旋风筒中磷石膏分布特性的数值模拟与实验研究

发布时间：2017-10-25 03:22

  本文关键词：旋风筒中磷石膏分布特性的数值模拟与实验研究

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【摘要】：磷石膏是湿法磷酸生产过程产生的固体废渣,露天堆放会给环境带来严重的污染,并且占用大量土地资源。磷石膏制酸联产水泥工艺是磷石膏资源化利用的有效途径,但传统工艺过程因传热传质效率低导致能耗高而严重影响该工艺技术的推广使用。磷石膏在窑外的旋风筒预热与分解制酸联产水泥新工艺可以显著提高传热传质效率,进而大幅降低过程能耗,旋风筒的作用是利用回转窑出来的高温尾气对磷石膏颗粒进行预热和预分解,同时还要承担气固分离任务。磷石膏颗粒在旋风筒中的浓度分布会直接影响其传热效率,而旋风筒尺寸和操作条件的不同又会影响磷石膏颗粒在旋风筒中的浓度分布与分离效率。因此,本研究在冷态实验装置上对磷石膏在旋风筒中的浓度分布进行实验测量,采用Fluent软件进行数值模拟,优化旋风筒结构尺寸与操作条件,并与实验结果进行对比。首先,在冷态实验装置上采用双层电容层析成像系统测量同时在线测量旋风筒上部入口截面和下部筒体和锥体交界截面旋风筒中的磷石膏颗粒浓度分布,考察风速、固气比和排料口尺寸对磷石膏浓度分布及分离效率的影响,分析其对气固接触面积和产生气体SO_2浓度影响。结果表明:磷石膏颗粒在旋风筒中呈环状分布,中心颗粒浓度小,筒壁处颗粒浓度最大,直筒段上部截面颗粒浓度大、下部截面颗粒浓度小。风速增大,磷石膏径向颗粒浓度减小,分离效率呈现先增大后降低的趋势,有利于增大气固接触面积,改善传热,但在磷石膏分解时不利于SO_2浓度提升。固气比增大,磷石膏径向颗粒浓度增大,分离效率提高,减少气固接触面积对传热不利;但在磷石膏分解过程,有利于SO_2浓度提升。旋风筒排料口直径增大,径向截面上的颗粒浓度呈现先减小后增大的趋势,旋风筒分离效率提高,但随体系的固气比不同提高的幅度会存在差异,甚至会降低,即不同的固气比存在不同的适宜排料口直径。其次,采用FLUNT软件对冷态下磷石膏在旋风筒中的浓度分布进行气固两相流数值模拟和优化,采取了雷诺应力气相湍流模型和欧拉—欧拉气固两相流模型对磷石膏在旋风筒中的浓度分布进行了模拟,并按照分离效率目标参数进行优化。结果表明:将模拟结果与实验结果进行对比,计算值与实验结果基本一致。在实验基础上增大风速,对于分离效率和气固接触面积影响较小。固气比增大分离效率有显著提高,且颗粒浓度增大,虽然气固接触面积会减小,但是磷石膏分解过程SO_2浓度会增加。根据模拟结果,得到优化结果为:旋风筒下料口直径为50 mm,操作风速17 m/s,固气比2.25 kg/m~3,分离效率为94.2%。
【关键词】：旋风筒 磷石膏 浓度分布 电容层析成像 数值模拟
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ172.44;TQ177.375
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 文献综述12-28
• 1.1 引言12
• 1.2 传统磷石膏制酸联产水泥工艺12-16
• 1.2.1 磷石膏产生及危害12-13
• 1.2.2 磷石膏资源化利用途径13-14
• 1.2.3 传统磷石膏制酸联产水泥工艺14-16
• 1.3 磷石膏窑外预热与分解磷石膏制酸联产水泥新工艺16-18
• 1.4 旋风筒中气固分离物理模型18-19
• 1.5 气固两相流边界层的流动规律19-20
• 1.6 旋风筒中固体颗粒浓度分布研究进展20-24
• 1.7 旋风筒中气固两相流数值模拟研究进展24-26
• 1.7.1 气相流场模拟进展25
• 1.7.2 气固两相流模拟进展25-26
• 1.8 本文主要研究目的和意义26-27
• 1.9 研究内容27-28
• 第2章 实验部分28-38
• 2.1 引言28
• 2.2 实验材料28-29
• 2.3 实验装置29-33
• 2.3.1 实验装置各部分的说明30-33
• 2.4 实验条件33-34
• 2.5 实验方法34-38
• 2.5.1 流量的计算34-35
• 2.5.2 进料口固气比的计算35
• 2.5.3 物料径向浓度的计算35
• 2.5.4 分离效率的计算35-38
• 第3章 磷石膏分布特性的实验研究38-46
• 3.1 引言38
• 3.2 结果与讨论38-43
• 3.2.1 入口风速对旋风筒中磷石膏颗粒浓度分布的影响38-40
• 3.2.2 固气比对旋风筒中磷石膏颗粒浓度分布的影响40-41
• 3.2.3 排料口直径对旋风筒中磷石膏颗粒浓度分布的影响41
• 3.2.4 风速与固气比对分离效率的影响41-42
• 3.2.5 排料口直径对分离效率的影响42-43
• 3.3 本章小结43-46
• 第4章 旋风筒中磷石膏颗粒浓度分布的气固两相数值模拟46-58
• 4.1 引言46
• 4.2 数值模型46-52
• 4.2.1 气相湍流模型及特点46-48
• 4.2.2 气固两相模型及特点48-49
• 4.2.3 数值求解方法49
• 4.2.4 几何模型49-50
• 4.2.5 网格的划分及边界条件50-52
• 4.3 气固两相模拟结果可靠性验证52-54
• 4.3.1 颗粒浓度分布可靠性验证53
• 4.3.2 分离效率可靠性验证53-54
• 4.4 旋风筒颗粒浓度分布与分离效率模拟结果分析54-56
• 4.4.1 风速对颗粒浓度分布影响的模拟54-55
• 4.4.2 不同固气比下浓度分布模拟55-56
• 4.4.3 分离效率的模拟56
• 4.5 本章小结56-58
• 第5章 结论58-60
• 参考文献60-66
• 攻读硕士期间发表的论文66-68
• 致谢68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 徐威;董兵海;宋成杰;吴亚丹;吴翠娥;王世敏;;磷石膏的改性及其在新型建材中的应用[J];粉煤灰综合利用;2016年02期

