因此塔器的研究一直受到国内外学者普遍关注。由于规整填料塔具有效率高、压降低、放大效应不明显等优点,使其应用越来越广泛^[1-2]。同时填料塔也是过程工业中能量消耗最大的单元操作之一。在设计填料塔时,一般按液泛气速的60%~70%确定载点气速,按液泛气速的50%~60%确定操作气速。尤其在工业实际应用中,大部分操作都是依据长期积累的操作经验使填料塔工作在所谓的"最优化"操作状态,因此填料塔的操作状态都比较保守,目的都是为了避免塔器在长周期运行过程中发生液泛而停产,给企业带来经济损失。液泛现象一直以来都是制约填料塔设计和提高填料塔能量利用率的瓶颈问题,所以关于预测控制填料塔液泛性能的研究是填料塔优化节能研究的关键^[3-4]。只要能对填料塔的操作状态进行实时监控,根据填料塔工作监控的特征参数,可以实时和及时地调整填料塔的操作性能,从而避免填料塔发生液泛,同时根据工艺和生产的需要实时改变填料塔的操作性能,使得填料塔工作在最优化的状态,也符合节能减排的目的。有关填料塔液泛水力学方面的研究已经有很长一段时间。早期的很多研究者都是从散堆填料的研究推广到规整填料的研究,Sherwood等^[5-6]在测定填料塔水力学压降实验的基础上,讨论了填料塔的载液和液泛现象,并提出了压降通用关联图(GDPC)。Eckert等^[7-9]得到了不同填料类型填料塔水力学压降液泛曲线图。Kuzniewska-Lach^[10]以量纲1方法对填料塔流体物性和填料几何参数进行了分析,提出了基于填料类型的泛点预测。Ondracek等^[11]通过填料塔气体或液体入口速度周期性波动操作,进行了液泛滞后效应的实验研究,对工业塔操作更接近液泛点有一定的指导作用。根据上面的这些研究,分析预测填料塔液泛特征的规律,需要从不同方面进行深入的研究。本文以空气和水为实验介质,研究了规整填料塔在各个操作阶段的水力学特征及区别,得到了填料塔液泛水力学压降离散特征分布规律和压降频率分布规律,为预测控制填料塔液泛现象提供了指导。     

超临界流体萃取塔的应用设计及理论研究

设计了超临界流体萃取塔系统，并对其流体力学特性和传质性能进行了研究，为工业设计提供了理论依据。在连续逆流操作的超临界填料萃取塔、筛板萃取塔和喷淋萃取塔中，应用超临界二氧化碳-异丙醇-水、超临界二氧化碳-乙醇-水两种实验体系对流体力学模型和传质模型进行了实验验证，计算结果与实验数据符合较好。     

导向格栅规整填料萃取塔的操作性能

对一种新开发的导向格栅规整填料萃取塔的水力学特性和传质性能进行了系统的实验研究。结果表明,新型导向格栅填料萃取塔的通量比传统萃取塔有了大幅度的提高,当流速比L_R(分散相:连续相)为1:5时,液泛通量达到150 m³·m^-2·h^-1。该填料萃取塔同时具有较好的传质性能,在石油炼制溶剂脱沥青、煤化工废水萃取脱酚等工业过程有良好的应用前景。     

超临界流体填料萃取塔流体力学和传质性能(Ⅱ) 传质性能

根据双膜理论,建立了超临界流体填料萃取塔液相总体积传质系数关联式;依据柱塞流模型,应用超临界二氧化碳-异丙醇-水和超临界二氧化碳-乙醇-水2种实验体系在内径为25mm的塔内对金属板波和金属丝网θ环2种填料的传质性能进行了模拟计算。结果表明,本文提出的传质数学模型能较好地描述超临界流体填料萃取塔的传质性能。     

金属矩鞍环填料的流体力学与传质性能的研究

在TDBY-300多功能填料塔实验装置中,以空气-氨气-水为物系,对金属矩鞍环填料的流体力学与传质性能进行了研究,获得了该填料的几何特性参数和P/Z～Fv、H0～Fv、Hoc～G、HETP～G及KGa～G等关系曲线.结果表明,该填料具有压降适中、通量高、气液分布均匀及传质性能稳定等优点,比较适用于清洁、碱腐蚀性流体的气-液吸收、精馏和萃取等传质分离工业过程.     

