本文關鍵詞：旋風筒中磷石膏分布特性的數(shù)值模擬與實驗研究

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【摘要】：磷石膏是濕法磷酸生產(chǎn)過程產(chǎn)生的固體廢渣,露天堆放會給環(huán)境帶來嚴重的污染,并且占用大量土地資源。磷石膏制酸聯(lián)產(chǎn)水泥工藝是磷石膏資源化利用的有效途徑,但傳統(tǒng)工藝過程因傳熱傳質(zhì)效率低導致能耗高而嚴重影響該工藝技術的推廣使用。磷石膏在窯外的旋風筒預熱與分解制酸聯(lián)產(chǎn)水泥新工藝可以顯著提高傳熱傳質(zhì)效率,進而大幅降低過程能耗,旋風筒的作用是利用回轉(zhuǎn)窯出來的高溫尾氣對磷石膏顆粒進行預熱和預分解,同時還要承擔氣固分離任務。磷石膏顆粒在旋風筒中的濃度分布會直接影響其傳熱效率,而旋風筒尺寸和操作條件的不同又會影響磷石膏顆粒在旋風筒中的濃度分布與分離效率。因此,本研究在冷態(tài)實驗裝置上對磷石膏在旋風筒中的濃度分布進行實驗測量,采用Fluent軟件進行數(shù)值模擬,優(yōu)化旋風筒結(jié)構(gòu)尺寸與操作條件,并與實驗結(jié)果進行對比。首先,在冷態(tài)實驗裝置上采用雙層電容層析成像系統(tǒng)測量同時在線測量旋風筒上部入口截面和下部筒體和錐體交界截面旋風筒中的磷石膏顆粒濃度分布,考察風速、固氣比和排料口尺寸對磷石膏濃度分布及分離效率的影響,分析其對氣固接觸面積和產(chǎn)生氣體SO_2濃度影響。結(jié)果表明:磷石膏顆粒在旋風筒中呈環(huán)狀分布,中心顆粒濃度小,筒壁處顆粒濃度最大,直筒段上部截面顆粒濃度大、下部截面顆粒濃度小。風速增大,磷石膏徑向顆粒濃度減小,分離效率呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢,有利于增大氣固接觸面積,改善傳熱,但在磷石膏分解時不利于SO_2濃度提升。固氣比增大,磷石膏徑向顆粒濃度增大,分離效率提高,減少氣固接觸面積對傳熱不利;但在磷石膏分解過程,有利于SO_2濃度提升。旋風筒排料口直徑增大,徑向截面上的顆粒濃度呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,旋風筒分離效率提高,但隨體系的固氣比不同提高的幅度會存在差異,甚至會降低,即不同的固氣比存在不同的適宜排料口直徑。其次,采用FLUNT軟件對冷態(tài)下磷石膏在旋風筒中的濃度分布進行氣固兩相流數(shù)值模擬和優(yōu)化,采取了雷諾應力氣相湍流模型和歐拉—歐拉氣固兩相流模型對磷石膏在旋風筒中的濃度分布進行了模擬,并按照分離效率目標參數(shù)進行優(yōu)化。結(jié)果表明:將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比,計算值與實驗結(jié)果基本一致。在實驗基礎上增大風速,對于分離效率和氣固接觸面積影響較小。固氣比增大分離效率有顯著提高,且顆粒濃度增大,雖然氣固接觸面積會減小,但是磷石膏分解過程SO_2濃度會增加。根據(jù)模擬結(jié)果,得到優(yōu)化結(jié)果為:旋風筒下料口直徑為50 mm,操作風速17 m/s,固氣比2.25 kg/m~3,分離效率為94.2%。
【關鍵詞】：旋風筒 磷石膏 濃度分布 電容層析成像 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：武漢工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ172.44;TQ177.375
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 文獻綜述12-28
• 1.1 引言12
• 1.2 傳統(tǒng)磷石膏制酸聯(lián)產(chǎn)水泥工藝12-16
• 1.2.1 磷石膏產(chǎn)生及危害12-13
• 1.2.2 磷石膏資源化利用途徑13-14
• 1.2.3 傳統(tǒng)磷石膏制酸聯(lián)產(chǎn)水泥工藝14-16
• 1.3 磷石膏窯外預熱與分解磷石膏制酸聯(lián)產(chǎn)水泥新工藝16-18
• 1.4 旋風筒中氣固分離物理模型18-19
• 1.5 氣固兩相流邊界層的流動規(guī)律19-20
• 1.6 旋風筒中固體顆粒濃度分布研究進展20-24
• 1.7 旋風筒中氣固兩相流數(shù)值模擬研究進展24-26
• 1.7.1 氣相流場模擬進展25
• 1.7.2 氣固兩相流模擬進展25-26
• 1.8 本文主要研究目的和意義26-27
• 1.9 研究內(nèi)容27-28
• 第2章 實驗部分28-38
• 2.1 引言28
• 2.2 實驗材料28-29
• 2.3 實驗裝置29-33
• 2.3.1 實驗裝置各部分的說明30-33
• 2.4 實驗條件33-34
• 2.5 實驗方法34-38
• 2.5.1 流量的計算34-35
• 2.5.2 進料口固氣比的計算35
• 2.5.3 物料徑向濃度的計算35
• 2.5.4 分離效率的計算35-38
• 第3章 磷石膏分布特性的實驗研究38-46
• 3.1 引言38
• 3.2 結(jié)果與討論38-43
• 3.2.1 入口風速對旋風筒中磷石膏顆粒濃度分布的影響38-40
• 3.2.2 固氣比對旋風筒中磷石膏顆粒濃度分布的影響40-41
• 3.2.3 排料口直徑對旋風筒中磷石膏顆粒濃度分布的影響41
• 3.2.4 風速與固氣比對分離效率的影響41-42
• 3.2.5 排料口直徑對分離效率的影響42-43
• 3.3 本章小結(jié)43-46
• 第4章 旋風筒中磷石膏顆粒濃度分布的氣固兩相數(shù)值模擬46-58
• 4.1 引言46
• 4.2 數(shù)值模型46-52
• 4.2.1 氣相湍流模型及特點46-48
• 4.2.2 氣固兩相模型及特點48-49
• 4.2.3 數(shù)值求解方法49
• 4.2.4 幾何模型49-50
• 4.2.5 網(wǎng)格的劃分及邊界條件50-52
• 4.3 氣固兩相模擬結(jié)果可靠性驗證52-54
• 4.3.1 顆粒濃度分布可靠性驗證53
• 4.3.2 分離效率可靠性驗證53-54
• 4.4 旋風筒顆粒濃度分布與分離效率模擬結(jié)果分析54-56
• 4.4.1 風速對顆粒濃度分布影響的模擬54-55
• 4.4.2 不同固氣比下濃度分布模擬55-56
• 4.4.3 分離效率的模擬56
• 4.5 本章小結(jié)56-58
• 第5章 結(jié)論58-60
• 參考文獻60-66
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文66-68
• 致謝68

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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本文編號：1091850