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本课题对双U型液封的混合澄清萃取塔的流体力学及传质性能做了研究,为其放大和尽快实现工业化提供一定的参考。另外,混合澄清萃取塔作为一种新推出的改进型的分离设备,从实验规模到工业应用仍有许多工作要做,尤其是对其非定态操作的研究迫切性尤为突出。因此,对过程的动态特性研究,即受外界干扰或(和)干预时状态变量随时间以何种规律变化就显得格外具有实际意义。
实验确定了本塔的操作通量上下限,并考察了流比对操作通量的影响。结果表明本塔操作弹性好,能在较宽的流比范围内稳定操作。连续相在萃取塔中的停留时间分布符合多釜串联的返流模型。实验测得各操作条件下的停留时间分布,并通过计算机程序拟合得到相应条件下的模型参数一返流比β,并对各影响因素进行了讨论和总结。
在流体力学基础上进行传质研究,主要是特殊级的级效率及塔效率的测定和研究,并考察搅拌速度、流量等因素对传质效果的影响。
对该塔的动态特性进行理论探索。首先,通过物料衡算推导出该萃取塔的机理模型,即动态特性曲线。采用Matlab语言编程计算在其它条件不变的前提下,阶跃地增加分散相入口浓度或分散相流量时,分散相和连续相出口的相对浓度θ随时间变化的应答曲线,并与实验结果进行比较,结果表明程序计算的理论解(机理模型)与实验点吻合得相当好,完全能够满足工程的自动控制精度要求。经采用不同的简单模型对两相出口浓度的应答曲线回归后,确定分散相进口浓度阶跃变化及分散相流量阶跃变化时,由于考虑了澄清端体积的影响,两相出口浓度的应答曲线均以一阶纯滞后模型拟合,动态特性参数为滞后时间τ和时间常数T;最后,结合数学推导的结果(理论时间常数T)和拟合结果得出了两相动态特性参数与平均停留时间tE,tR,△tE,△tR及塔的体积流量VE,VR之间的关联式,并将简单模型的计算结果与理论输出结果作了比较。