Φ38脈沖篩板柱硝酸傳質(zhì)及水力學(xué)性能研究.pdf

1、脈沖篩板柱是化工工藝中最重要的萃取設(shè)備之一,廣泛應(yīng)用于核燃料后處理中。分散相液滴直徑、存留分?jǐn)?shù)和總體積傳質(zhì)系數(shù)是衡量脈沖篩板柱工作性能的關(guān)鍵參數(shù),對脈沖篩板柱的優(yōu)化、放大有直接的影響。本論文研究了脈沖篩板柱的質(zhì)量傳遞性能,對有傳質(zhì)條件下的脈沖篩板柱水力學(xué)性能(分散相液滴直徑和存留分?jǐn)?shù))進(jìn)行了探討,并應(yīng)用CFD(Computational Fluid Dynamics)軟件對脈沖篩板柱的內(nèi)部流場信息作了模擬。
　　實(shí)驗(yàn)所采用柱形為Φ

2、38mm標(biāo)準(zhǔn)脈沖篩板柱,以30％TBP(磷酸三丁酯)/煤油—硝酸—水(硝酸濃度為3mol/L)為研究體系,水作為連續(xù)相、30%TBP/煤油作為分散相、硝酸作為溶質(zhì),萃取傳遞方向?yàn)檫B續(xù)相到分散相。實(shí)驗(yàn)分別采用照相法、體積置換法及穩(wěn)態(tài)濃度剖面法對脈沖篩板柱中分散相液滴直徑、存留分?jǐn)?shù)和總體積傳質(zhì)系數(shù)進(jìn)行測量,具體考察了連續(xù)相表觀流速、分散相表觀流速、脈沖強(qiáng)度、流比及總表觀流速等操作條件對脈沖篩板柱液滴直徑、存留分?jǐn)?shù)和總體積傳質(zhì)系數(shù)的影響。

3、r>　　實(shí)驗(yàn)研究表明:分散相液滴直徑隨著兩相表觀流速、總表觀流速的增大而增大,隨脈沖強(qiáng)度的增大而減小;連續(xù)相表觀流速恒定時,液滴直徑隨流比增大而遞增。分散相存留分?jǐn)?shù)隨兩相表觀流速、總表觀流速和脈沖強(qiáng)度的增大而增大;連續(xù)相表觀流速恒定時,流比增大,存留分?jǐn)?shù)也隨之增加。總體積傳質(zhì)系數(shù)隨脈沖強(qiáng)度的增大而增大;兩相表觀流速增大時,總體積傳質(zhì)系數(shù)先增大,到達(dá)最大值以后,逐漸下降;連續(xù)相表觀流速恒定時,增大流比,總體積傳質(zhì)系數(shù)先增大后減小。此外,分

4、散相液滴直徑呈正態(tài)分布,且不隨操作條件的變化而發(fā)生改變。
　　根據(jù)對脈沖篩板柱中液滴直徑、存留分?jǐn)?shù)和總體積傳質(zhì)系數(shù)影響因素的分析,結(jié)合實(shí)際情況,分別擬合得到了d32和Koxa的關(guān)聯(lián)式:d32=0.0016ux0.97uy1.96(Af)-0.59(ux+uy)-2.79=49.71ux-0.42uy0.52(Af)1.35、Koxa=5.45ux0.51uy0.71(Af)0.07,計算值與實(shí)驗(yàn)值的相對誤差分別為15%、20%、3

5、5%。通過這三個關(guān)聯(lián)式,可以對脈沖篩板柱的水力學(xué)和傳質(zhì)性能作出一定的預(yù)測。
　　與30%TBP(磷酸三丁酯)/煤油—水無傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)體系下的脈沖篩板柱的水力學(xué)性能對比分析發(fā)現(xiàn),無傳質(zhì)條件下的分散相液滴直徑和存留分?jǐn)?shù)均較有傳質(zhì)條件下略高,不能簡單地將無傳質(zhì)條件下的結(jié)論應(yīng)用于有傳質(zhì)條件下的實(shí)驗(yàn)研究工作。
　　CFD模擬發(fā)現(xiàn),兩相流體進(jìn)入萃取柱中,連續(xù)相流速是不斷增大的,分散相流速受脈沖影響開始較快,后逐漸趨于均勻,兩相徑向流速均呈一