Effect of system properties on the performance of Liquid—Liquid extraction columns—II: Oldshue—Rushton column

Mean drop size, fractional hold-up of dispersed phase and axial mixing characteristics have been determined in a 72 mm diameter mechanically agitated extraction column of Oldshue—Rushton type, using the two liquid—liquid mass transfer systems, toluene—acetone—water and MIBK-acetic acid—water. As for normal conditions of packed column operation described in Part I, solute presence and the direction of mass transfer has a significant effect on mean drop size, fractional hold-up and to a lesser extent, axial mixing in the dispersed phase. Probably the most dramatic effect however is the manner in which solute transfer affects dispersed phase behaviour. Highly coalescing conditions with transfer from the dispersed to the continuous phase can make the column practically unoperable. As for the packed column, axial mixing in the continuous phase is unaffected except in so far as solute presence and direction of mass transfer affect the hold-up of dispersed phase.     

Enzyme mass transfer coefficient in aqueous two phase system using a packed extraction column

Fractional dispersed phase hold-up and dispersed side mass transfer coefficients for amyloglucosidase were measured in a 56 mm i.d. packed extraction column using a sodium sulphate-polyethylene glycol 4000 system. Raschig rings (3 to 13.3 mm), Berl saddles (12 mm), Pall rings (12.6 mm), glass spheres (5.2 mm) and structured wire gauze were used as packings. The effect of packing size was investigated in the case of ceramic Raschig rings. The effect of phase composition of the aqueous phase system also was studied. Correlations have been developed for fractional dispersed phase hold-up and volumetric mass transfer coefficient with packing voidage, dry surface area of packings, superficial dispersed phase velocity and the liquid phase physical properties.     

Effects of Gas‐Agitation and Packing on Hydrodynamics and Mass Transfer of Extraction Column

The effects of gas‐agitation and packing on hydrodynamics and mass transfer were investigated through experiments with air‐kerosene (benzoic acid)‐water system and corrugated‐packing of calendering plate with hole. The holdup of gas, holdup of dispersed liquid phase and mass transfer coefficient increase and the flooding velocity decrease with the increase in superficial gas velocity. Over‐agitation of gas causes over‐dispersion and emulsification of dispersed liquid phase, reduction of mass transfer performance and even flooding. The mass transfer performance of a packed column is far better than that of an unpacked column.     

填料萃取塔的研究现状及进展

综述了填料萃取塔的特点、国内外对填料萃取塔中填料的选择与开发并且详述了部分填料的工业应用,同时详细阐述了研究者使用不同的理论模型和方法对填料萃取塔的传质特性和流体动力学特性的研究。其中研究方法包括实验方法、经验公式方法及模拟方法。通过实验,能获得准确的液滴直径、分散相体积分数、液泛速度与滑移速度等数据,再通过计算机模拟则能获得详细的流场、温度场、浓度场等微观信息。可以预见,实验方法、经验公式、计算机模拟的有机结合将成为解决填料萃取塔传质和流体动力学问题的有效手段。     

Investigation of hydrodynamic and mass transfer of mercaptan extraction in pulsed and non-pulsed packed columns

We investigated the hydrodynamic behavior and mass transfer characteristics of a pilot-scale conventional packed bed extraction column of mercaptan removal from liquid propane. The extraction column was filled with pall rings structured packing where mercaptan was extracted from the continuous phase to the dispersed phase, accompanied by a chemical reaction in propane-mercaptan-caustic system. The pulsing was introduced into the column to enhance the mass transfer rate. Hydrodynamic parameters such as hold up, flooding velocity and mean drop size were studied together with the effect of chemical reaction on increasing mass transfer performance. Finally, the mass transfer and axial mixing coefficients were obtained from the optimization of data by ADM. It was found that at the pulsation intensity from 0.003 to 0.007 m/s, the maximum mass transfer and minimum axial mixing occurred and it can be concluded that pulsation improves the efficiency of mass transfer just at low intensities.     

新型脉冲萃取塔存留分数与特性速度

为测试锥形穿流塔板的性能,在内径为75mm的脉冲萃取塔中,以煤油-水和10%磷酸三丁酯/煤油-水为实验体系,在无传质条件下,研究脉冲强度与两相表观流速对分散相存留分数和特性速度的影响。结果表明,在实验范围内,存留分数与分散相流速近似成正比,与连续相流速无关。而随着脉冲强度的增大,存留分数先减小,当脉冲强度达到临界值(Af)_t后,存留分数迅速增大。将此临界值与脉冲筛板塔临界值进行对比,两种体系分别减小约9.7%和41.4%,此外,特性速度随着脉冲强度的增大而减小,且界面张力较低的体系减小幅度更大。在实验结果分析的基础上,利用量纲分析方法得到了存留分数与特性速度的工程经验关联式,预测值与实验值符合较好,相对误差均小于20%,可以应用于脉冲萃取塔的设计计算。