Φ38脈沖篩板柱硝酸傳質及水力學性能研究.pdf

1、脈沖篩板柱是化工工藝中最重要的萃取設備之一,廣泛應用于核燃料后處理中。分散相液滴直徑、存留分數(shù)和總體積傳質系數(shù)是衡量脈沖篩板柱工作性能的關鍵參數(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量傳遞性能,對有傳質條件下的脈沖篩板柱水力學性能(分散相液滴直徑和存留分數(shù))進行了探討,并應用CFD(Computational Fluid Dynamics)軟件對脈沖篩板柱的內部流場信息作了模擬。
　　實驗所采用柱形為Φ

2、38mm標準脈沖篩板柱,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,萃取傳遞方向為連續(xù)相到分散相。實驗分別采用照相法、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、存留分數(shù)和總體積傳質系數(shù)進行測量,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、存留分數(shù)和總體積傳質系數(shù)的影響。

3、r>　　實驗研究表明: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。分散相存留分數(shù)隨兩相表觀流速、總表觀流速和脈沖強度的增大而增大;連續(xù)相表觀流速恒定時,流比增大,存留分數(shù)也隨之增加?？傮w積傳質系數(shù)隨脈沖強度的增大而增大;兩相表觀流速增大時,總體積傳質系數(shù)先增大,到達最大值以后,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、存留分數(shù)和總體積傳質系數(shù)影響因素的分析,結合實際情況,分別擬合得到了d32和Koxa的關聯(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,計算值與實驗值的相對誤差分別為15%、20%、3

5、5%。通過這三個關聯(lián)式,可以對脈沖篩板柱的水力學和傳質性能作出一定的預測。
　　與30%TBP(磷酸三丁酯)/煤油—水無傳質實驗體系下的脈沖篩板柱的水力學性能對比分析發(fā)現(xiàn),無傳質條件下的分散相液滴直徑和存留分數(shù)均較有傳質條件下略高,不能簡單地將無傳質條件下的結論應用于有傳質條件下的實驗研究工作。
　　CFD模擬發(fā)現(xiàn),兩相流體進入萃取柱中,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