30%tbp-煤油hno3体系在折流板脉冲萃取柱中的水力学性能

'!第!"卷第!期原子能科学技术#$%&!"!’$&!!())*年*月+,$-./0123456/.21/271892/:1$%$45;<%5())*C#R@-$,煤油’47JC体系在折流板脉冲萃取柱中的水力学性能毕!升!景!山!吴秋林!陈!靖"清华大学核能与新能源技术研究院!北京!")(()"$摘要!在2"))--折流板脉冲萃取柱中实验考察了K)e9AFC煤油"-$%-]O’LK体系下的萃取柱操作参数"脉冲振幅(脉冲频率(流速和流比$(结构参数"板间距$对萃取柱水力学性能"液泛通量(液泛存留分数和正常操作时分散相存留分数$的影响&实验研究结果表明’液泛通量随脉冲强度的减小而增大!与流比和板间距无关!研究给出了液泛通量与脉冲强度间的关联式#操作参数和柱结构参数对液泛存留分数的影响均可忽略#正常操作时分散相存留分数与连续相的流速(流比成正比关系!而与脉冲频率无关!并随板间距和脉冲振幅的增大而增加&关键词!折流板脉冲萃取柱#水力学#液泛通量#存留分数中图分类号!9[)(J=K!!!文献标识码!+!!!文章编号!")))CHMK""())*$)!C)!")C)H4=%2+%=/3B5).F6323)*(25.*5).+’C#R@-$,<(2+.(/(-75*25):)5%0+98*5+/5/L5.).3/%L+8!6/8*.$89.(%&H*23)*5+/F+98B/A@6:214!;@’R6:71!‘^[.#+%(:0I%3/+,9,:0!I12+:/5’J+2O%(12)0!!%2F2+:")(()"!;/2+’$:;.*23)*’!9:22UU2/,?$U,:2S<%?287-S%.,<82!S<%?28U32Y<21/5!U%$TV2%$/.,5718U%$T37,.$718,:2S%7,2?S7/.14$1,:2:583$8517-./?/:737/,23.?,./?!?+2%.’8.?/?7188$<4:1<,?S<%?282E,37/,.$1/$%<-1#:583$8517-./?#U%$$8.14,:3$<4:$<,#:$%8"J$K个部相别*-"X4/-gK$)-"F7/?$%-"’/-g"$分组成&萃取柱柱体为玻璃管!折流板的板型及K)e9AFC煤油J()(=)Md")gKM=M>d")gK安装方式示于图((K&折流板脉冲萃取柱结构"=)-$%-]O’LK")">"=)>d")gKM=M>d")gK图"!吹气法实验设备流程示意图D.4&"!6/:2-2$U8.?/?7188$<4:1<,?S<%?282E,37/,.$1/$%<-1"%%%柱体#(%%%上澄清段#K%%%下澄清段#!%%%脉冲腿#>%%%压差传感器#H%%%计算机#*%%%上吹气探头#J%%%下吹气探头#M%%%水相出口流量调节阀#")%%%水相出口流量计#""%%%水相储槽#"(%%%水相进口流量调节阀#"K%%%水相进口流量计#"!%%%截流阀#">%%%水相磁力泵#"H%%%有机相进口流量调节阀#"*%%%有机相进口流量计#"J%%%有机相磁力泵#"M%%%有机相储槽#()%%%压缩空气#("%%%旋转阀#((%%%放空口 !"(原子能科学技术!!第!"卷图(!折流板萃取柱结构参数示意图图!!GT-对WU的影响D.4&(!6/:2-2$U8.?/?7188$<4:1<,?/$%<-1D.4&!!0UU2/,$UGT-$1WU"%%%液泛区#(%%%混合澄清区#K%%%乳化区#!%%%液泛区液泛发生&而当)=))*>--?#GT-#)=)()--?时!液滴分散相对较好!可观察到液泛现象表现为小液滴在柱内形成旋流!堵塞柱内液体流动!WU随GT-的增大而减小&因此!以下的讨论主要集中在)=))*>--?#GT-#)=)()--?范围内!即图!中的阴影部分!在此操作范围内!液图K!折流板示意图滴分布均匀!属于乳化操作区!是折流板操作的D.4&K!6/:2-2$U8.?/?7188$<4:1<,?最佳区域&($流比对液泛通量的影响水力学时的分散相存留分数&液泛特征的判断当$G)="-(/G)=K((,G(Ke时!改变主要通过观察折流板脉冲萃取柱中发生+倒N!得到不同体系和不同N条件下的GT-和WU相,或澄清段内两相界面上升来确定!