钕铁硼酸溶导流筒搅拌槽三维流场与混合过程的研究分析

发布时间：2020-03-27 18:33

【摘要】：搅拌混合装置普遍用在医药、废料回收等许多工业领域。当前很多学者通过数值计算对流体流动混合特征进行研究。本文利用数值计算方法,并采用标准k-ε模型以及多重参考系法对钕铁硼酸溶搅拌槽内流体混合特性模拟分析,以提高搅拌槽的混合性能为评价指标,对其结构参数优化。主要结果如下:(1)利用数值计算对10m~3搅拌槽内有无导流筒的流体流动特征分析,轴流桨配合导流筒加强了搅拌槽内上下部分流体流动,流体在导流筒内集中剧烈混合,确定了搅拌槽内流体的轴向循环流动规律,改善了无导流筒搅拌槽中桨叶附近的流体“跟转”现象。(2)以桨叶直径、叶片角度、导流筒高度、桨叶离底距离作为研究变量,对不同结构参数的单层导流筒搅拌槽内流场以及功率消耗对比分析,得到合理的结构参数有助于改善搅拌槽内部流场情况和降低搅拌功率。对单/双层桨叶的导流筒搅拌槽内流场进行比较,双层桨导流筒搅拌槽功率消耗有所增加,但是流场分布较好,流体的有效混合体积增加。(3)以流场模拟为基础,在各单一变量下,利用示踪剂法对不同结构参数的单层桨导流筒搅拌槽混合过程进行数值模拟,观察示踪剂在搅拌槽内的扩散,设置监测点得到混合时间,进而求得单位体积混合能。将混合时间和单位体积混合能作为评价指标,对搅拌槽的结构优化,通过对改进后搅拌槽数值计算与未改变之前的搅拌槽进行对比分析,结果表明合适的结构参数能够减少混合时间,降低单位体积混合能,提高整体混合效果以及降低能耗。
【图文】：

搅拌设备,酸溶

第一章绪论矿开采的压力增加，环境负担加大。在稀土产品的生产制造过程中可能会产生许多含稀土元素的废物，从这些废弃的材料中回收稀土元素具有显著的经济价值。国内外很多学者开展了从钕铁硼废弃材料中回收利用稀土元素的科研工作，并取得一定的进展。本文以赣州某企业使用酸溶搅拌装置为研究对象（如图 1），将钕铁硼酸溶搅拌槽中加入导流筒，利用模拟将不同结构下的搅拌槽内部流场情况展现出来。目前企业所采用的无导流筒搅拌槽，单层直叶搅拌桨两桨叶错开 90o，通过搅拌桨在槽内的转动使钕铁硼废弃材料与盐酸充分混合直到充分溶解。迄今为止搅拌装置根据以前的经验进行设计且仅仅达到当前需求，在实际操作使用中因为桨叶尺寸、挡板，桨叶与槽底的距离等问题导致搅拌装置的整体混合效果较差。所以寻找新的搅拌装置并选择合适的设备参数对改善混合效果，提高混合效率，降低能耗至关重要。

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甚至可以根据流场求得其搅拌功率、传热系数及混合效率等，为搅拌装置改进提供理论基础。目前国内外对导流筒搅拌槽的理论分析还比较少，本章主要对搅拌槽中有导流筒的流场模拟，分析不同结构参数对流场的作用，而且简单分析对比单双桨叶在搅拌槽内流场情况。3.1 导流筒搅拌槽的物理模型以实际应用中的模型为参考，搅拌槽容积设计为 10m3。加入导流筒的搅拌结构如图 3.1 所示，搅拌槽直径 D=2400mm，槽高 H=2500mm，内部加设 4 块挡板挡板距离槽壁 200mm，搅拌桨叶为单层折叶 45o，搅拌轴直径 50mm，搅拌桨叶径为 1000mm，桨叶距离槽底 600mm，导流筒直径为 1100mm，导流筒高 950mm，速为 200rpm。实际应用过程中设备效率偏低，需要改进结构参数，提高混合率，选取叶片角度θ，桨叶直径 d，，桨叶距离槽底距离 c，导流筒高度 h，作为文研究变量。导流筒搅拌槽三维图如 3.2 所示。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ027.1

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