压力能驱动的自搅拌反应器内两相流动行为研究

发布时间：2020-05-29 15:35

【摘要】：搅拌反应器是湿法冶金工业中的重要设备之一,它几乎应用在湿法冶金的各个工序中。本课题组围绕节能,强化传热、传质、化学反应和抑制结疤三个主题原创性的开发了一种新型的加压反应器-压力能驱动的自搅拌反应器。由于该新型反应器内两相流动特性、搅拌转速与原动力-压力能的关系尚不明确,因此,本文从物理模拟和数值模拟两个角度对这种新型搅拌反应器内两相流动行为进行研究,为该反应器的进一步开发奠定基础。本文以压力能驱动的自搅拌反应器为研究对象,利用商业CFD软件FLUENT15.0和并行计算系统图形工作站,在实验室已有研究的基础上,对该反应器内的固-液两相流动行为做了系统的研究。主要结果如下:(1)采用PIV技术及数值模拟技术对纯水相流动行为进行研究,发现反应器内整体的速度分布较为均匀,增加入口压力和液位高度有利于流体速度均匀分布,且增加入口压力可减小直至消除流动死区的范围。(2)将颗粒浓度测量技术与数值模拟技术相结合,对固-液两相流动行为进行研究,发现增加搅拌转速有利于反应器内固体颗粒均匀分布,但过高的转速将导致搅拌轴附近区域颗粒在离心力的作用下浓度降低:减小颗粒直径和降低颗粒固含量有利于反应器内固体颗粒的均匀分布;反应器的临界离底悬浮转速随着颗粒直径的减小而减小,随着颗粒固含量的增加而增加。(3)数值模拟预测得到反应器的最佳操作参数为:搅拌转速150rpm,初始颗粒固含量]5%,颗粒直径75μm。本文基于悬浮理论对数值模拟预测的行为与现象进行了合理地解释。预测了较优的操作参数,获取了该反应器流体动力学特性的基础数据,为该反应器的进一步开发奠定了基础。
【图文】：

搅拌反应器,管式反应器,反应器,催化介质

（ａ）釜式反应器逦（ｂ）管式反应器逡逑图１．１常见的搅拌反应器逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｃｏｍｍｏｎ邋ｓｔｉｒｒｅｄ邋ｒｅａｃｔｏｒ邋（ａ）邋Ｋｅｔｔｌｅ邋ｒｅａｃｔｏｒ邋（ｂ）邋Ｔｕｂｕｌａｒ邋ｒｅａｃｔｏｒ逡逑管式反应器是一种呈管状的、长径比很大的反应器。反应器内可以根据需要设置搅逡逑拌装置及催化介质等。反应器外也可根据需要分段设置加热或冷却装置。反应物料从反逡逑

结构示意图,溶出温度,一水硬铝石型铝土矿,自蒸发器

管壁及焊点容易磨薄泄漏：搅拌及密封问题难以解决，温度和压力不能进一步逡逑提高，而我国一水硬铝石型铝土矿的溶出温度一般高达２４０？２８０°Ｃ。典型的压煮溶出器逡逑结构示意图见图１．２。逡逑科菜出－邋＼料浆出口逡逑图１．２压煮溶出器结构示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ａｕｔｏｃｌａｖｅ邋ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑管道预热－停留罐溶出技术是郑州轻金属研究院针对我国一水硬铝石拜耳法溶出特逡逑点专门开发的，适用于处理需要较长溶出时间的一水硬铝石型铝土矿：预脱硅后的原矿逡逑浆由高压隔膜泵送入套管式预热器，经过自蒸发器产生的二次蒸汽预热后再由新蒸汽或逡逑熔盐加热到溶出温度，接着在串联的停留罐中充分反应后经多级自蒸发器卸压降温后送逡逑入稀释槽，然后进入下一工序。管道化溶出设备综合了化学动力学和扩散动力学的特点，逡逑采用高度湍流，使矿浆在管道内快速间接加热到溶出温度，再在无搅拌的停留罐中保温逡逑反应，保证提供充足的溶出时间，提高了生产能力，降低了能耗，并且结构简单，，设备逡逑维修方便，容易实现自动控制和保持较高的设备运转率．己在我国很多氧化铝厂投入使逡逑用［１０－１３】。逡逑但是无论采用哪种溶出工艺
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF111.3

【参考文献】