　　摘　要　在φ120的不鏽鋼填料塔中，以φ16共軛環塔填料為研究對象，分別選用正丁醇-丁二酸-水和30%TBP(磷酸三丁酯)的煤油-醋酸-水2種不同界麵張力的體係進行試驗，測定了該填料在不同兩相流速下的表觀傳質單元高度，和相同條件下測定的同尺寸鮑爾環、拉西環和θ環作了比較，θ環的表觀傳質單元高度(H_oxp)比共軛環小，但共軛環的(H_oxp)分別比鮑爾環小16%，比拉西環小25%.本文對影響傳質性能的因素也進行了分析.
　　關鍵詞　塔填料；傳質性能；傳質單元高度
　　中圖資料分類號　TQ028.32

STUDY ON MASSTRANSFER PERFORMANCE OF EXTRACTION
COLUMN PACKED WITH CONJUGATE RING

HuangHong　Deng Shuhua　YangZhuoru　Chen Huanqin
(Res. Inst. of Chemical Eng., South China Univ. of Tech.,Guangzhou 510640)

　　Abstract　Ina 120mm extraction column, two different extractionsystems, butanol-succinic-water and 30%(TBP) kerosene-aceticacid-water are chosen to examine the mass transfer performanceof φ16 conjugate ring under various continuous phase and disperse phase velocities, and compared with that of same size rashing ring, pall ring and θ ring under the same conditions. Results show that H_oxp (height of mass transfer unit based on plug flow and continuous flow) of conjugate ring is bigger than that of θ ring, but less than that of pall ring and rashing ring at a rate of 16% and 25% respectively. Factors of affecting mass transfer were discussed.
　　Key words　tower packing; mass transfer performance; height of mass transfer unit

　　拉西環、鮑爾環是兩種傳統的塔填料，在精餾、萃取等化工過程中都有應用，θ環是一種傳質效率較高的塔填料，共軛環^［1］填料是華南理工大學研製的一種高效散堆填料，在汽-液傳質過程中它與拉西環、鮑爾環相比，具有通量大、阻力小、傳質效率高等優點，和θ環相比具有阻力小的優點，已在精餾和吸收過程中得到廣泛應用，但在萃取過程中還未得到應用，主要由於缺少液-液傳質過程中的兩相流動和傳質數據.

1.萃取塔； 2. 水相入口； 3. 有機相入口；
4. 水相出口； 5. 有機相出口；
6、7. 泵； 8. 流量計； 9、10. 儲罐
圖1　φ120mm填料萃取塔流程
　Fig.1　Flow chart of φ120mm　packed extractioncolumn

　　本文主要在φ120的不鏽鋼填料塔中，選用兩種不同界麵張力體係對這四種填料的傳質性能進行測試，並對傳質單元高度的影響因素進行了分析.

1　實驗裝置及實驗技術

1.1　實驗裝置與流程
　　圖1為φ120mm萃取塔流程圖.水相用耐腐磁力泵由塔頂入口送入，有機相用離心泵由塔下部進口送入，進出口流量用轉子流量計計量並調節，控製連續相(水相)出口流量以保持相界麵恒定.
1.2　實驗體係與填料特性數據
　　(1)填料特性數據見表1.
　　(2)實驗體係

表1　填料特性數據
Table 1 Characteristic data of towerpackings

填料名稱	比表麵積 a/m^2.m^-3	空隙率 e/m^3.m^-3	堆積密度 ρ/kg^.m^-3
φ16共軛環	313	0.96	340
φ16θ環	488	0.96	300
φ16鮑爾環	364	0.94	380
φ16拉西環	356	0.93	360

　　本文采用了兩種傳質體係，其中水相均為連續相，有機液體作為分散相.
　　體係1：正丁醇-丁二酸-水
　　體係2：30%TBP(磷酸三丁酯)的煤油-醋酸-水
　　體係1為低界麵張力體係，在萃取過程中形成的液滴直徑較小，當用機械攪拌萃取裝置時易於乳化，是歐洲化學工程聯合會推薦的萃取傳質實驗標準體係之一^［2］. 體係2的界麵張力比體係1的大，屬中低界麵張力係，用機械攪拌萃取裝置也易乳化.中低界麵強力體係有一定的工業生產背景，從界麵張力方麵來說和潤滑油糠醛抽提的體係相近，常用作萃取傳質試驗的體係，有利於和其它塔型的傳質試驗進行比較. 體係的物性參數見表2.