2 田键;朱兵兵;田进;黄红旗;叶斌;;磷石膏制硫酸联产水泥预热分解新工艺[J];磷肥与复肥;2015年09期

3 陆田玉;杨本宏;;磷酸工业固体废弃物磷石膏及其处置现状[J];安徽化工;2014年04期

4 贾兴文;吴洲;马英;;磷石膏建材资源化利用现状[J];材料导报;2013年23期

5 田海军;周云龙;;电容层析成像技术研究进展[J];化工自动化及仪表;2012年11期

6 刘少文;陈升;郭文涛;贾辉;吴元欣;包传平;;磷石膏振动流态化分解制酸联产水泥新工艺[J];磷肥与复肥;2012年01期

7 匡鸿;;磷石膏制硫酸联产水泥的现状和发展方向[J];水泥技术;2011年06期

8 赵晓东;刘志民;;磷石膏作水泥缓凝剂的实践[J];新世纪水泥导报;2010年03期

9 王江云;毛羽;刘美丽;王娟;;用改进的RNG κ-ε模型模拟旋风分离器内的强旋流动[J];石油学报(石油加工);2010年01期

10 崔洁;陈雪莉;王辅臣;龚欣;;新型旋风分离器内近壁面颗粒浓度的分布特性[J];中国电机工程学报;2009年S1期

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本文编号：1091850