混合澄清槽内离子液体体系的三相流体动力学模拟

作者：汤祺; 鲍迪; 邵少雄; 徐平; 刘联伟; 郑维明^*

来源：化工进展, 2021, 40(10): 5468-5479.

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2020-2216

• 离子液体
• 计算流体力学
• 混合澄清槽
• 搅拌容器
• 多相流

离子液体是近年来被广泛研究的新兴绿色溶剂,其在乏燃料后处理技术中具有潜在的工业应用前景。但由于缺乏对萃取反应器中离子液体流动特性的研究,制约了离子液体萃取体系的实际应用。本文以萃取工艺中广泛应用的混合澄清槽为对象,以去离子水及1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰)亚胺盐([C4mim][NTf2])分别作为水相及有机相,考虑上层空气对流动行为的影响,对其混合室进行计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟,考察不同转速、流比及温度下的有机相分布、压力场、湍动程度等。结果表明,模拟结果较好地符合实验结果,且最大误差小于6.3%;转速能直观地提升混合性能,但当超过500r/min后,继续提高转速将显著增大出口气量,从而可能对澄清室的分相性能提出更高要求;增大流比、升温均能提升350r/min转速下的有机、水相混合能力,升温还有效减小了桨力矩,但当温度超过303K时,继续升温对于桨力矩、有机相速度的改变不明显。因此,实际工艺条件建议结合升温与转速调节,在实现较好混合性能的同时,减少对澄清室分相性能的要求。本文在建立离子液体三相体系数值模拟方法的同时,为混合澄清槽的工况优化提供合理建议,并为离子液体萃取体系的深入研究提供了参考。

• 单位
  石油化工科学研究院; 中国原子能科学研究院