液泛通量之间的关系"图>$&从图>可看出’当折流板即为此时两相的总流量!而此时的存留分数即脉冲萃取柱结构参数一定时!W随着GT-的增是液泛存留分数#正常水力学的分散相存留分U)**大而减小!且N对WU的影响可忽略&数通过吹气法实时在线测量&试验中的操K$板间距对液泛通量的影响作参数范围为’连续相流速5/G)=))"!("当$G)="-(NG"m"(,G(Ke时!改变)=))*)*--?!振幅GlG)=))>")=)()-!频板间距!折流板脉冲萃取柱W随GT-的变化规U率-G"=))""=H*OQ&律示于图H&由图H可知’/对W的影响可以U忽略&不同流比N条件下的规律相同&?!实验结果与讨论!$液泛通量关联式?M"!液泛通量$’由上述结果可知’WU与N和V无关!是折"$折流板脉冲萃取柱操作特征曲线流板脉冲萃取柱操作参数"GT和-$的函数!对在连续相为K)e9AFC煤油!$G)="-(于K)e9AFC煤油液-硝酸溶液体系!可得到如,G(Ke(/G)=K(和流比NG"m"条件下!下的关联式>-对WU的影响示于图!&在其它操作条件(硝酸溶液为连续相!有’柱结构参数不同的体系中!其规律基本相同&D>"GT-$D"=!H""$WUC"=)R")由图!可看出’在$(,(/(N和连续相一定!!K)e9AFC煤油溶液为连续相!有’的条件下!随着GT-的增大!W先增大后减小&UD>"GT-$D"=H("($WUC"=)R")这是由于当GT-0)=))*>--?时!柱中的两相其中’)=))*>--?#GT-#)=)()--?!)=>#流体因空气脉冲输入的脉冲能量不足(液滴过N#K!)=)(!-#V#)=)!)-&大且易在板上聚集而无法正常逆流!从而导致 第!期!!毕!升等’K)e9AFC煤油-O’LK体系在折流板脉冲萃取柱中的水力学性能!"K将式""$("($计算得到的W与实验所得值U进行比较!结果示于图*&由图*可知’计算值与实验值间的相对偏差在k">e以内&图*!WU!2ES与WU!/7%的比较D.4&*!$-S73.?$1$UWU!2ES718WU!/7%%%%%O’LK溶液连续#&%%%K)e9AFC煤油连续?M?!液泛存留分数图>!N对WU的影响在$G)="-(,G(Ke(NG"m"时!对D.4&>!0UU2/,$UN$1WUK)e9AFC煤油-硝酸溶液体系!改变N和/!得7%%%O’LK溶液#W%%%K)e9AFC煤油到GT-对液泛存留分数的影响的关系曲线2U%%%%NG(m"#&%%%NG"m"#’%%%NG"m(#"图J$&由图J可知’GT-(V和N对液泛存留!%%%NG"m>#1%%%NG"m")分数的影响很小!在实验范围内可忽略!且2U约为!Ke&图J!/对2U的影响D.4&J!0UU2/,$U/$12U7%%%O’LK溶液连续#W%%%K)e9AFC煤油连续%%%%/G)=!)#&%%%/G)=K(#’%%%/G)=(!图H!/对WU的影响?MC!正常操作时分散相存留分数D.4&H!0UU2/,$U/$1WU"$-对2的影响7%%%O’LK溶液#W%%%K)e9AFC煤油在$G)=")-((G(Ke(/G)=!)(GlG%%%%/G)=!)#&%%%/G)=K(#’%%%/G)=(!)=)")-和NG"m"时!不同-条件下2与5/的关系示于图M&由图M可看出’当-改变时! !"!原子能科学技术!!第!"卷不同5下的值几乎重合!即在其它条件一定/2时!-对的影响可以忽略&在本实验所采用2的频率"OQ#-#"=>OQ范围内!所得实验规律相同&图")!5/对2的影响D.4&")!0UU2/,$U5/$127%%%O’LK溶液连续#W%%%K)e9AFC煤油连续图M!-和5/对2的影响D.4&M!0UU2/,$U-7185/$127%%%O’LK溶液连续#W%%%K)e9AFC煤油连续%%%%-G"=)))OQ#&%%%-G"="H*OQ#’%%%-G"=KKKOQ#($5/与2的关系在$G)="-(,G(Ke(/G)=!)(GTG)=)")-和NG"m"的条件下!5/与2的关系示于图")&由图")可知’当其它条件一定及折流板脉冲萃取柱中流体运行稳定时!5与/2满足线性关系!且通过原点&在本实验范围内!规律相同&K$N与2的关系在$G)=")-(,G(Ke(/G)=!)