稀土萃取混合澄清槽内搅拌过程强化

发布时间：2021-06-22 08:05

　　稀土元素具有优良的光、电、磁等物理特性,被誉为“现代工业的维生素”和“新材料宝库”,然而稀土资源冶炼技术粗放、产业结构不合理、生产过程污染严重、资源利用率低下,已成为我国稀土产业面临的严峻问题。过程强化技术是解决过程工业“高能耗、高物耗和高污染”问题的有效手段,可望从根本上变革稀土冶炼的面貌。为此,深刻认识稀土冶炼过程中的系统动力学行为和演变机制,指导稀土冶炼过程强化技术的开发和应用,具有重要的理论意义和现实价值。本文以稀土分离使用最广泛的混合澄清槽为研究对象,从搅拌过程强化入手,以煤油和水为工作介质代替萃取剂和稀土离子溶液进行油水两相的混合澄清实验。实验选择新型双层刚柔组合桨作为搅拌桨,通过研究搅拌桨转速、柔性片材质、柔性片尺寸（长度、宽度等）以及刚柔组合桨形式对混合澄清槽内流体流场和混沌特性参数的影响,结合小波分析和Matlab软件,计算最大Lyapunov指数（LLE）和多尺度熵（MSE）,研究搅拌槽内流体的混沌混合特性;借助计算流体动力学模拟,分析混合澄清槽内油/水两相流体流动情况,明确其流场结构以及强化流体混沌混合的方法,为混合澄清槽的设计和应用提供理论基础,指导稀土冶炼过程... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 液-液萃取设备概述
        1.2.1 箱式混合澄清槽
        1.2.2 塔式萃取器
        1.2.3 离心萃取器
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 搅拌槽内流体混合特性
        1.3.2 混合澄清槽研究进展
    1.4 混沌混合
        1.4.1 混沌的基本概念
        1.4.2 混沌混合的研究方法
        1.4.3 混沌混合判据和表征
    1.5 CFD模拟简介及数学模型
        1.5.1 计算流体动力学（CFD）概况
        1.5.2 CFD多相流模型
        1.5.3 混合澄清槽内CFD模拟研究进展
    1.6 课题研究目的和研究内容
        1.6.1 课题研究目的
        1.6.2 课题主要研究内容
2 实验部分
    2.1 实验装置及介质
        2.1.1 实验装置
        2.1.2 搅拌桨构造
        2.1.3 实验工作介质
    2.2 数据采集装置
        2.2.1 压力传感器
        2.2.2 数据采集卡
    2.3 实验方法
    2.4 实验数据分析方法
        2.4.1 小波分析
        2.4.2 最大李雅普诺夫指数（LLE）
        2.4.3 多尺度熵（MSE）
    2.5 本章小结
3 混合澄清槽内流体流动及混沌特性分析
    3.1 最大李雅普诺夫指数（LLE）
        3.1.1 双层刚柔组合桨的影响
        3.1.2 组合桨中柔性片材质的选择
        3.1.3 组合桨中柔性片长度的影响
        3.1.4 组合桨中柔性片宽度的影响
        3.1.5 双层刚柔组合桨类型的影响
    3.2 多尺度熵（MSE）
        3.2.1 双层刚柔组合桨的影响
        3.2.2 组合桨中柔性片宽度的影响
        3.2.3 双层刚柔组合桨类型的影响
    3.3 宏观混合效果图
        3.3.1 双层刚柔组合桨的影响
        3.3.2 组合桨中柔性片宽度的影响
        3.3.3 双层刚柔组合桨类型的影响
    3.4 小结
4 数值模拟结果分析
    4.1 模拟计算前处理
        4.1.1 数学模型建立
        4.1.2 网格划分
        4.1.3 边界条件设置
    4.2 数值求解方法及步骤
        4.2.1 求解方法
        4.2.2 数值求解步骤
    4.3 模拟结果分析
        4.3.1 不同转速下速度分布特性
        4.3.2 刚柔组合桨对槽内浓度场分布特性的影响
        4.3.3 不同柔性片宽度下浓度场分布特性
        4.3.4 不同类型刚柔组合桨湍流特性对比分析
    4.4 小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录
    A. 作者在攻读学位期间发表的论文
    B. 作者在攻读学位期间发明的专利
    C. 混沌特性参数Matlab计算程序


【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性体与运动流体耦合问题研究进展综述[J]. 王思莹,陈明,尹协振.  力学与实践. 2014(05)
[2]刚柔组合搅拌桨增强混合澄清槽内流体宏观不稳定性[J]. 刘作华,唐巧,王运东,孙瑞祥,郑雄攀,陶长元.  化工学报. 2014(01)
[3]搅拌槽反应器内宏观和微观混合及过程强化[J]. 段晓霞,程荡,程景才,冯鑫,杨超.  化学反应工程与工艺. 2013(03)
[4]Impact of backmixing of the aqueous phase on two-component rare earth separation process[J]. 吴声,程福祥,廖春生,严纯华.  Journal of Rare Earths. 2013(05)
[5]基于Fluent的稀土萃取搅拌槽的优化设计[J]. 逄启寿,吴文元.  湿法冶金. 2012(06)
[6]萃取混合澄清槽混合过程的数值模拟[J]. 逄启寿,谢明春.  有色金属(冶炼部分). 2012(06)
[7]搅拌对箱式混合澄清槽流动性能的影响[J]. 赵秋月,张廷安,刘燕,王淑禅.  东北大学学报(自然科学版). 2012(04)
[8]偏心射流搅拌强化1,3-二氯-2-丁烯的氯化行为[J]. 刘作华,冉启诚,宁伟征,孙大贵,陶长元,刘仁龙,牟天明.  化学工程. 2012(02)
[9]组合桨搅拌槽内混合过程的实验研究及大涡模拟[J]. 赵静,蔡子琦,高正明.  北京化工大学学报(自然科学版). 2011(06)
[10]偏心空气射流双层桨搅拌反应器流场结构的分形特征[J]. 刘作华,宁伟征,孙瑞祥,周小霞,陶长元.  化工学报. 2011(03)

博士论文
[1]柔性仿生波动鳍推进理论与实验研究[D]. 章永华.中国科学技术大学 2008
[2]搅拌槽内宏观及微观混合的实验研究与数值模拟[D]. 闵健.北京化工大学 2005



本文编号：3242482