《一种新型浮选柱的数值模拟及性能研究（学位论文-工学）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种新型浮选柱的数值模拟及性能研究（学位论文-工学）（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一种新型浮选柱的数值模拟及性能研究Numerical Simulation and PerformanceResearch of a novel Column Flotation学 科 专 业 ： 化 学 工 程研 究 生 ： 温 新指 导 教 师 ： 刘 春 江 教 授天 津 大 学 化 工 学 院二 零 一 三 年 六 月独 创 性 声 明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得 的研 究 成 果 ， 除 了 文 中 特 别 加 以 标 注 和 致 谢 之 处 外 ， 论 文 中 不 包 含 其 他 人 已 经 发 表或 撰 写 过 的 研 究 成 果 ， 也 不 包
2、 含 为 获 得 天津大学 或 其 他 教 育 机 构 的 学 位 或 证书 而 使 用 过 的 材 料 。 与 我 一 同 工 作 的 同 志 对 本 研 究 所 做 的 任 何 贡 献 均 已 在 论 文 中作 了 明 确 的 说 明 并 表 示 了 谢 意 。学 位 论 文 作 者 签 名 ： 签 字 日 期 ： 年 月 日学 位 论 文 版 权 使 用 授 权 书本 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解 天津大学 有 关 保 留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 。特 授 权 天 津 大 学 可 以 将 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库
3、 进 行 检索 ， 并 采 用 影 印 、 缩 印 或 扫 描 等 复 制 手 段 保 存 、 汇 编 以 供 查 阅 和 借 阅 。 同 意 学 校向 国 家 有 关 部 门 或 机 构 送 交 论 文 的 复 印 件 和 磁 盘 。（ 保 密 的 学 位 论 文 在 解 密 后 适 用 本 授 权 说 明 ）学 位 论 文 作 者 签 名 ： 导 师 签 名 ：签 字 日 期 ： 年 月 日 签 字 日 期 ： 年 月 日摘要浮 选 技 术 在 矿 物 加 工 等 许 多 个 工 程 领 域 都 有 很 广 泛 的 应 用 。 本 文 详 细 描 述 了浮 选 过 程 的 机 理 ， 并
4、简 述 了 浮 选 设 备 发 展 的 历 史 ， 主 要 是 浮 选 机 和 浮 选 柱 ， 并 对这 两 种 浮 选 设 备 的 性 能 做 了 比 较 ， 发 现 浮 选 柱 具 有 结 构 简 单 、 降 低 能 耗 的 优 点 ，并 具 有 良 好 的 应 用 前 景 。本 文 第 二 部 分 内 容 采 用 计 算 流 体 力 学 方 法 研 究 了 多 级 规 整 填 料 浮 选 柱 塔 节的 气 液 两 相 流 动 。 经 过 合 理 的 简 化 ， 建 立 了 描 述 浮 选 柱 塔 节 内 气 液 两 相 流 动 的 二维 数 学 模 型 ， 模 型 中 采 用 了 标 准
5、 k - 模 型 模 拟 浮 选 柱 塔 节 内 的 湍 流 流 动 ， 采 用 了欧拉- 欧拉多相流模型描述气液两相的关系，并考虑了两相之间的曳力。应用该模 型 分 析 和 比 较 了 不 同 入 口 气 相 流 速 条 件 下 ， 浮 选 柱 塔 节 内 的 气 含 率 分 布 ， 压 力场 分 布 ， 气 相 速 度 场 分 布 和 液 相 速 度 场 分 布 ， 结 果 表 明 随 着 气 相 流 量 的 增 大 ， 浮选 柱 内 部 气 含 率 增 大 ， 液 体 循 环 速 度 增 大 ， 从 而 气 液 之 间 混 合 更 加 充 分 ， 这 对 于提 高 浮 选 柱 的 分 选
6、 效 率 和 设 备 的 放 大 有 重 要 意 义 。文 中 讨 论 了 目 前 较 为 常 见 的 浮 选 柱 的 优 点 和 所 存 在 的 不 足 ， 解 释 了 这 种 新 型浮 选 柱 设 计和制 造 的 理论依 据 ， 并将精 馏 过 程当中 用 于 分离的 规 整 填料放 置 其中 。 采 用 本 实 验 室 自 主 创 新 研 发 的 多 级 规 整 填 料 浮 选 柱 在 河 北 省 唐 山 市 钱 家 营 开滦 煤 矿 选 煤 厂 进 行 了 煤 浆 浮 选 试 验 的 研 究 。 选 择 了 不 同 气 液 相 流 量 配 比 和 不 同 停留 时 间 作 为 条 件
7、进 行 试 验 ， 并 将 每 种 条 件 下 分 选 出 来 的 精 煤 和 尾 煤 样 品 带 回 ， 进行 灰 分 的 测 定 。 在 气 体 1.25m3h-1， 进 料 0.05m3h-1条 件 下 20 分 钟 停 留 时 间 获 得了 精 煤 灰 分 10.28%， 尾 煤 灰 分 43.39%， 精 煤 产 率 52.53%的 指 标 ， 与 该 厂 浮 选 精煤 灰 分 10.58%相 接 近 。按 照 浮 选 柱 设 备 塔 节 的 构 造 ， 制 作 了 一 个 平 面 流 动 的 有 机 玻 璃 塔 节 实 验 装置 。 利 用 PIV 测 速 技 术 ， 观 测 并
8、计 算 装 置 内 部 流 体 中 示 踪 粒 子 的 流 速 分 布 ， 进 而研 究 装 置 内 部 气 液 两 相 循 环 流 动 的 特 性 。分 析 和 比 较 数 值 模 拟 和 煤 浆 分 选 试 验 的 结 果 ， 认 为 浮 选 柱 内 循 环 结 构 还 可 以进 一 步 的 优 化 ， 同 时 浮 选 系 统 也 向 着 自 动 化 的 方 向 发 展 。 数 值 模 拟 方 面 ， 需 要 建立 更 加 完 善 的 数 学 模 型 ， 从 而 真 实 地 反 应 浮 选 柱 内 部 相 与 相 之 间 的 相 互 作 用 ， 提出 相 应 的 理 论 用 于 设 备 放
