逆流流化溶剂萃取法修复高浓度石油污染土壤的研究

摘要

溶剂萃取法是一种分离并收集土壤中污染物的异位修复方法，它是一种用溶剂将有机或无机污染物从土壤、垃圾、沉积物、泥浆或水中去除的方法。本文以高浓度石油污染土壤为修复对象，搭建起一套液-固连续逆流流化萃取装置，用实验和数值模拟的方法，从逆流流化过程的流体力学和传质影响因素等方面对溶剂萃取修复石油污染土壤的过程进行了系统的研究。
　　本文分别对三种窄粒径分布的固体球形颗粒在萃取装置中进行了液-固逆向流动的流体力学实验。主要测定了逆流萃取塔不同高度处的固体滞留分率并考察其与液、固两相流率的关系。研究发现，自由操作下固体滞留分率随两相流率的增加而增大；相同操作参数下，粒径越小的固体颗粒滞留分率也越大；对于一定的固相流率，随着液相流率的增大在接近塔顶的部分出现自下而上的滞留分率梯度，也就是“倒压差”。
　　为了对实验现象进行更加深入的研究，本文从CFD的角度出发，建立了逆流萃取塔中颗粒与流体两相流动的数学模型。并采用CFD商业软件FLUENT对萃取塔中液-固逆流流化过程进行了数值模拟。通过数值模拟发现，正常操作条件下，无论操作参数如何，对于一定粒径的固体颗粒而言，滑移速度U sup与滞留分率^存在一一对应的关系。这种关系可以表述为无因次滑移速度U sUp/Ut对滞留分率^的函数f(￠)。模拟结果显示，该函数具有分式幂函数的形式。此外，颗粒速度Up也遵循一定的规律，正常操作下的点（￠, Up)均落在U-0图的一个“三角形”区域内，落在该区域外的点即为液泛点。这个“三角形”区域为逆流流化过程的可操作区。
　　另外，本文还对设有扩张塔头的萃取塔中的逆流流化过程进行了数值模拟，结果显示：在萃取塔顶部增设扩张塔头可以增大逆流流化过程的可操作区，起到“防止液泛”的作用。
　　最后，本文通过小型搅拌实验对石油污染土壤的溶剂萃取过程进行了研究。通过溶剂筛选实验，选定萃取剂为混合溶剂TU-A;由脱附平衡实验确定萃取过程符合Henry或 Langmuir等温吸附平衡模型。此外，本文还对影响脱油率的一些重要参数如操作温度、土壤含水率、萃取液-固比、萃取时间等进行了考察。

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前言

第一章文献综述

1.1 土壤修复方法概况

1 .2溶剂萃取法在土壤修复中的应用与研究进展

1 .3液-固多颗粒系统的流态化研究进展

1 .4多颗粒系统模型在广义流态中的应用及研究进展

1 .5计算流体力学(CFD)数值方法模拟液-固体两相流的进展

1 .6液-固两相传质研究进展

1 .7本文的主要研究内容

1 .8创新点

第二章石油污染土壤溶剂萃取理论模型的建立

2 .1颗粒及颗粒床层特性

2 .2流态化的基本描述

2 .3流态化与沉降的流体力学特征

2 .4广义流态化基本理论模型的建立

2.5基于CFD的数值模型的建立

2 .6颗粒与流体间传质模型建立

2 .7本章小结

第三章实验装置的建立与测试方法

3.1 土壤含油率的测定方法

3 .2含油土壤的预处理和性质测定

3 .3逆流萃取装置的建立及实验方法

3 .4本章小结

第四章逆流萃取过程的流体力学实验研究

4 .1流体力学实验的准备工作

4 .2自由系统的流体力学实验

4 .3限制性系统的流体力学实验

4 .4本章小结

第 五 章 逆 流 流 化 的 数 值 模 拟

5 .1逆流流化达到稳定的判据

5 .2逆流流化的流场

5 .3逆流流化的数值实验

5 .4本章小结

第 六 草 石 油 污 染 土 壌 溶 剂 萃 取 传 质 过 程 的 研 究

6 .1石油污染物溶剂萃取的实验研究

6 .2石油污染物脱附机理的研究

6 .3搅拌萃取的总传质系数

6 .4本章小结

第 七 章 结论和建 议

参考文献

发表论文和参加科 研情况 说明

致谢