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1、天津大学硕士研究生毕业论文开题报告,预脱硅浆液调配槽流场分析及优化,指导老师：刘丽艳汇 报 人：李晨辰,目录,课题背景,2,课题研究内容,3,4,5,实验数据,研究方法,进度安排,1,课题背景,大唐国际高铝粉煤灰项目 1、内蒙古煤铝共生资源开发利用情况及高铝粉煤灰的产生,内蒙古中西部地区由于特殊的地质背景，在晚古生代煤层及夹矸中赋存大量一水软铝石和高岭石等富铝矿物形成煤铝共生矿产资源。,图1 准格尔煤田煤-铝共生特点,课题背景,1、内蒙古煤铝共生资源开发利用情况及高铝粉煤灰的产生,表1 内蒙古自治区煤铝共生矿产的分布与开采情况,课题背景,1、内蒙古煤铝共生资源开发利用情况及高铝粉煤灰的产生,这
2、些宝贵的煤铝共生矿物资源并未得到科学合理的开发利用，不仅造成了我国紧缺的含铝矿物资源的大量浪费，而且粉煤灰的运输和大量囤积产生了严重的占地和环境污染问题。,图2 内蒙古大唐国际托克托电厂储灰场,课题背景,2、我国的铝土矿资源危机 近年来，随着我国铝工业的高速发展，铝土矿和氧化铝供应短缺的矛盾日益突出。,储量少,人均占有量少,分布不均,不能满足我国铝工业的发展需求，尤其是能源丰富且适宜发展电解铝工业的内蒙、宁夏、青海、新疆等西部地区，因缺乏天然铝土矿资源，氧化铝全部依赖外购。,课题背景,3、高铝粉煤灰的资源特性极其作为氧化铝提取对象的可能性,表2 高铝粉煤灰主要元素氧化物的百分含量（wt%）,表
3、3 X衍射定量分析结果（wt%）,课题背景,3、高铝粉煤灰的资源特性极其作为氧化铝提取对象的可能性,添加文本,提高粉煤灰的利用水平，实现这类宝贵资源的高附加值利用,实现这类粉煤灰的大量“消化”，从而克服以往我国粉煤灰综合利用的一大瓶颈,课题背景,3、高铝粉煤灰的资源特性极其作为氧化铝提取对象的可能性,添加文本,与铝土矿相比，粉煤灰颗粒细，硬度低，这样就能免去繁杂的选矿和破碎工序，这也是粉煤灰提取氧化铝的优势之一。,高铝粉煤灰的 Al/Si 虽然低于碱石灰烧结法所适用的中低品位铝土矿，但经过预先脱硅处理之后，Al/Si 会明显提高并与铝土矿接近。,严密地研究论证表明，采用适当的技术方案从这类高铝
4、粉煤灰中提取Al2O3，在技术上、环保上、经济效益和社会效益上都是可行的。,课题背景,4、本项目总的技术路线,课题研究内容,图3 调配槽,6000*6000附电机 N=22KW液面高度 1-4.4m转速 36r/min温度 70-80固含 350-450g/L,调配槽,课题研究内容,由于翼形轴流式搅拌桨（CBY搅拌桨）所产生的剪切温和、轴向速度大、主体循环好，易形成体系的整体循环，而且当搅拌槽高与槽径之比较大时，通常采用多层桨搅拌，以保证槽内有良好的混合。因此调配槽中采用的是双层翼形轴流式搅拌桨。,本课题针对预脱硅工艺段调配槽的搅拌装置进行研究。,SiO2平均脱除率：41%NaOH回收率：95
5、%,课题研究内容,但是目前调配槽的搅拌装置存在一些问题。比如：搅拌不均匀；负荷比较高；由于槽下部沉降固体颗粒较多导致搅拌桨无法转动需要停产检修；过低的液位会使得上部搅拌桨起不到很好的作用。,图4 搅拌桨,课题研究内容,本课题拟从上述问题出发，对现有搅拌槽进行如下研究：流场是否存在滞留区以及滞留区的大小；速度场分布及其不均匀度；剪切速率分布及其不均匀度；固体颗粒浓度分布及其不均匀度；搅拌桨各层搅拌功率及总搅拌功率；流型特点。,课题研究内容,课题目标运用数值模拟以及小试实验对调配槽中搅拌装置进行研究，通过对搅拌桨形式、尺寸、布置位置以及转速的调节达到以下目标：优化搅拌效果；减小功率消耗；为搅拌器的