表2　體係的物性數據
Table 2　Data of physical properties of thesystems

體　係	ρ_d/kg^.m^-3	ρ_c/kg^.m^-3	μ_d/10^-3kg^.(m^.s)^-1	μ_c/10^-3kg^.(m^.s)^-1	r/10^-3 N^.m^-1	D_d/10^-10 m^2.s^-1	D_c/10^-10 m^2.s^-1
體係1	846	987	3.10	1.20	1.6	2.80	6.8
體係2	829	1035	2.07	0.90	10.8	4.35	10.4

1.3　實驗技術
　　實驗中分散相和連續相中的溶質濃度采用滴定法測定，用酚酞作指示劑. 分別測定兩相的進出口濃度.
　　實驗體係的平衡關係由實驗標定，回歸後得到如下關係式：
　　體係1：

(1)

　　線性相關係數r=0.996.標準方差0.04.
　　體係2：

(2)

　　線性相關係數r=0.998.標準方差0.04.
　　兩條平衡曲線在低濃度範圍內呈良好的線性關係.

2　實驗結果與分析

　　根據實驗中測定的每種填料每種體係的進出口分散相和連續相的濃度，求出表觀傳質單元高度H_oxp^［3］來進行比較.
　　表觀傳質單元高度的計算如圖2：

圖2　柱塞流模型示意圖
Fig.2　Diagram of plug flow model

(3)

N_oxp=hK_oxpa/v_x

(4)

H_oxp=H/N_oxp

(5)

　　邊界條件：

(6)

　　X表示連續相濃度，X^*表示平衡濃度，x_F表示連續相進口濃度，x_R表示連續相出口濃度，y_E表示分散相出口濃度，y_S表示分散相進口濃度．X^*由平衡關係式(1)、(2)求得，可算得H_oxp.圖3、4是四種填料在兩種體係中的傳質單元高度比較結果.

圖3　體係1四種填料表觀傳質單元高度比較
Fig.3　Comparison of height of mass transfer unit (four packings,system 1)

圖4　體係2四種填料表觀傳質單元高度比較
Fig.4　Comparison of height of mass transfer unit (four packings,system 2)

　　從圖中可看出，相同的兩相流速下，共軛環填料的表觀傳質單元高度比θ環稍大，但分別比鮑爾環、拉西環小16%和25%.與鮑爾環和拉西環相比，共軛環填料具有較好性能，其主要原因如下：(1)共軛環的獨特結構集中了環形和鞍形填料的優點，流體在兩相間不易造成屏蔽作用.在萃取塔中促進了兩相界麵的接觸.(2)共軛環填料在堆填時，相互間主要形成點接觸，所以不但單個填料具有均勻性，在全塔中也具有均勻的空隙.使分散相在全塔中具有良好的分布. 塔填料的不均勻分布可能會使局部傳質係數增大，但肯定不足以彌補其它地方的傳質係數的下降.
　　和θ環相比，共軛環的表觀傳質單元高度略大，但共軛環塔填料的阻力遠小於θ環，也小於鮑爾環和拉西環.^［4］
　　從圖中也可以看出，相同填料、相同兩相流速下，體係2的表觀傳質單元高度遠大於體係1，這是由於體係2的界麵張力大於體係1.因為體係2的分散相液滴直徑大於體係1，所以對於低界麵張力體係宜采用填料萃取塔.

3　結　論

　　共軛環填料在萃取塔中具有優良的傳質性能，共軛環填料的表觀傳質單元高度分別比鮑爾環、拉西環小16%和25%.和鮑爾環、拉西環相比，使用共軛環塔填料在萃取過程中將具有廣闊的應用前景.對於低界麵張力體係宜采用填料萃取塔.

符　號　說　明

D—擴散係數，m²/s	v—表觀速度，m/s	K_oxa—基於連續相的“真實”體積傳質係數，1/s
H—無因次填料高度	N_ox—“真實”傳質單元數	K_oxpa—基於連續相的表觀體積傳質係數，1/s
N_oxp—表觀傳質單元數	Pe—Peclect準數	X—平推流下連續相濃度，mol/L
x—真實的連續相濃度，mol/L	y—真實的分散相濃度，mol/L	Y—平推流下分散相濃度，mol/L
ρ—密度，kg/m³	μ—粘度，kg/(m^.s)
下標
c,x—連續相	d,y—分散相	S—溶劑相	R—萃餘相
F—水相進口	E—溶劑相出口	0—塔頂	1—塔底

上一篇：峰穀搭片式波紋填料開發與應用
下一篇：脈衝填料塔研究新進展及其在石油化工中的應用

電話：135-0799-5683 電話：4008-393-899 地址：江西省萍鄉市上栗縣彭高工業園

贛ICP備2023002645號-1

正能量网入口最新,不良正能量网站,黄色网站正能量,黑科技正能量黄片

共軛環填料萃取塔的傳質性能研究