复合式水力旋流器电石渣提纯方法研究及CFD模拟

发布时间：2017-08-09 01:21

  本文关键词：复合式水力旋流器电石渣提纯方法研究及CFD模拟

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【摘要】：电石(CaC_2)是化工生产的重要原料,水解后产生的电石渣会严重污染环境,我国每年电石渣排放量可以达到1900万吨,电石渣的处理问题十分严峻。目前,利用电石渣烧制石灰并作为生产电石的原材料是公认的最好处理方法,而此方法对电石渣中Ca(OH)_2含量的要求较高。为了实现电石渣生产电石的产业循环,Ca(OH)_2的提纯环节十分关键。通过检测发现,电石渣中Ca(OH)_2含量随着颗粒粒径减小而增大,综合考虑将分离目标粒径定为75μm,理论上分离后的Ca(OH)_2含量可以达到92.4%以上,电石渣颗粒一级回收率为61.6%。根据分离工艺及装备的特点,选用复合式水力旋流器进行电石渣颗粒分级,从而实现Ca(OH)_2的提纯。本文在油水分离用复合式水力旋流器的基础上,根据电石渣颗粒的基本物性参数,设计了一种适用于细颗粒分级或固液分离的复合式水力旋流器。通过最大切向速度轨迹法建立数学模型,完成静态壳体结构设计。通过Fluent软件建立复合式水力旋流器的流场模型,从栅片长度、栅片直径、栅片数量和栅片类型四个方面分析旋转栅结构对流场的影响规律,确定驱动旋转栅的设计方案。制作试验样机,搭建试验平台,使用二次正交旋转组合试验设计,验证复合式水力旋流器的分离效果,确定相关分离指标的主控因素。通过曲面响应法得到复合式水力旋流器的最佳操作参数:进料速度2.0m/s;旋转栅转速1921r/min;进料浓度24.2%。最佳操作参数条件下对应的分离指标:溢流分离极限58.4μm;目标颗粒分离效率92%;单机处理量439.6Kg/h;分离精度系数0.472;分股比0.707。通过与静态水力旋流器进行流场对比发现,在壳体结构参数和操作参数均相同的条件下,复合式水力旋流器的流场压力是静态水力旋流器的6.5倍,切向速度是静态水力旋流器的3.3倍,并且具有较大的零轴速包络面表面积。因此,复合式水力旋流器在离心力场强度、流场的动能补偿和分离效率等方面均具有明显的优势。但是,复合式水力旋流器的轴向速度和流场湍动能较大,故在颗粒的有效分离时间和流场稳定性方面则相对处于劣势。
【关键词】：电石渣 水力旋流器 CFD 正交试验 颗粒分级
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ161;X78
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 电石渣的概况9-10
• 1.2 离心分离设备的概况10-13
• 1.3 研究目的与意义13-14
• 1.3.1 研究目的13
• 1.3.2 研究意义13-14
• 1.4 研究内容与技术路线14-16
• 1.4.1 研究内容14-15
• 1.4.2 技术路线15-16
• 第二章 电石渣特性参数及分离方案的确定16-19
• 2.1 电石渣特性参数的测定16-17
• 2.1.1 电石渣的物理性质及成分组成16
• 2.1.2 电石渣颗粒的粒径分布16-17
• 2.1.3 电石渣中Ca(OH)2含量的分布17
• 2.2 分离方案的确定17-18
• 2.2.1 分离提纯的可行性分析17-18
• 2.2.2 分离工艺及装备的选择18
• 2.3 本章小结18-19
• 第三章 复合式水力旋流器的设计19-33
• 3.1 复合式水力旋流器概况19-20
• 3.2 静态旋流壳体的结构设计20-25
• 3.2.1 进料类型的选择20-21
• 3.2.2 水力旋流器结构参数的确定方法21-23
• 3.2.3 静态壳体结构参数的确定23-24
• 3.2.4 溢流结构的设计24
• 3.2.5 密封结构的设计24-25
• 3.3 旋转栅的结构分析及设计25-32
• 3.3.1 栅片长度对流场的影响25-26
• 3.3.2 栅片直径对流场的影响26-28
• 3.3.3 栅片数量对流场的影响28-30
• 3.3.4 栅片类型对流场的影响30-31
• 3.3.5 旋转栅设计方案的确定31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 复合式水力旋流器的试验研究33-40
• 4.1 分离试验设计方案33-35
• 4.1.1 试验装置的组成33-34
• 4.1.2 试验因素与分离指标34
• 4.1.3 试验方法及步骤34-35
• 4.2 试验结果分析35-37
• 4.3 最佳工艺参数的确定37-39
• 4.4 本章小结39-40
• 第五章 复合式水力旋流器的流场模拟40-48
• 5.1 计算流体动力学基础40-42
• 5.1.1 流体动力学基本控制方程40-41
• 5.1.2 湍流模型41
• 5.1.3 多相流模型41-42
• 5.2 复合式水力旋流器数值模拟方法42-43
• 5.2.1 流场模型的建立及离散化42
• 5.2.2 流场边界条件及模拟方法42-43
• 5.3 数值模拟的结果分析43-47
• 5.3.1 流场压力分布43-44
• 5.3.2 流场切向速度分布44
• 5.3.3 流场轴向速度分布44-45
• 5.3.4 流场密度分布45-46
• 5.3.5 流场湍动能分布46-47
• 5.4 本章小结47-48
• 第六章 结论与展望48-50
• 6.1 结论48-49
• 6.2 展望49-50
• 参考文献50-53
• 致谢53-54
• 作者简介54-55
• 导师评阅表55

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本文编号：642911