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磷酸工程反应槽两相流场的分析及研究

作　者: 熊仲营
导　师: 魏化中
学　校: 武汉工程大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 磷酸反应槽有限元分析固液两相流混合效果功率消耗
分类号: TQ126.35
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 22次
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内容摘要

磷酸反应槽是磷酸装置生产工艺流程中的关键设备之一,磷矿粉与浓硫酸在反应槽内反应生成磷酸。在磷酸反应槽中,机械式搅拌用于槽内,强制料液沿着特定的方向和流速运动,达到充分混合反应的目的。机械式搅拌器也是磷酸工艺中的重要设备之一。本文是为了研究云南磷肥厂某工程φ6500×7500磷酸反应槽(搅拌桨选φ2500PBT四折叶搅拌器)生产过程中的节能优化问题。该磷酸反应槽从设计施工到投入使用已历数年,应厂家的要求,希望能在达到理想搅拌效果的前提下尽量减小转速,降低功率,减少电能的消耗。而传统搅拌桨转速设计大多来自工程实践经验,主要考虑的是搅拌轴的功率和磷酸质量等因素,而忽略了内部流场和颗粒浓度分布等信息,因此,传统搅拌桨转速的设计缺乏理论根据。本文希望通过软件模拟磷酸反应槽内的实际情况,找出槽内流场、颗粒浓度分布以及功率等之间的关系,以求以最小的能耗完成反应槽内的理想搅拌效果的目的。本文结合Fluent流体软件与实验分析对磷酸反应槽的节能优化问题进行理论分析研究,通过建立冷态模拟环境对磷酸反应槽的相关流场问题进行模拟分析,并和磷酸反应槽实际环境的模拟研究结果进行对比,验证磷酸反应槽模拟结果的正确性。并通过对磷酸反应槽实际环境下的模拟结果对磷酸反应槽的转速设计提出改进建议。本文的研究工作对磷酸反应槽的转速设计有一定的参考价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题研究的背景和意义  9-12
    1.1.1 湿法磷酸的制备  9-10
    1.1.2 磷酸反应槽是磷酸生产工艺中的关键设备  10
    1.1.3 课题研究现状与意义  10-12
  1.2 CFD 技术在搅拌器流场中的应用及发展  12-14
    1.2.1 CFD 技术简介  12
    1.2.2 CFD 技术应用于搅拌槽模型的发展  12-14
  1.3 固液悬浮特性  14-17
    1.3.1 搅拌槽内固液两相流的研究  15-17
      1.3.1.1 搅拌槽内固液两相流场的数值模拟  15-17
第2章研究内容及方案  17-25
  2.1 本文研究课题简介  17-19
  2.2 本文的研究目的  19
  2.3 本文的研究内容及方案  19-22
    2.3.1 本文的研究内容  19-20
    2.3.2 本文的课题研究方案  20-22
  2.4 本文研究方案论证  22-25
第3章平底搅拌槽流场的数值模拟  25-55
  3.1 冷态平底搅拌槽模型的必要性  25-26
  3.2 磷酸槽物料参数的测量  26-29
    3.2.1 固含量测量  26
    3.2.2 密度测量  26
    3.2.3 粘度测量  26-27
    3.2.4 粒径分布测量  27-29
  3.3 本文研究课题的实施方案及工艺分析  29-30
  3.4 平底搅拌槽流场的数值模拟  30-40
    3.4.1 平底搅拌槽流场的相似论证  30-34
    3.4.2 多相流模型的选择  34-39
    3.4.3 流体力学模型的选择  39-40
  3.5 计算体系  40-50
    3.5.1 研究方法  40-50
  3.6 平底搅拌槽流场的实验验证  50-55
    3.6.1 实验装置及主要参数指标  50-52
    3.6.2 实验结果及结论  52-55
第4章磷酸反应槽流场的数值模拟  55-61
  4.1 磷酸槽搅拌流场的数值模拟  55-61
    4.1.1 计算体系  55-56
    4.1.2 磷酸反应槽流场模拟  56-61
第5章结论与分析  61-67
  5.1 磷酸反应槽功率模拟结果  61
  5.2 φ6500 和φ500 两种模型模拟结果的相似对比论证  61-64
  5.3 磷酸反应槽转速的改进措施  64-65
  5.4 磷酸反应槽模拟结论的适用性、可靠性和可行性论证  65-67
第6章全文总结  67-69
参考文献  69-73
致谢  73-74
攻读硕士期间已发表的论文  74

磷酸工程反应槽两相流场的分析及研究

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