氧化鋁沉降槽赤泥分離過程的仿真與實驗研究及參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、赤泥沉降分離是氧化鋁生產(chǎn)工藝中十分關(guān)鍵的工序之一，對氧化鋁產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量有著重要影響。近年來鋁土礦品位的不斷降低，導(dǎo)致氧化鋁生產(chǎn)中沉降分離工序問題頻發(fā)，沉降槽的產(chǎn)能及其運行穩(wěn)定性已經(jīng)成為制約氧化鋁生產(chǎn)的瓶頸之一。因此，全面深入地研究沉降槽及赤泥沉降分離過程，對目前沉降槽產(chǎn)能提升和沉降槽的優(yōu)化設(shè)計具有重要指導(dǎo)意義。
　　本文以實際生產(chǎn)中的高效深錐沉降槽為研究對象，從提升絮凝反應(yīng)效率的角度出發(fā)，采用數(shù)值計算、實驗研究和理論分析的研究

2、方法，對沉降槽內(nèi)固液兩相流動、混合及分離過程進(jìn)行了深入研究。本研究的主要工作與相關(guān)結(jié)論如下:
　　(1)針對沉降槽赤泥分離過程在國內(nèi)鮮有研究以及國外研究多屬于保密性技術(shù)成果這一現(xiàn)狀，本文建立了較為完善的可用于研究沉降槽內(nèi)赤泥分離過程的三維穩(wěn)態(tài)數(shù)值模型。利用所建立的數(shù)值模型對沉降分離過程進(jìn)行較系統(tǒng)的模擬計算，通過與測試值的對比驗證了計算模型的可靠性與正確性。
　　(2)以改善中心桶內(nèi)赤泥濃度場從而提升絮凝反應(yīng)效率為出發(fā)點，提出

3、了最優(yōu)固含體積分?jǐn)?shù)的評價指標(biāo)以及沉降槽進(jìn)料方式的改造和優(yōu)化方案。利用本研究所建立的數(shù)值模型對優(yōu)化方案進(jìn)行數(shù)值模擬，并在此基礎(chǔ)上對某氧化鋁廠沉降槽進(jìn)行工業(yè)改造，獲得了理想的經(jīng)濟效益。數(shù)值計算結(jié)果表明:中心桶內(nèi)的平均固含由改造前的71.8 g·l-1降低到56.8 g·l-1，最優(yōu)絮凝固含的體積分?jǐn)?shù)從改造前的7％提高到了24.3％，能極大促進(jìn)桶內(nèi)絮凝反應(yīng)效率的提升。工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明:在進(jìn)料固含提升10 g·l-1的前提下，改造后沉降槽的底流

4、固含較改造前提高了2.4％，溢流浮游物降低了2％，絮凝劑消耗量降低了8.1％，一條生產(chǎn)線每年為生產(chǎn)企業(yè)節(jié)約成本163.5萬元。
　　(3)設(shè)計并搭建了沉降槽水模型實驗平臺，提出了有限個顆粒脈沖示蹤法，并利用停留時間分布的理論實現(xiàn)了對中心桶內(nèi)流體流動分布規(guī)律的定性和定量研究。實驗結(jié)果表明:中心桶內(nèi)同時存在混合流動、不參與主體流動的“死區(qū)”和流體“短路”現(xiàn)象，環(huán)形擋流板可以有效地減小“短路”現(xiàn)象的發(fā)生;中心桶尺寸對中心桶內(nèi)流體的分布規(guī)

5、律有著重要影響。流體的無因次平均停留時間隨著中心桶高徑比的增大而增加。
　　(4)利用非理想流動模型及停留時間數(shù)字特征，提出了評價中心桶內(nèi)物料流動規(guī)律的分析方法。以隔室模型為依據(jù)，提出了有效流動區(qū)域體積分?jǐn)?shù)這一評價指標(biāo)以評估中心桶內(nèi)流場分布對絮凝劑與赤泥混合程度的影響。在穩(wěn)態(tài)數(shù)值模型的基礎(chǔ)上建立了沉降槽中心桶內(nèi)礦漿混合過程的瞬態(tài)數(shù)值模型。利用本研究所提出的數(shù)值模型、評價方法以及評價指標(biāo)對不同結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)下中心桶內(nèi)礦漿的流動分布進(jìn)

6、行計算并對結(jié)果進(jìn)行深入的討論和分析。仿真結(jié)果表明:中心桶內(nèi)的礦漿流動屬于大混合程度的流動，ADM模型參數(shù)Pe數(shù)介于0.21至3.21之間，TISM模型表明中心桶可近似為1.19至3.44個串聯(lián)的全混流動釜;結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)對中心桶內(nèi)礦漿流動分布規(guī)律有著重要影響，當(dāng)結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)變化時，中心桶內(nèi)的流動區(qū)域之間存在相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系。
　　(5)利用正交試驗理論，以有效流動區(qū)域體積分?jǐn)?shù)為優(yōu)化指標(biāo)，采用數(shù)值模擬的方法對影響中心桶內(nèi)礦漿流動分布

7、規(guī)律的5個因素進(jìn)行了優(yōu)化研究，得到如下結(jié)論:中心桶高度(D)和進(jìn)料流量(A)對評價指標(biāo)有著高度顯著影響，進(jìn)料管位置(C)對評價指標(biāo)有著顯著影響，中心桶直徑(B)有較為顯著的影響，而擋流板位置(E)無顯著影響;工藝參數(shù)最佳組合為A5B1C5D1E1，對其進(jìn)行數(shù)值模擬的結(jié)果表明，中心桶內(nèi)有效流動區(qū)域的體積分?jǐn)?shù)ξeff達(dá)到90％，較基準(zhǔn)工況提高23％，能明顯改善中心桶內(nèi)的流場環(huán)境，促進(jìn)絮凝反應(yīng)效率的提升。
　　(6)建立了沉降槽內(nèi)赤泥顆