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液液萃取作为一种可靠、高效的分离技术,广泛应用于石油、化工、食品、医药等行业。液液萃取设备中的筛板萃取塔具有结构简单、制造成本低、处理量大和可处理腐蚀性料液等优点。节能、高效筛板萃取塔的设计一直是萃取领域的一个重大研究课题,其核心问题是如何准确的捕捉塔板间内回流区位置和大小以及筛板间的最大速度从而获得筛板上的液液流型信息。本文采用低雷诺数湍流模型对筛板萃取塔液液流场CFD模拟,并对塔内件进行结构优化,进而指导设计节能、高效筛板萃取塔。主要研究内容和结论如下所述:(1)采用低雷诺数湍流模型对筛板塔萃取过程中连续相进行模拟,并将模拟结果与其PIV(粒子成像测速仪)实验测量结果对比。研究结果表明:低雷诺数湍流模型能够准确捕捉回流区域位置和大小以及筛板间的最大速度,且最大速度相对误差仅有3.8%。(2)基于低雷诺数湍流模型、欧拉-欧拉两相流模型对筛板萃取塔液液流场CFD模拟,模拟计算了在不同分散相流量下筛板萃取塔内分散相存留分数,并将其与Laddha-Degaleesan提出的经验关联式计算的分散相存留分数进行对比,最大偏差在10%以内。(3)针对某石化PTA企业醋酸回收单元中筛板萃取塔萃余相醋酸含量不达标的原因进行分析计算,研究表明筛板下分散相聚并层偏高,导致两相有效传质区域过小,从而影响萃取性能。(4)采用两相流模型对简化后的筛板萃取塔结构进行CFD模拟,分析塔内件结构(板间距、堰高、筛孔直径、降液管等)对液液流型的影响。研究表明:在一定的开孔面积下,分散相聚并层高度均不随筛孔直径的大小和降液管结构的改变而发生明显的变化,但筛板下分散相聚并层高度随板上堰高减小,先减小后增大。当堰高为6mm时,筛板下两相有效传质面积大,且塔内两相液液流型得到了明显的改善。根据模拟结果对该PTA企业实际筛板萃取塔的塔内件进行改造,结果表明改造后萃余相醋酸含量低于0.1%,达到设计要求。