發(fā)布時間：2020-07-15 03:02

【摘要】：機械攪拌反應(yīng)釜是濕法冶金中廣泛應(yīng)用的一種浸出設(shè)備。在工業(yè)生產(chǎn)過程中,大型攪拌釜內(nèi)仍然存在速度和濃度分布不均勻、釜底部分區(qū)域固相沉積較多等問題,導(dǎo)致固液混合效果差,有價元素浸出率低,給生產(chǎn)帶來不利影響。而且由于攪拌釜浸出過程的封閉性,僅依靠經(jīng)驗和有限的測試手段很難了解其中液相流動和固相分布的規(guī)律,因此采用Fluent軟件對攪拌釜內(nèi)固液兩相流進行數(shù)值模擬,為浸出設(shè)備和工藝參數(shù)的優(yōu)化提供一定的指導(dǎo)作用。論文針對釩鈦磁鐵礦濕法提釩新工藝,以實驗室用浸釩攪拌反應(yīng)釜為研究對象,采用流體力學(xué)軟件Fluent,建立釜內(nèi)固液兩相數(shù)學(xué)模型,研究攪拌速度、槳葉離底高度、雙層槳間距、帶孔擋板、顆粒直徑、顆粒密度、流體黏度以及固相體積分?jǐn)?shù)等參數(shù)對釜內(nèi)流場分布的影響,論文的主要研究成果如下:(1)攪拌槳轉(zhuǎn)速的增大,釜內(nèi)液相流速越來越大,越有利于釜內(nèi)的固液混合,但是達到一定轉(zhuǎn)速后,釜內(nèi)流場分布幾乎不變,轉(zhuǎn)速的增大對于整體的速度分布并沒有很實際的作用,而且槳葉下死區(qū)仍然存在,另外轉(zhuǎn)速的增加會增大攪拌機的功率,因此在攪拌過程中,應(yīng)該選擇最恰當(dāng)?shù)臄嚢杷俣?不僅能夠滿足固液混合的效果,又能夠節(jié)約成本。用固相體積分?jǐn)?shù)的最大值來作為固相顆粒完全離底懸浮的依據(jù),從模擬結(jié)果中估算出臨界懸浮轉(zhuǎn)速Njs=425r/min。(2)隨著槳葉安裝高度的降低,攪拌槳下部死區(qū)越來越小,底部固相顆粒更易分散于溶液中,但對于固液攪拌釜來說,槳葉安裝太低,底部固相顆粒的沖擊和磨蝕作用將對槳葉造成較大的影響,綜合考慮槳葉不同離底高度對釜內(nèi)液相速度場和固相濃度分布的影響,離底高度L=0.4D1對于釜內(nèi)固液的混合效果最好。(3)當(dāng)層間距S大于0.5D時,兩槳葉之間將形成四個各自獨立的循環(huán)區(qū)域,槳葉間的相互作用很弱,釜內(nèi)出現(xiàn)明顯的分區(qū)現(xiàn)象;層間距S從0.3D增加到0.9D過程中,S=0.5D時,整個釜內(nèi)固相濃度分布最均勻,綜合考慮雙層槳間距對釜內(nèi)速度矢量圖和固相濃度分布的影響,層間距S=0.5D對于釜內(nèi)固液的混合效果最好。(4)在攪拌釜內(nèi)安裝帶孔擋板,可以在攪拌釜內(nèi)形成復(fù)雜的流場,消除漩渦,使體系的軸向速度得到了顯著提升,流場內(nèi)的圓周切向運動得到了一定的抑制,釜內(nèi)固液的混合效果也得到加強。(5)顆粒直徑和密度的減小有利于釜內(nèi)液相速度的增大和固相分布的均勻,但現(xiàn)實中顆粒直徑越小,越需要花費更多的人力、物力,綜合考慮,顆粒直徑為75μm對于釜內(nèi)固液的混合效果最好。(6)流體黏度和固相體積分?jǐn)?shù)的減小有利于釜內(nèi)液相速度的增大,但是黏度的減小不利于固相分布的均勻,綜合考慮,流體黏度為0.005Pa·s對于釜內(nèi)固液的混合效果最好。(7)通過模擬計算,得出不同顆粒直徑、密度、流體黏度以及固相體積分?jǐn)?shù)所對應(yīng)的臨界懸浮轉(zhuǎn)速,并對數(shù)據(jù)進行回歸分析,得到Njs與顆粒直徑dp、固液密度差(ρs-ρl)、流體黏度η刀、固相體積分?jǐn)?shù)αs之間的關(guān)系式為:(?)該關(guān)系式與Zwietering經(jīng)驗關(guān)系式(?)接近,具有可靠性、準(zhǔn)確性,能夠在不同工況下對臨界懸浮轉(zhuǎn)速進行比較合理的預(yù)測。
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TF841.3
【圖文】：