9、 大 ， 指 导 制 造 高 效 低 能 耗 的 浮 选 设 备 。关键词： 数 值 模 拟 多 级 规 整 填 料 浮 选 柱 PIV 测 速 煤 浆 分 选ABSTRACTFlotation method has a very wide range of applications in the field ofengineering, including mineral processing. This paper describes the mechanism of theflotation process, tells the history of the development of
10、 the flotation device, flotationmachine and flotation column. When comparing the advantages and disadvantages ofthese two flotation devices, the author gets the conclusion that the flotation columnhas an advantage of reducing energy consumption, which means, from the perspectiveof long-term developm
11、ent, the flotation column would have a good applicationprospect.This article uses computational fluid dynamics software FLUENT6.3.26 tosimulate the flowfield in the multi-level structure packing flotation column(MSSPFC). In order to simplify the calculation process, a standard k - turbulencemodel wa
12、s used to describe these two phases in the simulations, considering the dragforce for interphase momentum transfer only. The velocity of the circulating liquidand gas holdup distribution in the different radial positions are obtained through thesimulations. It is shown that increase the gas velocity
13、 would improve the gas holdupand liquid circulation rate, which means the more sufficiently gas and liquid weremixed, the better effect of flotation would be.This paper discusses the advantages and disadvantages of the existing flotationcolumns, and the theoretical basis for the MSSPFC. The structur
14、ed packings, whichare widely used in separation process, are also used in this flotation column. Anotherpart of research work is finished in Qianjiaying Coal Slurry, Tangshan city, Hebeiprovince. Different gas-liquid flow ratio and residence time are chosen in theexperiment, then the sorting out sam
15、ples are tested to get the ash percentage.In accordance with the structure of the MSSPFC, a plexiglass experimentaldevice is made. The author uses the PIV technology to observe and calculate thevelocity distribution in this device, in order to get a deeper research of the internalcirculating flowfie
16、ld characteristics.After analysing and comparising the results of numerical simulation and coalslurry separation test, the author believe that the loop structure in this flotation columncan be further optimized, and the flotation system can be developed in the direction ofautomatization. In numerical simulation, a more comprehensive mathematical modelis necessary, in order to truly reflect the interaction between the phases in the flotationcolumn. I
