【摘要】：混合澄清槽是溶劑萃取法分離稀土元素的核心裝置。我國(guó)稀土生產(chǎn)企業(yè)使用的混合澄清槽中單級(jí)的澄清室與混合室體積比多在2.5:1以上,由于澄清分離速率與混合萃取速率的不匹配,造成稀土存槽量大、生產(chǎn)效率低,成為稀土工業(yè)中的瓶頸問(wèn)題。目前,針對(duì)萃取槽強(qiáng)化分離方面的研究多是從改變槽結(jié)構(gòu)方面入手,難以突破重力澄清的瓶頸,很難從根本上解決問(wèn)題。因此,本文提出了機(jī)械攪拌破乳的新概念,設(shè)計(jì)制作了新型雙攪拌高效澄清萃取槽,即在至少縮小1倍體積下的澄清室中增加了低速攪拌裝置,以產(chǎn)生的剪切作用加速液滴的運(yùn)動(dòng)及變形,增加液滴碰撞幾率并延長(zhǎng)液滴運(yùn)動(dòng)軌跡使其重新聚合成大液滴,達(dá)到破乳目的,提高油水兩相分離速率。首先,研究了不同取樣位置和攪拌時(shí)間下攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)新型雙攪拌高效澄清萃取槽混合室內(nèi)油水體系的水含量及液滴尺寸分布的影響規(guī)律,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:攪拌轉(zhuǎn)速在100-400r/min時(shí),不同位置處水含量相差較大,且隨時(shí)間的延長(zhǎng),此種現(xiàn)象沒(méi)有改善。攪拌轉(zhuǎn)速在500-800r/min時(shí),不同位置處水含量相差較小,5min時(shí)基本混合均勻。攪拌轉(zhuǎn)速在100-200r/min時(shí),液滴直徑分布于10μm至240μm之間且液滴Sauter平均直徑相差很大。攪拌轉(zhuǎn)速在300-500r/min時(shí),液滴直徑分布逐漸由115μm以下降至70μm以下且Sauter平均直徑也在逐漸降低。攪拌轉(zhuǎn)速大于600r/min時(shí),液滴直徑主要分布于45μm以下,攪拌5min時(shí)液滴Sauter平均直徑小于33μm。其次,創(chuàng)新性采用卡爾·費(fèi)休法和紫外可見(jiàn)光分光光度法考察不同條件下攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)新型雙攪拌高效澄清萃取槽澄清室內(nèi)水油兩相的強(qiáng)化分離效果的影響規(guī)律,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:攪拌有加速分離的作用。攪拌槳距溢流口 15cm,離底高度為7cm或10cm時(shí),油相夾帶最小為1.25%。攪拌槳距溢流口 12.5cm,離底高度7cm時(shí),水相夾帶最小為0.07%。攪拌分離條件下油相夾帶降到1%的時(shí)間比靜置分離條件下的時(shí)間縮短了 0.5min,水相濃度高低對(duì)最終澄清效果影響不大,實(shí)驗(yàn)溫度的升高有利于油水分離。三級(jí)雙攪拌高效澄清萃取槽中,油相夾帶最小值為0.49%。水相夾帶最小值為0.09%。大型三級(jí)雙攪拌高效澄清萃取槽油相夾帶平均值0.62%、水相夾帶平均值0.06%,與傳統(tǒng)混合澄清萃取槽現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的油相夾帶平均值0.85%和水相夾帶平均值0.5%相比分別降低了 30%和 88%。然后,利用因次分析法建立了實(shí)驗(yàn)條件下的液滴Sauter平均直徑d32的準(zhǔn)數(shù)方程:d32=0.0082u0m-0.7969tm-0.1840h-0.0976,經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好;建立了實(shí)驗(yàn)條件下的油相夾帶φ的準(zhǔn)數(shù)方程:經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好。最后,對(duì)新型雙攪拌高效澄清萃取槽和大型三級(jí)雙攪拌高效澄清萃取槽內(nèi)流體的流動(dòng)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:攪拌能加速澄清過(guò)程。澄清室?guī)嚢钑r(shí)水相出口的夾帶降到0.15%左右,并保持平衡。而澄清室無(wú)攪拌時(shí)對(duì)應(yīng)的水相夾帶為5%左右,遠(yuǎn)高于有攪拌時(shí)的值,進(jìn)一步證實(shí)攪拌能強(qiáng)化兩相的分離。攪拌分離的適宜操作條件為攪拌轉(zhuǎn)速10r/min,攪拌槳離底高度10cm,水、油兩相入口流量分別為40L/h和80L/h。放大的三級(jí)澄清萃取槽出口的異相雜質(zhì)含量分析可知,在澄清室內(nèi)增加攪拌裝置能有效提高油水兩相的分離效果。從流場(chǎng)結(jié)果分析可知,混合室250r/min的攪拌作用下,兩相混合充分。澄清室內(nèi)加入攪拌裝置能夠破碎來(lái)自混合室的油水包裹的液滴,并有效抑制出口處回流,加速兩相澄清分離。從功率模擬結(jié)果分析可知,在澄清室內(nèi)加入攪拌裝置所耗費(fèi)的功率相比混合室的攪拌功率可以忽略不計(jì),利于雙攪拌新型萃取槽在工業(yè)上推廣。綜上所述,基于機(jī)械攪拌破乳原理研發(fā)的新型雙攪拌高效澄清萃取槽對(duì)于傳統(tǒng)傳統(tǒng)萃取槽是一種重要探索,對(duì)工業(yè)上設(shè)備的改進(jìn)和放大具有重要的理論和實(shí)際意義。
【圖文】：

