撞击流反应器中液相传质特性的实验研究
撞击流(Impinging Jets)是由Elperin首次提出的一种过程强化方式，通过将两股或多股高速流动的流体沿着同一轴线相向流动并最终在某一区域发生撞击，使得撞击之后高速流体的轴向速度转变为脉动速度，产生出一个湍动非常剧烈的撞击区域。在这个区域内，流场湍流作用明显，强烈的剪切作用将流体微团粉碎的十分微小。这样不仅增大了固定流体体积下流体的接触面积以及传质推动力，改善了流体的混合状态，强化了过程的质量以及热量传递效果;而且减小了生产设备的体积。基于撞击流具有的诸多优点，科研人员对其进行了大量的研究，使得撞击流在许多化工生产过程中得到了研究和应用。使用撞击流技术对有机羧酸的络合萃取过程进行强化是撞击流技术在化工生产领域的应用之一。撞击流过程流场能量大，湍动作用强烈，可以明显地促进流体的混合，弥补了传统萃取操作相间接触面积小，传质系数小、反应时间过长的缺点。 正丁酸（butyric acid）是一种常用化工原料，具有类似于腐败奶油的难闻气味，极低的浓度就会被人类察觉，严重影响环境。丁酸合成工业的废水中含有含量很低的丁酸，如果直接排放这些含有丁酸的废水，既会严重污染环境，又会导致额外的经济损失。因此对这些极稀浓度的丁酸废水进行萃取具有很重要的意义。 本实验在撞击流反应器内以及传统机械搅拌槽内对磷酸三丁酯萃取丁酸过程的萃取性能进行研究，并将二者的结果进行了比较，旨在考察撞击流萃取对快速反应羧酸萃取过程的强化性能。主要从以下方面开展了实验研究: 1、在撞击流反应器中进行实验，考察了丁酸的浓度Caq、TBP的浓度Corg、撞击速度V、撞击区上方空间三、两相的流速比Vorg/Vaq以及管径di对丁酸的萃取率E和质量传递系数KLa的影响。发现丁酸浓度、TBP浓度、撞击速度、两相流速比以及管径大小对萃取过程的效果影响较大，而撞击区上方空间的变化对过程的影响较小，可以忽略。最后，将实验数据进行了拟合，得到了质量传递系数KLa与主要影响因素之间的拟合关系，并具有较好的预测效果。 2、在传统的标准搅拌槽中展开实验，考察了丁酸的浓度Caq、TBP的浓度Corg、萃取时间t、萃取相比P、搅拌桨转速S以及萃取温度T对萃取过程传质性能的影响。发现丁酸的萃取效果受丁酸浓度、TBP浓度、萃取时间、相比、搅拌桨转速变化的影响较大，而对温度的变化不敏感。最后将撞击流反应器的传质效果与搅拌槽进行了对比，发现对于快速反应体系，撞击流反应器的传质效果要略微的优于搅拌槽，对快速络合反应体系的传质效果具有一定的强化作用。
搅拌槽;撞击流反应器;液相传质特性
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
高正明
2015
中文
TQ051.72
80
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）