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文檔簡(jiǎn)介
1、工業(yè)結(jié)晶過(guò)程通常當(dāng)晶體處在懸浮狀態(tài)時(shí)發(fā)生,液體流動(dòng)狀況、晶體懸浮狀況等流體動(dòng)力學(xué)特征和結(jié)晶動(dòng)力學(xué)因素一起影響晶體產(chǎn)品品質(zhì)。研究證明,在連續(xù)結(jié)晶器的同一液體流場(chǎng)下,大小不一的晶體在結(jié)晶器內(nèi)各處懸浮密度不等,所以,器內(nèi)各處晶體粒徑分布(crystal size distribution,CSD)不一,且產(chǎn)品粒徑主要取決于排料點(diǎn)的CSD。所以,研究連續(xù)結(jié)晶器內(nèi)不同位置的CSD,可為結(jié)晶過(guò)程控制和結(jié)晶器設(shè)計(jì)提供參考數(shù)據(jù)。
在結(jié)晶過(guò)程早
2、期的研究中,大部分研究工作采用的是MSMPR模型,且沒(méi)有考慮結(jié)晶器內(nèi)的流體動(dòng)力學(xué)因素,導(dǎo)致研究結(jié)果與實(shí)際工業(yè)結(jié)晶過(guò)程有很大差異。為了減小此差異,必須考察流體動(dòng)力學(xué)與結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的共同作用。但由于器內(nèi)晶體的非線性流動(dòng)、不均勻分布及流體流動(dòng)狀態(tài)不一,無(wú)法通過(guò)試驗(yàn)得到準(zhǔn)確的晶體懸浮密度分布情況。計(jì)算流體力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)被廣泛應(yīng)用于結(jié)晶過(guò)程流體研究中,可作為研究結(jié)晶過(guò)程中液相流場(chǎng)和固相懸浮狀
3、態(tài)的有力工具。本課題組依據(jù)結(jié)晶器內(nèi)晶體的多尺度分布特點(diǎn),建立了結(jié)晶過(guò)程多相流多尺度耦合模型。本文驗(yàn)證并應(yīng)用了該模型。
本文使用的Oslo結(jié)晶器為普遍在結(jié)晶過(guò)程中使用的結(jié)晶器,研究結(jié)論如下:
1.采用ANSYS14.5模擬了Oslo結(jié)晶器內(nèi)的流體動(dòng)力學(xué)狀態(tài),考察了不同循環(huán)速率下不同液體流場(chǎng)的不同粒徑晶粒分布情況;并根據(jù)設(shè)定的分區(qū)考察了不同區(qū)域的晶體粒徑分布,據(jù)此分析Oslo結(jié)晶器產(chǎn)品粒徑分布與流動(dòng)狀態(tài)之間的關(guān)系。通過(guò)對(duì)
4、結(jié)晶器不同區(qū)域的粒徑分布研究,證實(shí)了在適宜的循環(huán)液進(jìn)口流速下,在結(jié)晶區(qū)域可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的晶體粒徑分布。循環(huán)速率與要求晶體粒徑直接相關(guān)。同時(shí),變徑區(qū)域可實(shí)現(xiàn)晶體的粒徑分級(jí),控制循環(huán)液體中的晶體粒徑和晶體懸浮密度。研究結(jié)果為結(jié)晶過(guò)程提供理論與工程設(shè)計(jì)依據(jù)。
2.優(yōu)化已建立的多尺度耦合模型,并將其應(yīng)用于Oslo結(jié)晶器。借助計(jì)算流體力學(xué)軟件,模擬了器內(nèi)流場(chǎng),得到的相關(guān)信息即為微觀尺度模擬結(jié)果。根據(jù)晶體懸浮密度分布情況,對(duì)Oslo結(jié)晶器合理
5、分區(qū)。對(duì)已建立的介觀尺度模型的物料衡算和粒數(shù)衡算方程進(jìn)行相應(yīng)的修改,推導(dǎo)出本模擬條件下的Oslo結(jié)晶器介觀尺度模型。得到了應(yīng)用于Oslo結(jié)晶器的結(jié)晶過(guò)程多相流多尺度耦合模型。
3.利用Oslo結(jié)晶器的結(jié)晶過(guò)程多相流多尺度耦合模型,對(duì)KCl連續(xù)冷卻結(jié)晶過(guò)程進(jìn)行仿真模擬,驗(yàn)證了模型。分別考察了不同循環(huán)入口流速和不同進(jìn)料晶體體積分?jǐn)?shù)情況下的有關(guān)流場(chǎng)、晶體懸浮狀態(tài)和溶液過(guò)飽和度的分布信息。由模擬結(jié)果可知,在結(jié)晶器結(jié)構(gòu)等其他條件不變的情
6、況下:循環(huán)流速對(duì)流場(chǎng)分布的影響較大,進(jìn)而影響到晶體的分布及晶體的結(jié)晶過(guò)程;循環(huán)流速對(duì)溶液過(guò)飽和度分布的均勻性有一定的影響,隨著循環(huán)流速的增大,溶液過(guò)飽和度分布趨于均勻;無(wú)論循環(huán)流速大小,結(jié)晶器內(nèi)各區(qū)域晶體平均懸浮密度和溶液過(guò)飽和度均隨著其在結(jié)晶器內(nèi)區(qū)域位置的增高而減小;各個(gè)區(qū)域晶體平均懸浮密度與過(guò)飽和度的總體分布情況在大部分區(qū)域變化趨勢(shì)相同。隨著進(jìn)料晶體體積分?jǐn)?shù)增大,器內(nèi)晶體增多;迸料晶體體積分?jǐn)?shù)對(duì)過(guò)飽和度分布均勻性有一定程度影響。根據(jù)
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