液-液非均相混合和傳質(zhì),是液液萃取等化工操作的基本過程。多級(jí)液液萃取過程,廣泛采用多級(jí)混合澄清槽為基本設(shè)備類型。在混合澄清槽中,液-液兩相間的分散和凝并決定了萃取級(jí)的效率。本文應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)模擬技術(shù),并耦合群體平衡模型作為研究手段,采用Realizableκ-ε 型作為湍流模型以及Eulerian模型作為多相流模型,群體平衡模型中分別以Luo模型和Turbulent模型作為液滴的破碎模型及聚并模型,采用多重參考系方法處理槳葉區(qū),對(duì)配有大三角型槳和閉式渦輪槳的混合澄清槽進(jìn)行了數(shù)值模擬。在水-煤油體系中,考察了攪拌槳型、攪拌功率等結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)的變化對(duì)油相的分散情況和流場(chǎng)分布的影響。論文主要得到以下結(jié)論:在較低功率水平下,組織實(shí)驗(yàn)研究考察液-液兩相流中分散相滴徑分布,以驗(yàn)證多相流模型和湍流模型的準(zhǔn)確性。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,比較群體平衡模型中Luo破碎模型和Lehr破碎模型的適用性,發(fā)現(xiàn)油滴滴徑分布呈現(xiàn)對(duì)數(shù)正態(tài)分布,并且Luo模型對(duì)油滴破碎預(yù)測(cè)更為準(zhǔn)確。系統(tǒng)考察了不同槳型攪拌操作下混合室中的流場(chǎng)分布和分散相分布特性。研究發(fā)現(xiàn),閉式渦輪槳的抽吸力優(yōu)于大三角型槳,但是大三角型槳的主體循環(huán)流量大,循環(huán)流動(dòng)的分布更加均勻。閉式渦輪槳主要在混合室的中下部形成單一的環(huán)流,徑向擾動(dòng)不足,大三角型槳在混合室的軸向和徑向都有足夠的循環(huán)流場(chǎng),死區(qū)較少。較低功率水平下,兩種槳型的混合室上半部分都有油相滯留,但隨著功率水平的提高,采用大三角型槳時(shí),油相得滯留現(xiàn)象得到明顯改善。在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的模型基礎(chǔ)上,通過模擬計(jì)算,考察了攪拌形式的變化對(duì)混合室內(nèi)液-液分散和分散相滴徑分布的影響。相同的功率水平下,大三角型槳的剪切力較弱,對(duì)應(yīng)的滴徑分布更均勻,而閉式渦輪槳?jiǎng)t形成更細(xì)小的油滴。攪拌槳直徑對(duì)滴徑分布的影響不如功率水平和油相總體積分?jǐn)?shù)影響來得大,但更大槳徑下可以形成更細(xì)小的油滴和更窄的滴徑分布,有利于提高傳質(zhì)效率,產(chǎn)生更好的總體混合效果。在以上工作的基礎(chǔ)上,本文對(duì)進(jìn)入澄清室的油水混合物中油滴的凝并過程進(jìn)行了模擬,考察了進(jìn)料油滴大小和澄清室體積大小對(duì)凝并分層的影響。隨著進(jìn)料中最小油滴滴徑減小,油水兩相分散帶逐漸變寬,分層越來越不明顯,水相出口油相夾帶率也增大,萃取劑損耗增大;充分的停留時(shí)間是澄清分層的基本前提,進(jìn)料中最小滴徑為6μm時(shí),乳化現(xiàn)象嚴(yán)重,需要的澄清室停留時(shí)間大于5.5min。
【學(xué)位單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ021.1
【部分圖文】：

復(fù)力與粘性力作用，相互靠近并發(fā)生液膜接觸；由于恢復(fù)力與粘性力仍大于剪切力，液逡逑滴繼續(xù)靠近，液膜發(fā)生融合，直至聚并成一個(gè)液滴，恢復(fù)力、粘性力與剪切力達(dá)到平衡，逡逑具體過程如圖２．１。逡逑？逡逑＼邋Ｉ邋Ｉ逡逑Ｈ邋－邋？丨？邋－邐—邋Ｃ邋ＣＩ一逡逑子液滴邐未聚并液滴逡逑圖２．１液滴聚并過程逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｆｏｒ邋ｄｒｏｐｌｅｔ邋ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ逡逑對(duì)于攪拌槽內(nèi)液滴滴徑的尺寸大小，Ｔａｙｌ0ｒｌ｜４ｌ認(rèn)為液滴破碎和聚并過程穩(wěn)定后的最逡逑大液滴滴徑可以表示為：逡逑Ｃ＾ｍａｘ邋Ｋ邋Ｏ＇Ａ邐（２＿，）逡逑式中：ｔ為槳葉剪切應(yīng)力分量，ａ為液相界面張力。逡逑對(duì)于揣流流動(dòng)，ＨｉｎｚｅＭｌ研究了在液－液兩相流流體單一的剪切力作用下，分散相液逡逑滴破碎的臨界最小韋伯準(zhǔn)數(shù)：逡逑

