大块液膜膜相溶质积累及传质特性研究

论文摘要

液膜过程将萃取和反萃两个独立的单元操作,通过膜渗透耦合到一个步骤中同时进行,与溶剂萃取相比,膜相中载体不会被物料所饱和,但膜相溶质浓度究竟低于同等条件下的化学平衡浓度至何种程度,尚未见报道。而且,膜相溶质在传质过程初始阶段的积累,与传质速率和稳态通量密切相关,进而对整个传质过程产生较大影响。因此,研究液膜过程膜相溶质浓度的变化规律及其对传质的影响,对深入理解液膜传质机理、完善液膜传质理论具有一定指导性意义。本文选取苯酚（PhOH）磷酸三丁酯（TBP）／正庚烷-NaOH体系进行大块液膜（BLM）传质研究。通过溶剂萃取平衡实验,回归计算得到TBP萃取苯酚、NaOH反萃苯酚-TBP络合物的化学反应平衡常数,由此计算得到不同实验条件下的分配系数。通过扩散传质模型计算了液膜传质中各项分传质系数,由此分析了传质过程中阻力分配情况。并通过类萃取动力学实验,研究了有机相负载苯酚浓度对萃取速率的影响。BLM实验中反萃相循环,料液侧单程和循环操作,由有机相中溶质积累、浓度变化的角度,研究了化学反应、水力学条件、膜相用量、传质面积等因素的影响。结合扩散模型与无量纲传质关联式,考察了膜相水力学条件对边界层分传质系数的影响,由此定量化了膜相搅拌强度对膜相溶质积累与BLM传质的影响。建立了反应动力学模型及扩散传质模型,结合不同膜相用量的实验结果,说明膜相平衡溶质浓度Cm,eq与液膜相用量Vm无关,与萃取侧传质速率const成正比,与反萃侧表观速率常数Ks成反比；液膜过程到达稳态的时间teq随Vm的减少与传质面积的增加而不断减小,过程更趋近于平衡。当载体浓度较大时,稳态时间与料液浓度及水力学条件均无关。此结论可外推到其他不同构型的液膜过程中,具有一定的普适性意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 液膜技术简介
• 1.2.1 液膜体系传质机理
• 1.2.2 液膜构型特点
• 1.3 膜相溶质积累与液膜传质理论数学模型
• 1.3.1 非平衡传质特性
• 1.3.2 液膜传质理论
• 1.4 液膜传质影响因素
• 1.4.1 液膜相溶质积累与传质速率
• 1.4.2 溶质积累影响因素
• 1.5 本文主要研究内容及意义
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验试剂及仪器
• 2.2 实验内容及流程
• 2.2.1 溶剂萃取
• 2.2.2 BLM实验
• 2.3 样品分析
• 2.3.1 水溶液样品
• 2.3.2 有机溶液样品
• 2.4 数据处理
• 第三章 理论部分
• 3.1 串联反应动力学模型
• 3.1.1 双循环BLM过程
• 3.1.2 料液单程BLM过程
• 3.2 扩散传质模型
• 3.2.1 双循环BLM过程
• 3.2.2 料液单程BLM过程
• 3.3 本章小结
• 第四章 结果与讨论
• 4.1 溶剂萃取
• 4.1.1 平衡溶剂萃取
• 4.1.2 膜相负载苯酚浓度对萃取速率的影响
• 4.2 BLM膜相溶质积累影响因素
• 4.2.1 料液pH值、反萃相NaOH浓度
• 4.2.2 载体浓度
• 4.2.3 料液、反萃侧水力学条件
• 4.2.4 膜相搅拌
• 4.2.5 液膜相体积
• 4.2.6 传质面积及膜相预饱和的影响
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表学术论文
• 作者和导师简介
• 附件