磷酸反應(yīng)器的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬.pdf

1、磷酸在工業(yè)上的應(yīng)用非常廣泛,是一個重要的中間產(chǎn)品,在多種磷化工產(chǎn)品生產(chǎn)中做基礎(chǔ)原料,對保障國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到重要作用。磷酸反應(yīng)器在濕法制取磷酸生產(chǎn)中起到核心作用,其中,攪拌器是磷酸反應(yīng)器的重要部件。磷酸攪拌器性能會關(guān)系到磷石膏的洗滌率和磷礦的萃取,還會影響到料漿過濾強(qiáng)度以及磷酸濃度和攪拌所需功耗等多種重要指標(biāo)。新型磷酸攪拌器的開發(fā)、研究是改進(jìn)濕法磷酸生產(chǎn)工藝的重要環(huán)節(jié)。
　　為了研究磷酸反應(yīng)器槽內(nèi)流場情況和提高反應(yīng)效率,利用CFD軟

2、件在已有的研究基礎(chǔ)上對攪拌槽的流型進(jìn)行了數(shù)值模擬,再和粒子圖像測速技術(shù)(PIV)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析對比,驗(yàn)證了CFD軟件用于攪拌槽內(nèi)流體流動特性研究的可行性與正確性,可以為磷酸反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供新思路,也可以為更深一步的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬打下基礎(chǔ)。本文主要結(jié)論如下:
　　1)對六折葉攪拌器和六直葉攪拌器在相同操作條件下,對攪拌槽內(nèi)的流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,通過分析速度云圖、壓力云圖和湍流動能圖,發(fā)現(xiàn)六折葉攪拌器不僅具有較好的破

3、碎和分散性能,還具有較低的功率并節(jié)約能耗。在剪切要求不高的場合,使用六折葉攪拌器會更加合理。
　　2)研究了在不同攪拌轉(zhuǎn)速下的攪拌流場分布及力矩和功率情況。結(jié)果表明,在只改變攪拌轉(zhuǎn)速的情況下,攪拌槽內(nèi)的流場分布不會改變,只是流體的運(yùn)動速度會增加,力矩和攪拌功率也會隨之大幅度地增加。
　　3)六折葉攪拌器有軸向分流作用且流型近似于軸流型,具有較好的破碎和分散性能。六折葉攪拌器攪拌時所需要的功率小于六直葉攪拌器。在對剪切要求不高

4、的場合,使用六折葉攪拌器會更加合理。
　　4)通過PIV實(shí)驗(yàn)和CFD數(shù)值模擬結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)兩種測量方法得到的攪拌槽內(nèi)流型一致,速度場分布也一致,說明本文在CFD數(shù)值模擬過程中選用的MRF模型與k-ε模型正確,數(shù)值模擬與實(shí)際攪拌情況相符。因此PIV實(shí)驗(yàn)方法可以為磷酸攪拌器的數(shù)值模擬提供參考,進(jìn)一步說明了CFD數(shù)值模擬方法對攪拌槽內(nèi)的流型具有預(yù)測作用。
　　5)通過對固-液兩相的磷酸反應(yīng)槽的攪拌過程進(jìn)行了CFD數(shù)值模擬,研究了四種