許多研究者在基于Ｈｉｎｚｅ－Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ理論進(jìn)行改進(jìn)、比較，不斷優(yōu)化模逡逑型。ＣｈｅｎＺｈｏｎｇ等［１６唯后來根據(jù)Ａｒａｉ提出的Ｖｏｉｇｔ模型與Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ理論相結(jié)合，提逡逑出了新的液滴破碎函數(shù)模型，與Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ破碎模型對(duì)比如圖２．２：逡逑０．９１逡逑，廣、、＇逡逑0－＂？邐／邐、＇邐Ｃｈｅｎ邋ｚｈｏｎｇ逡逑—邋＼逡逑ｉ邐邐逡逑戒邐：邐／邐＼逡逑龍邋ｃ邐＊邐／邐ｖＣｏｕｉａＪｏ＾ｌｏｕ逡逑你邐；邐／邐、、、逡逑0１邋人＾、逡逑Ｑ邋邐ｄ．邐邐ａ邐１邐邐ｉ邐邐邋邐邐逡逑—４６邐￣邋Ａ２邋—邋３Ｋ邐３．２邋一邋２８邐￣邋２４逡逑Ｉｎ邋ｘ逡逑圖２．２破碎模型對(duì)比逡逑Ｆｉｇ．２．２邋Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｏｆ邋ｂｒｅａｋａｇｅ邋ｍｏｄｅｌ逡逑由圖２．２可以看出，根據(jù)ＣｈｅｎＺｈｏｎｇ破碎速率模型隨著分散相液滴滴徑增大，破碎逡逑速率也不斷增大，最后趨于平穩(wěn)；但是，按照Ｃｏｕｌａｌｏｇｌｏｕ破碎速率模型在較大液滴滴逡逑徑時(shí)，隨著液滴滴徑增大，破碎速率減小。Ｃｈｅｎ邋Ｚｈｏｎｇ認(rèn)為Ｃｏｕｌａｌｏｇｌｏｕ破碎速率模型逡逑與實(shí)驗(yàn)情況并不吻合。逡逑Ｗｉｂｉｓｏｎｏ等ｆ｜７Ｈ人為，為了更好地了解氣液兩相流對(duì)膜傳遞過程的強(qiáng)化機(jī)理以及優(yōu)化逡逑兩相流傳質(zhì)強(qiáng)化過程

華東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文逡逑由于不同物質(zhì)的電導(dǎo)率各不同，雙電導(dǎo)電極探針可以根據(jù)電導(dǎo)率的變化進(jìn)行測(cè)速，逡逑這一儀器經(jīng)常用于分散相含率較高以及攪拌混合介質(zhì)不透明的系統(tǒng)。如圖２．３所示雙電逡逑導(dǎo)電極探針結(jié)構(gòu)圖，在使用該技術(shù)過程中，飽和電導(dǎo)溶液將會(huì)加入到混合室內(nèi)攪拌流場(chǎng)逡逑中，隨著時(shí)間變化，探測(cè)和統(tǒng)計(jì)電導(dǎo)率的變化情況，進(jìn)而可以通過計(jì)算電導(dǎo)溶液在流過逡逑兩個(gè)探針的時(shí)間差，來獲得攪拌槽內(nèi)各個(gè)點(diǎn)的流動(dòng)速度大小。通過電導(dǎo)溶液在流過兩個(gè)逡逑探針的時(shí)間差來調(diào)節(jié)電導(dǎo)電極的放置方向，為了保證最小時(shí)間差，必須使流體流動(dòng)方向逡逑與兩個(gè)探針保持水平。逡逑Ｉ．Ｄ．＝０．６邋ｍｍ邐Ｉ．Ｄ．＝０．３ｍｍ逡逑注射器針頭邐注射器針頭逡逑邐逡逑＼邋邋＿邋■邋ＪＳｗｗｗｍ邋—邋？Ｍ—邋—邋Ｍｗｗｉｉｆｅｓ邋■■邐ｗｗｔ８１＾—Ｉ邋Ｈ＝１．１２５邋ｍｍ逡逑Ｉ邋Ｖ邐不鑄鋼管邐ｆ逡逑連接電線邐Ｉ．Ｄ．＝２．０ｍｍ邐／逡逑ｆ邐／？＝０，０５邐／逡逑Ｉ邋ｙ逡逑Ｖ邐Ｊ逡逑ｈ＝０．０２５邋ｍｍ邋／逡逑圖２．３雙電導(dǎo)電極探針結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇ．２．３邋Ｔｈｅ邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｄｕａｌ邋ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ邋ｐｒｏｂｅ逡逑朱峰等［２７］以樹脂和玻璃珠為固相顆粒，實(shí)驗(yàn)考察了對(duì)攪拌槽內(nèi)固－液兩相流條件下逡逑的流場(chǎng)分布特性，主要分析了液相的軸向速度與徑向速度。通過比較發(fā)現(xiàn)，固相顆粒體逡逑積含率相同時(shí)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2813333