１．邋ａｑｕｅｏｕｓ邋ｐｈａｓｅ邋ｔａｎｋ邋２．邋ｏｒｇａｎｉｃ邋ｔａｎｋ邐５．邋ｐｕｍｐｓ邋６．邋ｃｈａｎｎｅｌ邋７．邋ｍｅｍｂｒａｎｅ邋８．邋ｓｅｔｔｌｅｒ邋９．邋ｍｅｍｂｒａｎｅ邋ｍｏｄｕｌｅ逡逑１０．邋ｒａｆｆｉｎａｔｅ邋ｐｈａｓｅ邋１１．邋ｏｒｇａｎｉｃ邋ｐｈａｓｅ逡逑圖１．２實(shí)驗(yàn)裝置示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｓｅｔ－ｕｐ逡逑２00４年，傅愛(ài)華等探討了液－液混合萃取器的研宄動(dòng)態(tài)與發(fā)展方向，開(kāi)發(fā)出一種塔逡逑式混合澄清萃取器。人們考慮將混合澄清萃取器的優(yōu)良性能和塔式萃取設(shè)備的占地面積逡逑少，設(shè)備密封性好等特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，即將多級(jí)混合澄清器垂直放置，形成塔型結(jié)構(gòu)。倡逡逑導(dǎo)的塔式混合澄清器明顯地保留了一般混合澄清器具有的高效率、大通量及操作適應(yīng)性逡逑強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，又能克服其占地面積大的缺點(diǎn)，但如何進(jìn)一步簡(jiǎn)化其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并且能夠方逡逑便地進(jìn)行放大和實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，將是塔式混合澄清器在今后一段時(shí)間內(nèi)主要的研宄方向。逡逑從現(xiàn)有報(bào)道看，除了魯奇（Ｌｕｒｇｉ）塔式混合澄清器己用于工業(yè)生產(chǎn)外，其它尚都停留在實(shí)逡逑驗(yàn)室研宄階段［４（）］。逡逑２００７年，江西理工大學(xué)王春花等設(shè)計(jì)了一種雙混淺層澄清室的混合澄清器，串聯(lián)雙逡逑混合室的設(shè)計(jì)增加了混合相在混合室的自然行程，淺層澄清室的設(shè)計(jì)，使澄清室相比接逡逑近工藝流比

１．邋ａｑｕｅｏｕｓ邋ｐｈａｓｅ邋ｔａｎｋ邋２．邋ｏｒｇａｎｉｃ邋ｔａｎｋ邐５．邋ｐｕｍｐｓ邋６．邋ｃｈａｎｎｅｌ邋７．邋ｍｅｍｂｒａｎｅ邋８．邋ｓｅｔｔｌｅｒ邋９．邋ｍｅｍｂｒａｎｅ邋ｍｏｄｕｌｅ逡逑１０．邋ｒａｆｆｉｎａｔｅ邋ｐｈａｓｅ邋１１．邋ｏｒｇａｎｉｃ邋ｐｈａｓｅ逡逑圖１．２實(shí)驗(yàn)裝置示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｓｅｔ－ｕｐ逡逑２00４年，傅愛(ài)華等探討了液－液混合萃取器的研宄動(dòng)態(tài)與發(fā)展方向，開(kāi)發(fā)出一種塔逡逑式混合澄清萃取器。人們考慮將混合澄清萃取器的優(yōu)良性能和塔式萃取設(shè)備的占地面積逡逑少，設(shè)備密封性好等特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，即將多級(jí)混合澄清器垂直放置，形成塔型結(jié)構(gòu)。倡逡逑導(dǎo)的塔式混合澄清器明顯地保留了一般混合澄清器具有的高效率、大通量及操作適應(yīng)性逡逑強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，又能克服其占地面積大的缺點(diǎn)，但如何進(jìn)一步簡(jiǎn)化其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并且能夠方逡逑便地進(jìn)行放大和實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，將是塔式混合澄清器在今后一段時(shí)間內(nèi)主要的研宄方向。逡逑從現(xiàn)有報(bào)道看，除了魯奇（Ｌｕｒｇｉ）塔式混合澄清器己用于工業(yè)生產(chǎn)外，其它尚都停留在實(shí)逡逑驗(yàn)室研宄階段［４（）］。逡逑２００７年，江西理工大學(xué)王春花等設(shè)計(jì)了一種雙混淺層澄清室的混合澄清器，串聯(lián)雙逡逑混合室的設(shè)計(jì)增加了混合相在混合室的自然行程，淺層澄清室的設(shè)計(jì)，，使澄清室相比接逡逑近工藝流比
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TF845

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本文編號(hào)：2709257