混合澄清槽研究进展

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1、·机械与密封·混合澄清槽研究进展邹洋，王运东，费维扬（清华大学化学工程国家重点实验室，北京100084）混合澄清槽是应用最早、使用最广泛的逐级接触式萃取设备，具有级效率高、适应性强、放大简摘要单及操作性强等优点。文章综述了近年来研究者们普遍关注的新型混合澄清槽形式，介绍其工作原理，剖析了不同槽体的优缺点，总结了当前混合澄清槽的三大研究方向分别是高混合效率、低搅拌转速和小占地面积。此外，随着对混合澄清槽的研究不断深入，国内外学者利用先进的技术深入地剖析设备内部的流体力学特性，如桨叶的抽吸效应、分散相液滴直径分布等，文中对此也进行了介

2、绍，提出计算流体力学方法是改进混合澄清槽混合与澄清性能的重要手段。液液萃取；混合澄清槽；流体力学；研究进展关键词中图分类号：TQ051.7；TH13文献标识码：A文章编号：1009-3281（2014）05-0040-007混合澄清槽（或混合澄清器）是最早被人们使用的逐级接触式萃取设备，在每一级设备内不互溶的两种液相都会进行搅拌混合和澄清分相两个过程，从而实现目标溶质在不同液相间的传质与分离。混合澄清槽具有以下特点[1]：（1）级效率高。在每一级设备内，通过调节搅拌和澄清参数，待萃物的萃取效率可达90%以上。（2）适应性强。当物料

3、中目标溶质浓度或相比变化较大时仍可实现设备的稳定操作和高效萃取。（3）放大简单。混合澄清槽的体积可从小逐步放大至立方米级，不同尺寸设备遵循相似放大的原理。（4）可操作性强。当设备内流体发生液泛或乳化等生产事故时，可通过停车静置的方法解决，恢复正常后重新开车即可迅速恢复运行。（5）占地面积大。混合澄清槽通常采用多级串联的方式运行，当物料所需萃取级数较大时，整个萃取工艺的占地面积较大。（6）物料存留量大。在多级串联的运行方式下，需要在开车运行前向槽内加入充足的料液，对于级数较大的萃取工艺过程，设备内存留的料液量巨大，萃取分离企业的一次

4、性投资成本较高。混合澄清槽虽然出现时间较早，但当前其仍然在石油、化工、冶金、核工业等领域具有广泛的应用，是当前使用最普遍的萃取设备。因此，国内外研究者不断致力于开发更高效、节能、简单的混合澄清槽形式，以提高混合澄清槽的综合性能。本文综述了当前研究者们普遍关注的混合澄清槽形式，介绍其工作原理，对其优缺点进行剖析。随着对混合澄清槽研究的不断深入，国内外学者利用先进的手段和技术深入地剖析设备内部的流体力学特性，如桨叶的抽吸效应、分散相液滴直径分布等，本文对此也进行了介绍。1混合澄清槽形式前人在开发新型混合澄清槽方面早已有了很多成绩，本文

5、不再列举那些工艺成熟、应用广泛的混合澄清槽，主要介绍近年来被普遍关注的几种新型设备。1.1MSPI（Mixing-settlerbasedonphaseinversion）混合澄清槽为了减小混合澄清槽占地面积，研究者将占地面积较大的澄清槽放置在混合槽底部的做法并不少见，Hadjiev等[2]提出的反相槽是其中较有特色的一收稿日期：2014-05-26基金项目：国家重点基础研究计划（973）课题资助项目（2012CBA01203）。作者简介：邹洋（1988—），男，江西赣州人，博士研究生。主要从事过程强化研究。2014年10月邹洋，

6、等.混合澄清槽研究进展·41·种，其工艺流程如图1所示[3]。因此其工业应用可行性还需进一步研究。1.2无潜室混合澄清槽搅拌槽的计算流体力学（ComputationalFluidDynamics，CFD）模拟和实验研究表明[5-7]，要达到较好的搅拌混合效果，通常需要设定搅拌桨安装高度与搅拌槽高度比值在0.2~0.5间取值。而常见的箱式混合澄清槽中，搅拌桨一般安装在混合室底部紧挨着潜室出口的位置，搅拌效果较差。箱式混合澄清槽这种结构设计是为了利用搅拌桨的抽吸作用将前后级的油水两相分别吸入混合室中进行搅拌混合，从而提高设备的处理能力

7、。为此，俞志春等[8]提出一种无潜室的混合澄清槽，结构如图3所示。1、2.泵；3.混合室；4.搅拌桨；5、8.阀门；6、9.流量计；7.有机相储槽；10.澄清段；11.多孔板；12.相界面；13.水相储槽图1MSPI混合澄清槽工艺图Fig.1ProcessflowchartofMSPImixer-settler该设备的工作原理是将油水两相通入到顶部的混合室中进行接触传质，充分混合后通过一个多孔板形成大量的混合相液滴并进入澄清段，由于混合相液滴的密度比澄清室顶部的油相密度大，因此会缓慢向下沉降，沉降过程中混合相液滴内的细小油滴逐渐从

8、液滴内部扩散到油相主体，经过充分澄清后液滴中只剩水相，并最后进入到底部的水相中。此外，Hadjiev等[3-4]对MSPI混合澄清槽的工作原理和设备设计也进行了细致的研究，其具体的工作原理图如图2所示[2]。1.澄清室；2.油相堰；3.水相入口；4