化工进展 ›› 2019, Vol. 38 ›› Issue (06): 2590-2599.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1793
收稿日期:
2018-09-06
出版日期:
2019-06-05
发布日期:
2019-06-05
作者简介:
朱桂华(1962—),男,博士,副教授,硕士生导师,研究方向为机电一体化及环保设备。E-mail:<email>zhuguihuaok@163.com</email>。
基金资助:
Guihua ZHU(),Aolin ZHANG,Nanhui PENG,Sai BA,Weize HE,Zhikun HU
Received:
2018-09-06
Online:
2019-06-05
Published:
2019-06-05
摘要:
对矿井采卤制盐工艺产生的盐泥使用卧螺离心机进行固液分离,应用计算流体力学软件Fluent,基于多相流Eulerian模型、RNG k-ε湍流模型及多重参考系(MRF)方法,对卧螺离心机流体域进行三维数值模拟,采用仿真与实验相结合的方式,研究了转鼓转速与分离特性的关系,结果表明:卧螺离心机在考虑螺旋叶片情况下比忽略螺旋叶片时切向速度滞后系数有明显提升;提出修正离心液压的概念,通过该理论数值证明分离液静压值与理论值的误差源于切向速度的滞后;当转鼓转速达3000r/min以上继续提高时,沉渣固相质量分数不会随之继续增大;分离液中固相微粒的沉降速度随转速增大会小幅均匀增大;实验表明卧螺离心机用于高浓度卤水高速离心时,将在径向产生一定程度的NaCl浓度梯度,溶质浓度在分离液外层较高,内层较低。
中图分类号:
朱桂华, 张傲林, 彭南辉, 巴赛, 何伟泽, 胡志坤. 卧螺离心机用于盐泥固液分离时转鼓转速对流场特性的影响[J]. 化工进展, 2019, 38(06): 2590-2599.
Guihua ZHU, Aolin ZHANG, Nanhui PENG, Sai BA, Weize HE, Zhikun HU. Effect of drum rotational speed on flow field characteristics of decanter centrifuge for solid-liquid separation of salt sludge[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2019, 38(06): 2590-2599.
物性参数 | 数值 |
---|---|
密度ρ/kg·m-3 | 1378 |
液相密度ρ 1/kg·m-3 | 1189 |
固相密度ρ s/kg·m-3 | 2238 |
液体黏度φ/Pa·s | 0.0098 |
固相体积分数/% | 18 |
液相体积分数/% | 82 |
固相粉末粒径d/mm | 0.046 |
pH | 9.5 |
液相(卤水)NaCl浓度/g·L-1 | 296 |
表1 盐泥基本物性参数
物性参数 | 数值 |
---|---|
密度ρ/kg·m-3 | 1378 |
液相密度ρ 1/kg·m-3 | 1189 |
固相密度ρ s/kg·m-3 | 2238 |
液体黏度φ/Pa·s | 0.0098 |
固相体积分数/% | 18 |
液相体积分数/% | 82 |
固相粉末粒径d/mm | 0.046 |
pH | 9.5 |
液相(卤水)NaCl浓度/g·L-1 | 296 |
成分 | 质量分数/% |
---|---|
CaCO3 | 37.40 |
Mg(OH)2 | 25.43 |
NaCl | 20.70 |
其他微量元素 | 16.47 |
表2 盐泥固相成分及质量分数
成分 | 质量分数/% |
---|---|
CaCO3 | 37.40 |
Mg(OH)2 | 25.43 |
NaCl | 20.70 |
其他微量元素 | 16.47 |
名称 | 数值 |
---|---|
转鼓直径 D/mm | 520 |
螺旋内筒直径 d/mm | 340 |
转鼓柱段长度 L 1/mm | 870 |
转鼓锥段长度 L 2/mm | 690 |
全长 L/mm | 1560 |
液池深度 ΔH/mm | 90 |
转鼓锥角 α/(°) | 9.0 |
螺旋导程 S/mm | 130 |
长径比 L/D | 3.0 |
进料口直径 a/mm | 50 |
表3 卧螺离心机基本结构参数
名称 | 数值 |
---|---|
转鼓直径 D/mm | 520 |
螺旋内筒直径 d/mm | 340 |
转鼓柱段长度 L 1/mm | 870 |
转鼓锥段长度 L 2/mm | 690 |
全长 L/mm | 1560 |
液池深度 ΔH/mm | 90 |
转鼓锥角 α/(°) | 9.0 |
螺旋导程 S/mm | 130 |
长径比 L/D | 3.0 |
进料口直径 a/mm | 50 |
实验编号 | 流量/L·s-1 | 理论速度 /rad·s-1 | ΔH/mm | 实验速度 /rad·s-1 | 实验滞后系数 | 模拟速度 /rad·s-1 | 模拟滞后系数 | 误差/% |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 0.125 | 36.65 | 40 | 23.09 | 0.63 | 22.1835 | 0.6053 | 3.93 |
