多級環(huán)流裝置的流體力學(xué)研究與其在分離過程中的應(yīng)用.pdf

1、氣升式環(huán)流裝置具有良好的傳質(zhì)及混合性能，但主要應(yīng)用于生物發(fā)酵等氣液反應(yīng)過程。另外，由于其內(nèi)部的多相流動結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，目前仍存在許多基礎(chǔ)性科學(xué)問題尚未解決。本文借助PIV實驗手段和CFD數(shù)值模擬方法對氣升式環(huán)流裝置內(nèi)的流體力學(xué)問題進(jìn)行了深入的研究，并將其應(yīng)用到浮選、萃取等傳質(zhì)分離過程的強化中，開發(fā)了應(yīng)用多級環(huán)流結(jié)構(gòu)的新型浮選和萃取設(shè)備，完成了系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測試，并最終進(jìn)行了工業(yè)中試實驗。
　　首先，設(shè)計了一套擬二維的氣升式環(huán)流裝置，

2、通過PIV實驗對速度場進(jìn)行了測量，同時對氣含率和液體循環(huán)速度進(jìn)行了分析。實驗發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)流板幾何結(jié)構(gòu)對流動結(jié)構(gòu)有重要影響，其中板間距的影響較導(dǎo)流板的長度與高度影響更為明顯。
　　其次，建立了對應(yīng)擬二維實驗裝置的二維模型和對應(yīng)實際氣升式環(huán)流裝置的軸對稱模型，二維模型的模擬結(jié)果與實驗結(jié)果對比驗證發(fā)現(xiàn)二者吻合較好，驗證了模型的可靠性，在此基礎(chǔ)上，考察了在擬二維環(huán)流裝置和三維圓形氣升式環(huán)流裝置中導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)的影響，三維模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)影響環(huán)流流量的

3、關(guān)鍵因素不是直徑比而是上升區(qū)面積與下降區(qū)面積之比。
　　本文第三部分將多級分離、填料技術(shù)和氣升式環(huán)流裝置集成應(yīng)用到浮選柱中，開發(fā)了多級環(huán)流充填式浮選柱，對其進(jìn)行了流體力學(xué)性能實驗和煤泥浮選工業(yè)中試實驗。流體力學(xué)性能的測試結(jié)果表明，氣含率和氣泡尺寸隨著進(jìn)氣量的增大而增大，加入起泡劑可以使氣泡減小且更加穩(wěn)定，增大塔內(nèi)氣含率。浮選實驗中發(fā)現(xiàn)，循環(huán)流動使塔內(nèi)流體流動更加規(guī)整，多級結(jié)構(gòu)減少了軸向返混，填料延長了停留時間；實驗發(fā)現(xiàn)，在間歇進(jìn)料

4、操作下，可達(dá)到很好的分選效果，但當(dāng)進(jìn)料流量較大時，精煤產(chǎn)品精度較差。
　　本文第四部分將氣升式環(huán)流裝置與組合萃取填料相結(jié)合，開發(fā)了新型多級環(huán)流萃取填料塔，對其流體力學(xué)性能及傳質(zhì)性能進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)在分散相液滴在內(nèi)套筒內(nèi)破碎，在環(huán)隙中聚并，促進(jìn)液滴的表面更新和強化傳質(zhì)；連續(xù)相在每級內(nèi)規(guī)則地循環(huán)流動，可提供較大的處理能力。與超級扁環(huán)填料和組合萃取填料對比發(fā)現(xiàn)，環(huán)流萃取裝置在保持較高的傳質(zhì)效率基礎(chǔ)上提高了處理能力50％以上。