萃取槽澄清室的澄清性能研究与结构设计

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混合澄清槽因其具有结构简单、级效率高、环境适应性强、萃取效果好等优点,被广泛应用在稀土萃取工业中。目前稀土萃取工业中的研究已经取得了极大的发展,国内外研究人员设计不同内部结构的澄清室,这些结构设计只通过延长澄清室的路径,来提高澄清效果,没有突破重力作用下两相分离的局限性,存在占地面积大,物料存储量大等问题。针对这些问题,本文提出在澄清室中加入搅拌桨,设计澄清效果好、澄清时间短的澄清室结构。所做的主要工作如下:本文以某企业中的200L萃取槽为研究原型,缩短澄清室长度并加入搅拌桨,通过SolidWorks建立澄清室的三维模型,以水与P507分别作为水相与有机相,采用软件FLUENT模拟澄清室的澄清过程,以分散带厚度、澄清时间、两相出口含杂量为评价指标,对澄清效率和澄清效果进行研究分析,为之后澄清室结构的研究提供参考。在澄清室中对加入搅拌桨与不加搅拌桨的澄清效果进行模拟,分析得出,澄清室中加入搅拌桨的分散带厚度小,出口杂质少,澄清速率快,澄清效果好。以此为基础,研究不同搅拌桨型、离底高度、搅拌转速对澄清效果的影响,通过模拟澄清室内不同搅拌桨的澄清过程,分析分散带厚度和澄清室出口含杂量的变化,得到两相体积分布图、分散带厚度曲线图,综合澄清时间和澄清效果两个方面,设计出澄清效果最佳的搅拌桨类型、搅拌桨离底高度和搅拌转速。在企业生产过程中对萃取槽澄清室的入口速度会有不同的需求,鉴于此,本文对不同入口速度对澄清过程进行仿真处理。分析得到,入口速度对澄清过程影响很大,入口速度过大时,分散带分布十分混乱,且出口处杂质含量多,澄清效果不佳,因此要保证入口速度在一定范围内。此外,本文还对不同入口速度需求的不同搅拌转速进行仿真分析,得出不同入口速度需求的最佳转速不同,确定不同入口速度对应的最佳搅拌转速。本文的研究结果是在生产实际的基础上,通过CFD技术数值模拟得到的,还没有投入现实生产中,目的在于对以后澄清室的生产和设计提供依据。
摘要第4-5页
Abstract第5-6页
第一章 绪论第9-18页
    1.1 课题的研究背景第9-11页
        1.1.1 稀土的概述与应用第9-10页
        1.1.2 萃取槽萃取分离技术的现状及发展趋势第10-11页
    1.2 稀土萃取槽的研究现状和发展趋势第11-15页
    1.3 CFD的发展和应用第15-16页
    1.4 课题研究目的及主要内容第16-18页
第二章 澄清室的数值模拟理论与方法第18-25页
    2.1 数值模拟的理论基础第18-23页
        2.1.1 流体流动的控制方程第18-20页
        2.1.2 湍流模型第20-21页
        2.1.3 多相流模型第21-23页
    2.2 CFD模拟策略与方法第23-25页
第三章 萃取槽澄清室的澄清效果研究第25-39页
    3.1 澄清室与搅拌桨的模型结构第25-27页
        3.1.1 澄清室尺寸的确定第25-26页
        3.1.2 搅拌桨的设置第26-27页
    3.2 澄清室内结构网格划分第27页
    3.3 FLUENT求解过程第27-29页
    3.4 不同澄清室类型对澄清效果的模拟分析第29-31页
    3.5 不同澄清室结构的速度场分析第31-33页
    3.6 搅拌桨类型对澄清效果的影响分析第33-34页
    3.7 搅拌桨高度对澄清效果的影响分析第34-36页
    3.8 搅拌桨转速对澄清效果的影响分析第36-38页
    3.9 本章小结第38-39页
第四章 搅拌澄清室澄清过程的分析研究第39-49页
    4.1 澄清室的两相澄清过程模拟第39-44页
        4.1.1 非定常流动的模拟理论第40页
        4.1.2 澄清过程的FLUENT求解过程第40-41页
        4.1.3 计算结果与分析第41-44页
    4.2 分散带厚度分析第44-47页
        4.2.1 搅拌桨高度对澄清过程的影响第44-45页
        4.2.2 搅拌桨类型对澄清过程的影响第45-46页
        4.2.3 搅拌桨转速对澄清过程的影响第46-47页
    4.3 本章小结第47-49页
第五章 入口速度对澄清过程的研究分析第49-57页
    5.1 入口速度对澄清过程的分析第49-52页
        5.1.1 不同入口速度对分散带的模拟分析第49-50页
        5.1.2 入口速度对澄清过程的模拟分析第50-52页
    5.2 入口速度对搅拌桨转速的影响分析第52-54页
        5.2.1 低入口速度对澄清过程的模拟分析第52-53页
        5.2.2 高入口速度对澄清过程的模拟分析第53-54页
    5.3 澄清室在企业的实际应用第54-56页
    5.4 本章小结第56-57页
第六章 总结与展望第57-59页
    6.1 全文总结第57-58页
    6.2 研究展望第58-59页
参考文献第59-62页
致谢第62-63页
攻读学位的研究成果第63-64页
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