【摘要】：廢棄鉆井液中含有大量的重晶石等有用固相顆粒,這些顆粒回收就成為資源,進(jìn)入環(huán)境則造成污染。因此鉆井液中重晶石的分離回收是循環(huán)經(jīng)濟(jì)與節(jié)能減排領(lǐng)域的重要課題。但由于鉆井液泥化現(xiàn)象嚴(yán)重,固含量高、粘度大,傳統(tǒng)工藝及方法回收難度大、效果差。本文提出利用旋流器對重晶石進(jìn)行分選回收的工藝方案,對高濃度工況下顆粒的受力情況進(jìn)行了分析,對固體顆粒在離心力場中的自由沉降和干涉沉降公式進(jìn)行了推導(dǎo),分析了采用旋流器對重晶石進(jìn)行回收的可行性。采用Fluent14.5軟件對旋流器分級分選性能進(jìn)行數(shù)值模擬,選用DDPM模型(Dense Discrete Phase Model)和雷諾應(yīng)力湍流模型,得到了入口速度、溢流口直徑、底流口直徑和物料濃度的變化對旋流器內(nèi)部流場和分離性能的變化規(guī)律,獲取了旋流場中的湍流強(qiáng)度分布規(guī)律和顆粒運(yùn)動軌跡。通過分析鉆井液物料性質(zhì),設(shè)計(jì)并進(jìn)行了單因素與正交試驗(yàn)。通過單因素試驗(yàn)研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)的變化對分股比、底流產(chǎn)率、回收率、重晶石含量等分離性能指標(biāo)的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著給料壓力的增大,底流中重晶石含量提高,回收率增大。溢流口直徑增大,底流產(chǎn)率降低,底流中重晶石含量上升,回收率降低。底流口直徑增大,底流產(chǎn)率提高,重晶石含量下降,重晶石回收率提高。給料濃度增大,底流固相產(chǎn)率略有降低,底流中重晶石含量提高,重晶石回收率下降。通過正交試驗(yàn),以重晶石回收率為指標(biāo),分析了給料壓力、溢流口直徑、底流口直徑、物料濃度對分離性能影響的主次關(guān)系,確定了最佳參數(shù)組合為:進(jìn)料濃度62%,進(jìn)料壓力0.4MPa,底流口直徑5mm,溢流口直徑6mm,此時(shí)底流重晶石含量為71%,底流產(chǎn)率為55%,重晶石回收率為65%。在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,按照4t/h處理量要求,設(shè)計(jì)了中試試驗(yàn)裝置并進(jìn)行了試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果規(guī)律一致。
【學(xué)位授予單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X741
【圖文】：

邐底流逡逑圖２－２旋流器工作原理圖邐圖２－３旋流器內(nèi)部顆粒分布逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋Ｆｉｇ．邋２－３邋Ｔｈｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｐａｒｔｉｃｌｅ邋ｓｉｚｅ邋ｉｎ逡逑ｔｈｅ邋ｈｙｄｒｏｃｙｃｌｏｎｅ逡逑旋流器就是利用物料之間粒徑或密度的差異對非均勻相混合物進(jìn)行分離的逡逑固控設(shè)備，其分離原理如圖２－２和圖２－３所示，當(dāng)物料在一定給料壓力下切向進(jìn)逡逑入旋流器后，會沿壁面作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，在旋流器內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力場，逡逑由于受到離心力的作用，粒徑或密度大的顆粒做向下向外運(yùn)動形成外旋流，由逡逑底流口排出；粒徑或密度較小的顆粒做向上向內(nèi)運(yùn)動形成內(nèi)旋流從溢流口排出，逡逑達(dá)到分離的目的。逡逑２．２．２旋流器中顆粒的受力逡逑旋流器中固體顆粒的受力情況較為復(fù)雜，受到離心力、重力、液相的浮力逡逑和阻力以及顆粒間的相互作用等諸多因素的影響。在體積濃度小于０．５％的情況逡逑下，顆粒之間的相互作用還十分微弱，通過分析純流體相就能對旋流器中的兩逡逑相流動的情況進(jìn)行預(yù)測。隨著固體濃度的不斷增大，顆粒之間的互作用力逐漸逡逑增強(qiáng)

逡逑綜上所述，在忽略Ｍａｇｎｕｓ力和Ｓａｆｆｍａｎ力的情況下，顆粒在旋流器中的受逡逑力分析如下圖２－４所示。逡逑由于顆粒受離心力影響較大，顆粒會向壁面運(yùn)動，在軸向力的作用下進(jìn)入逡逑外旋流做向下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。運(yùn)動過程中顆粒Ａ和顆粒Ｂ經(jīng)過隨機(jī)彌散交換了位置，逡逑顆粒Ａ的速度由ｗ，變?yōu)椋鳎�，顆粒Ｂ的速度由《２變?yōu)�，顆粒的動量和能量發(fā)生逡逑了交換。顆粒Ｃ，和顆粒Ｃ２碰撞產(chǎn)生了摩擦力和碰撞應(yīng)力，顆粒的運(yùn)動形態(tài)發(fā)逡逑生了改變。顆粒Ａｉ與器壁碰撞后，受到壁面的反作用力，向相反的方向運(yùn)動。逡逑１１逡逑

在沉降過程中，沿器壁向下沉降的大固體顆粒在沉降過程中會與以較小速逡逑度沉降的小固體顆粒發(fā)生碰撞，由于碰撞會產(chǎn)生能量交換，大顆粒的沉降速度逡逑減慢，小顆粒的沉降速度會變快，如圖２－５邋（ａ）所示。大顆粒會攜帶被撞上的逡逑小顆粒一起沉降，被側(cè)面碰上的小顆粒在碰撞后又會恢復(fù)以前的運(yùn)動狀態(tài)，見逡逑圖２－５邋（ｂ）。當(dāng)兩個(gè)平行的顆粒在沉降過程中側(cè)面發(fā)生碰撞后，運(yùn)行軌跡會發(fā)逡逑生變化，由于兩個(gè)顆粒間間隙較小導(dǎo)致反向流動的流體速度增大，顆粒的沉降逡逑速度會減小，如圖２－５邋（ｃ）。逡逑１３逡逑

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本文編號：2753431