6、放大提供依据。,实验数据,预脱硅工艺段物料物性数据的实验测试,1、实验室配置物料测试（1）未脱硅粉煤灰浆液 粘度（测试40-80之间的粘温曲线）,图5 未脱硅粉煤灰浆液粘温曲线,实验数据,预脱硅工艺段物料物性数据的实验测试,流变性（剪切力应变之间的曲线，在40、50、60下，分别测试该流体的流变特性）,图6 未脱硅粉煤灰浆液剪切速率粘度曲线,实验数据,预脱硅工艺段物料物性数据的实验测试,细化程度（未脱硅粉煤灰浆液，NK=110-140g/L，液固比为3。用160gNaOH，1L蒸馏水，原灰333g配得，控制温度为45。每次取50mL测粘度以及铝硅比和粒径，过滤用25mL热水水洗3次），实验结果
7、如下：,实验数据,预脱硅工艺段物料物性数据的实验测试,a、铝硅含量,实验数据,预脱硅工艺段物料物性数据的实验测试,b、粒径变化（温度60）,实验数据,预脱硅工艺段物料物性数据的实验测试（2）脱硅粉煤灰浆液 粘度（在80-95之间测试粘温曲线）,图7 脱硅粉煤灰浆液粘温曲线,实验数据,预脱硅工艺段物料物性数据的实验测试 流变性（剪切力应变之间的曲线，在80、85、90下，分别测试该流体的流变特性）,图8 脱硅粉煤灰浆液剪切速率粘度曲线,实验数据,预脱硅工艺段物料物性数据的实验测试 沉降速度,图9 脱硅粉煤灰浆液沉降速度曲线,实验数据,预脱硅工艺段物料物性数据的实验测试 2、现场取样测试（1）未脱
8、硅粉煤灰浆液 粘度（测试40-80之间的粘温曲线）,图10 未脱硅粉煤灰浆液粘温曲线,实验数据,预脱硅工艺段物料物性数据的实验测试流变性（剪切力应变之间的曲线，在40、50、60下，分别测试该流体的流变特性）,图11 未脱硅粉煤灰浆液剪切速率粘度曲线,实验数据,预脱硅工艺段物料物性数据的实验测试 沉降速度,图12 未脱硅粉煤灰浆液沉降速度曲线,实验数据,预脱硅工艺段物料物性数据的实验测试（2）脱硅粉煤灰浆液 粘度（在80-95之间测试粘温曲线）,图13 脱硅粉煤灰浆液粘温曲线,实验数据,预脱硅工艺段物料物性数据的实验测试 流变性（剪切力应变之间的曲线，在80、85、90下，分别测试该流体的流变
9、特性）,图14 脱硅粉煤灰浆液剪切速率粘度曲线,研究方法,（一）数值模拟 搅拌槽内流场的数值模拟主要包括桨叶内部和桨叶以外两个部分,需充分考虑这两个部分流动的相互影响从而实现槽内流场的整体模拟。本文拟在CFX软件平台上采用旋转坐标系和k-双方程湍流模型计算搅拌槽内流体的流动状态并对该计算结果进行可视化和定量的数值计算结果分析。,研究方法,CFD 研究方法,黑箱模型法,动量源法,内外迭代法,多重参考系法,滑移网格法,动网格法,研究方法,（一）数值模拟1、数学模型 建立固液两相流数学模型 采用欧拉-欧拉多相流模型进行数值模拟分析2、物理模型选用多重参考系法，将各个计算区域分成互不重叠的圆筒状和圆柱
10、状区域，设定区域分别为静止和旋转坐标系，搅拌桨相对内部子区域静止，实现搅拌桨的旋转。,研究方法,（二）小试实验根据相似准则，等比例缩小实际搅拌装置，建立120mm的小型调配槽，槽壁材质为有机玻璃，搅拌桨材质为不锈钢。通过实验观察、测量以下内容：固体颗粒分布情况（可加入示踪粒子）；搅拌功率测量；搅拌流场速度分布测量。,时间安排,数值模拟方法的完善，模型的建立以及验证；,2012.11-12,2013.01-03,2013.04-07,2013.08-11,2013.12-2014.06,研究不同模拟参数对模拟结果的影响；,完成小试实验的建立，并将实验结果与模拟结果做对比，对数值模拟进行验证；,完成小论文的撰写；,撰写学位论文，完成毕业答辩工作。,Thank You!,
