新型機械攪拌噴氣精煉裝置的氣泡微細化及分散的研究.pdf

1、本文在綜合顆粒鎂脫硫和KR法脫硫技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了“原位法機械攪拌脫硫”的新思路。即以MgO鎂基脫硫劑取代顆粒鎂，在鐵水中原位生成金屬鎂蒸汽，靠惰性載氣噴吹帶入鐵水熔池并在機械攪拌的作用下細化和分散鎂蒸汽氣泡，從而達到提高鎂脫硫效率的目的。佐野正道的研究也證明微細化鎂蒸汽氣泡大小不僅可以提高鎂脫硫效率還可以提高鎂利用率。顯然，要實現(xiàn)“原位法機械攪拌脫硫”的新思路，鎂蒸汽氣泡的微細化和均勻分散是提高金屬鎂脫硫效率和鎂利用率的最為關(guān)鍵的問

2、題之一。因此，必須開展“基于精煉過程的氣泡微細化及其氣液傳質(zhì)過程的研究”。
　　 在綜合與分析大量文獻的基礎(chǔ)上，基于相似原理的水模型實驗從圖像分析、氣液吸收、因次分析、均混時間、氣泡利用率、數(shù)值模擬等角度系統(tǒng)地研究了氣液吸收過程中氣泡微細化和氣泡分散的影響因素及其相互作用規(guī)律。
　　 首先，采用高速照相、數(shù)碼攝像、圖像處理技術(shù)以及IMAGE-PROCESS軟件考察了攪拌槳槳型、轉(zhuǎn)動模式、轉(zhuǎn)速、噴嘴結(jié)構(gòu)、噴氣方式和噴氣流量

3、等因素對氣泡細化、氣泡分散、氣液吸收過程的影響規(guī)律。實驗和理論分析表明：單向轉(zhuǎn)動模式易形成漩渦，導(dǎo)致氣泡在攪拌槳軸并聚；雙向和間歇的攪拌模式可以抑制漩渦的形成，促進氣泡的微細化；偏心攪拌與中心攪拌相比更利于氣泡微細化。在雙向和間歇的攪拌模式下，攪拌槳轉(zhuǎn)速和長度的增加有利于氣泡微細化；在相同的實驗條件下，氣泡的直徑隨著噴嘴直徑的增大而增大，隨著噴嘴數(shù)的增加而減小：當噴嘴的浸入深度增加時，氣泡微細化程度明顯增強，噴嘴的浸入深度越深，氣泡分布

4、得越廣泛；打孔槳即使在單向攪拌模式下，也可以削弱切向流，抑制漩渦的形成或者至少可以延長漩渦的形成時間，形成漩渦的時間與無孔槳相比延長了2到3倍，這為雙向和間歇轉(zhuǎn)模式選擇合適的交互時間提供了實驗基礎(chǔ)；同時，具有較大翼長和翼幅的多孔攪拌槳可以促進氣泡的分散和破碎。
　　 其次，在水模型實驗的基礎(chǔ)上，分析了影響氣泡尺寸的各種因素，應(yīng)用因次分析得到了氣泡平均直徑的準數(shù)方程：
　　 根據(jù)得到的準數(shù)方程，分別對攪拌槳轉(zhuǎn)速、氣體流量、

5、浸入深度、以及液面高度對氣泡的平均直徑的影響進行了理論分析，得到三種情況下具體的準數(shù)方程的表達式：
　　 (a)噴氣流量對氣泡尺寸(dB/D)的影響：
　　 (b)浸入深度對氣泡尺寸(dB/D)的影響：
　　 (c)液面高度對氣泡尺寸(dB/D)的影響：
　　 第三，通過CO2-NaOH-H2O體系吸收過程，研究了容積傳質(zhì)系數(shù)和氣體利用率的影響因素及其作用規(guī)律。結(jié)果表明：容積傳質(zhì)系數(shù)隨著流量的增大而增大；

6、偏心攪拌時容積傳質(zhì)系數(shù)和CO2利用率隨轉(zhuǎn)速增大而增大；直吹和側(cè)吹下的機械攪拌有利于氣泡在溶池內(nèi)迅速擴散，能促進氣液的充分接觸，提高容積傳質(zhì)系數(shù)和CO2利用率。
　　 在實驗的基礎(chǔ)上，應(yīng)用因次分析原理關(guān)聯(lián)了容積傳質(zhì)系數(shù)與相關(guān)數(shù)群的準數(shù)方程如下：
　　 (a)中心攪拌雙向：
　　 (b)中心攪拌單向：
　　 (c)中心攪拌間歇：
　　 (d)偏心攪拌單向：
　　 根據(jù)氣含率、氣泡尺寸和容積傳質(zhì)

7、系數(shù)AK等參數(shù)，計算了相應(yīng)條件下的質(zhì)量傳質(zhì)系數(shù)K和表面更新率S。
　　 第四，針對鐵水包高徑比較小的特點，提出了氣泡有效利用率的新概念。通過理論分析及推導(dǎo)，得到了氣泡有效利用率與流量、氣泡直徑、傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)系式。
　　 當吸收過程為零級反應(yīng)時：
　　 當吸收過程為一級反應(yīng)時：
　　 其中
　　 兩個公式的計算值與實驗值吻合較好，這說明在高徑比較小的情況下，吸收速率可按零級反應(yīng)處理，但吸收速率按一級

8、反應(yīng)處理時的理論公式比吸收速率按零級反應(yīng)處理的理論公式吻合程度更好。
　　 第五，采用電導(dǎo)率法測定了水模型的均混時間。分別考察了攪拌模式、轉(zhuǎn)速、中心與偏心攪拌、噴氣流量等因素對均混時間的影響。研究結(jié)果表明：雙向攪拌模式的均混時間小于間歇攪拌模式的均混時間，單向攪拌模式的均混時間最長；噴嘴直徑越大均混時間越長；中心和偏心攪拌模式下轉(zhuǎn)速對均混時間的影響規(guī)律相同，即無論噴氣與否均混時間均隨著攪拌轉(zhuǎn)速的增加而變小，而且，在同一攪拌轉(zhuǎn)速下