(GTG图""!N对2的影响)=)")-条件下!5/与2-N的关系示于图""&D.4&""!0UU2/,$UN$12由图""可看出’在其它条件一定时!不同流比7%%%硝酸连续#W%%%K)e9AFC煤油连续下的5/与2-N均为通过原点的直线!说明2与%%%%NG(m"#&%%%NG"m"#’%%%NG"m(N呈线性关系!且过原点&改变操作参数和柱结构参数体系!规律不变&由上述结果可知’2与-无关!且与5/和N!$GT和N与2的关系成正比关系!那么!函数2G-"GT!5/!N!V$可 第!期!!毕!升等’K)e9AFC煤油-O’LK体系在折流板脉冲萃取柱中的水力学性能!">转变为’!!!$根据实验结果分别给出了K)e9AFC煤2-5/NCBC-"GT!V$"K$油-硝酸溶液体系在不同连续相时分散相存留其中’B为关于操作参数Gl和结构参数V的分数和液泛通量的经验关联式&函数!单位为?--&这样!对于K)e9AFC煤油-硝酸溶液体系!参考文献!经多元回归后!得到分散相存留分数的经验公)"*!陈靖!吴秋林!徐世平&K)e9_FLC煤油-硝酸体式如下&系在脉冲萃取柱中的水力学特性);*&清华大学学报’自然科学版!()))!!)"H$’M"CM!&硝酸溶液为连续相!有’H"=!()=KK"!$O0’;.14!‘^[.<%.1!P^6:.S.14&O583$C2C*=JR")5/NGTV8517-.//:737/,23.?,./?$UK)e9_FLCa23$?212-!!K)e9_FLC煤油为连续相!有’1.,3./7/.8?$%<,.$1.1S<%?282E,37/,.$1/$%<-1H"=!*>)="J">$2CH=HR")5/NGTV);*&;9?.14:<7^1.V23?.,5’6/.h92/:!()))!其中’)=))*>--?#GT-#)=)()--?#,G!)"H$’M"CM!".1:.12?2$&(Ke#)=>#N#K=)#)=)(!-#V#)=)!)-&)(*!徐世平!傅蓉!陈靖&脉冲萃取柱中正辛醇C硝酸由式"!$和">$计算所得的2值与相同条件体系流体力学性能研究);*&核科学与工程!下实验测量所得2值的比较示于图"(&由图()))!()"!$’KH)CKHH&"(可知’两者间的相对偏差在">e之内&P^6:.S.14!D^_$14!O0’;.14&O583$85C17-.//:737/,23.?,./?$U1C$/,71$%-1.,3./7/.8?$C%<,.$1.1S<%?28/$%<-1);*&:.12?2;$<317%$U’’J*CM*&)!*!+’R0]L#R!RL^_ZL’!]@’0+&6.-*!A+_Z@’CBL_’@0_’!R^@_+^ZF!RL^_C图"(!22ES与2/7%的比较ZL’&]743714.71?.-<%7,.$1?/$1,3.W<,.$1,$D.4&"(!$-S73.?$1$U22ES7182/7%,:2X1$T%2842$U8.?/?7188$<4:1<,?S<%?28?$%CV21,2E,37/,.$1/$%<-1?:583$8517-./?);*&:2-014F3$/2??!())K!!(’>)KC>"H&C!结论)H*!@]L9;D!Z^O+B0;!RL^_ZL’!2,7%&"$液泛通量与流比和板间距无关!且随着6.-<%7,.$1$U7S12<-7,./7%%5S<%?28%.Y<.8C%.Y<.8脉冲强度的增大而减小&2E,37/,.$1/$%<-1);*&:2-014;!"MM)!!>’($2"))--萃取柱中的空隙较大!流体漩"""C"((&涡发展完善!且受浸润性影响减弱!因此!受)**!王悦云!景山!吴伟!等&2>)--折流板脉冲萃2U取柱吹气法测量存留分数);*&化工学报!())>!/和N的影响均不显著!约为!Ke&>H"*$’"(>KC"(>M&K$正常操作时的分散相存留分数与连续‘+’Rc<25<1!;@’R6:71!‘^‘2.!2,7%&相的流速和流比呈正比关系!与脉冲频率无关#Z2,23-.17,.$1$U:$%8)--在实验范围内!分散相存留分数随脉冲振幅和8.?/?7188$<4:1<,?S<%?282E,37/,.$1/$%<-1板间距的增大而增大&);*&;$<317%$U:2-./7%@18!>H"*$’"(>KC"(>M".1:.12?2$&'