稀土萃取攪拌反應器結構參數的研究與優(yōu)化.pdf

1、應用于稀土萃取的攪拌反應槽是稀土萃取過程中非常重要的設備之一。對于攪拌槽的結構和尺寸設計以及跟其配套的攪拌反應器的類型選取和尺寸設計也同樣具有重要的意義。因為這一環(huán)節(jié)涉及到能否在萃取過程中使兩相流充分的混合以至攪拌均勻,同時又要盡可能地防止過度攪拌,降低能耗,達到節(jié)約能源和成本的目的。目前,對此的設計和研究只是停留在一些經驗數據或者是一些半工業(yè)實驗的基礎上,即還沒有真正形成系統(tǒng)的理論上的研究。而本文的目的就是要對此做出一些相應的理論上的

2、分析。為了更利于研究,本文運用了計算流體力學軟件MIXSIM對攪拌反應器進行模擬。
　　本文選用MIXSIM中的多重參考系法對攪拌槳萃取槽進行模擬。采用標準k-e模型及將速度場與濃度場方程分開進行求解的方法,對稀土萃取中廣泛應用的圓盤式四直葉渦輪槳和開式折葉渦輪槳以及雙層槳攪拌槽內的攪拌特性進行模擬分析。主要工作如下:
　　在輸入功率不變前提下對四直葉槳槽內混合均勻時間及湍流強度進行模擬。主要研究了攪拌槳在槽內三處不同深度下

3、槽內混合特性及其對攪拌混合時間、單位攪拌功率的影響,分析得到最佳混合效果時的攪拌槳位置。對折葉槳的攪拌特性進行研究,選取三種常見折葉角度渦輪攪拌槳,對三種槳型槽內混合特性進行了研究,得出了隨著槳葉傾角減小,攪拌混勻時間增加,單位體積混合能減小;并且隨著折葉角減小,混合均勻時間越長。
　　研究了雙層槳槽內的攪拌效果包括流場速度分布和湍流動能耗散情況,發(fā)現雙層(上直葉,下折葉)渦輪攪拌槳槽內攪拌混合特性符合稀土萃取工藝要求,而且對減少

4、萃取成本,提高生產率非常有利;分別模擬了六組轉速下槽內攪拌效果,得到了轉速對于混勻時間,單位體積功率之間的關系圖,為確定輸入轉速提供了依據。
　　最后對攪拌槳在正常工作條件下進行了力學分析以及功率計算。在對折葉槳的力學分析中得出折葉漿槽內剪切作用主要發(fā)生在槳葉周邊,而且總體上四直葉槳的剪切率比折葉槳的大的多,特別是在槳葉邊緣區(qū)域;對功率的計算,把攪拌功率的模擬結果與計算值進行對比得出四直葉槳側重于徑向流而折葉槳則側重于軸向流,兩種