２．１．１浸出反應(yīng)過程分析逡逑釩鈦磁鐵礦浸出釩的整個過程是在固液界面進行的多相化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)過程可以逡逑用未反應(yīng)收縮核模型描述［１５］，如圖２．１所示，大體上可分為以下幾個步驟：逡逑（１）

攪拌設(shè)備內(nèi)的流型主要由下列因素決定：攪拌方式、攪拌器結(jié)構(gòu)、擋板等的幾何特逡逑征；流體性質(zhì)以及轉(zhuǎn)速等。在一般情況下，攪拌軸安裝在攪拌器中心位置時，攪拌釜內(nèi)逡逑將產(chǎn)生軸向流、徑向流和切向流三種基本流型［１８］，三種流型如圖２．２所示。逡逑？邋Ｉ逡逑７＼ｉ邋ｎ邋ｎｎ邋－（￥）■■逡逑（ａ）軸向流邐（ｂ）徑向流邐（ｃ）切向流逡逑圖２．２攪拌梢內(nèi)流體流動狀態(tài)逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｆｌｕｉｄ邋ｆｌｏｗ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｓｔｉｒｒｅｄ邋ｔａｎｋ逡逑切向流：即流體打旋，出現(xiàn)這種流型時，流體主要從漿葉排向周圍，沿著釜壁運動，逡逑垂直方向的流體混合效果很差；軸向流：流體流動方向與攪拌軸平行，流體由槳葉推動逡逑向下流動，到達容器底部后再轉(zhuǎn)為向上流動，形成上下循環(huán)流。徑向流：流體沿徑向流逡逑動，流動方向垂直于攪拌軸，到達容器壁面之后分成二股，分別向上和向下流動，到達逡逑頂部或底部之后再反向流向葉端，形成不穿過葉片的上、下兩個循環(huán)流動，而且通常情逡逑況下，以上三種流型可能同時存在。在攪拌混合過程中，軸向流和徑向流起主要作用，逡逑而切向流通常對混合產(chǎn)生不利影響，應(yīng)加以抑制，可通過增加擋板的方式來削弱切向流，逡逑－７－逡逑

（４）多重參考系法，１９９４年，Ｌｕｏ等［３９］提出了多重參考系法（ＭＲＦ，Ｍｕｌｔｉ－Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ逡逑Ｆｒａｍｅ）。多重參考系法是一種穩(wěn)態(tài)計算方法，處理方式類似于內(nèi)外迭代法，也是將攪拌逡逑區(qū)域分為兩部分，如圖２．３所示：采用兩個參考系（旋轉(zhuǎn)參考系、靜止參考系）分別進逡逑行計算，旋轉(zhuǎn)參考系的動區(qū)域主要包括旋轉(zhuǎn)的槳葉和攪拌軸；靜止參考系的靜主要包括逡逑靜止的槽壁和擋板。不同于內(nèi)外迭代法，此法是假定兩個參考系交界面上的速度是相同逡逑的，但是多重參考系法劃分的兩個區(qū)域并沒有重疊的部分，計算過程中節(jié)點是保持不動逡逑的，因此必須要求交界面為圓形，來保證節(jié)點法向速度是零，因此不需要內(nèi)外迭代計算。逡逑區(qū)域內(nèi)速度的匹配可以由交界面上Ｆｌｕｉｄ－Ｆｌｕｉｄ類型凍結(jié)因子的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)［４Ｇ］。逡逑Ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ邋Ｚｏｎｅ＾邐逡逑ｆ邐ｍ邋＾邐＼邋＾邋Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ逡逑／邋？，．邋ｎ邋．＇Ａ逡逑ｊ邋ｌ邋＾邋一邋１邋；邐Ｍｏｖｉｎｇ邋Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ逡逑＼邐？邋ＩＩ邋ｚ邋ｉｔ邋Ｆｒａｍｅ邋Ｚｏｎｅ逡逑ｖＳｓ／逡逑圖２．３攪拌區(qū)域劃分圖逡逑Ｆｉｇ．邋２．３邋Ｚｏｎｅ邋ｄｉｖｉｓｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｔｉｒｒｅｄ邋ｔａｎｋ逡逑多重參考系法的優(yōu)點是既不需要實驗的輔助就能完成整體模擬，又能夠簡化計算。逡逑該法比較適合于旋轉(zhuǎn)和靜止區(qū)域相互作用較小的體系，只能計算一定條件下的定常結(jié)逡逑果

【參考文獻】

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本文編號：2755879