2 | 0.125 | 42.95 | 40 | 22.34 | 0.52 | 21.3679 | 0.4975 | 4.35 |
3 | 0.125 | 47.12 | 40 | 32.04 | 0.68 | 30.1337 | 0.6395 | 5.95 |
4 | 0.125 | 52.36 | 40 | 36.65 | 0.70 | 34.1384 | 0.6520 | 6.85 |
5 | 0.198 | 41.89 | 34 | 22.20 | 0.53 | 20.9573 | 0.5003 | 5.60 |
表4 不同转速下滞后系数的实验与模拟结果
实验编号 | 流量/L·s-1 | 理论速度 /rad·s-1 | ΔH/mm | 实验速度 /rad·s-1 | 实验滞后系数 | 模拟速度 /rad·s-1 | 模拟滞后系数 | 误差/% |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 0.125 | 36.65 | 40 | 23.09 | 0.63 | 22.1835 | 0.6053 | 3.93 |
2 | 0.125 | 42.95 | 40 | 22.34 | 0.52 | 21.3679 | 0.4975 | 4.35 |
3 | 0.125 | 47.12 | 40 | 32.04 | 0.68 | 30.1337 | 0.6395 | 5.95 |
4 | 0.125 | 52.36 | 40 | 36.65 | 0.70 | 34.1384 | 0.6520 | 6.85 |
5 | 0.198 | 41.89 | 34 | 22.20 | 0.53 | 20.9573 | 0.5003 | 5.60 |
转速/r·min-1 | 转速/r·min-1 | ||
---|---|---|---|
500 | 0.9364 | 3000 | 0.9247 |
1000 | 0.9306 | 3500 | 0.9252 |
1500 | 0.9245 | 4000 | 0.9223 |
2000 | 0.9288 | 4500 | 0.9201 |
2500 | 0.9306 | 5000 | 0.9231 |
表5 不同转速时的当量滞后系数
转速/r·min-1 | 转速/r·min-1 | ||
---|---|---|---|
500 | 0.9364 | 3000 | 0.9247 |
1000 | 0.9306 | 3500 | 0.9252 |
1500 | 0.9245 | 4000 | 0.9223 |
2000 | 0.9288 | 4500 | 0.9201 |
2500 | 0.9306 | 5000 | 0.9231 |
实验编号 | 转鼓转速 /r·min-1 | 差速/r·min-1 | 固相质量分数/% |
---|---|---|---|
1 | 520.0 | 9.0 | 46.00 |
2 | 1007.0 | 13.0 | 57.27 |
3 | 1495.0 | 12.0 | 60.71 |
4 | 2015.0 | 12.0 | 61.40 |
5 | 2502.0 | 14.5 | 66.80 |
6 | 2990.0 | 13.0 | 69.53 |
7 | 3217.5 | 13.0 | 69.60 |
表6 不同转速及差转速下固相质量分数
实验编号 | 转鼓转速 /r·min-1 | 差速/r·min-1 | 固相质量分数/% |
---|---|---|---|
1 | 520.0 | 9.0 | 46.00 |
2 | 1007.0 | 13.0 | 57.27 |
3 | 1495.0 | 12.0 | 60.71 |
4 | 2015.0 | 12.0 | 61.40 |
5 | 2502.0 | 14.5 | 66.80 |
6 | 2990.0 | 13.0 | 69.53 |
7 | 3217.5 | 13.0 | 69.60 |
实验编号 | 转鼓转速 /r·min-1 | 差速 /r·min-1 | 样品A NaCl浓度 /g·L-1 | 样品B滤液NaCl浓度 /g·L-1 | 样品C NaCl浓度 /g·L-1 |
---|---|---|---|---|---|
1 | 1007.0 | 13.0 | 230.0 | 310.0 | — |
2 | 1495.0 | 12.0 | 191.0 | 311.0 | — |
3 | 2015.0 | 12.0 | 185.0 | 310.7 | — |
4 | 2502.0 | 14.5 | 166.5 | 313.5 | — |
5 | 2990.0 | 13.0 | 158.0 | 313.0 | — |
6 | 3217.5 | 13.0 | 157.0 | 312.6 | — |
7 | 原盐泥清液1 | — | — | — | 298 |
8 | 原盐泥清液2 | — | — | — | 284 |
9 | 原盐泥清液2 | — | — | — | 306 |
表7 样品A、B、C的NaCl浓度实验情况
实验编号 | 转鼓转速 /r·min-1 | 差速 /r·min-1 | 样品A NaCl浓度 /g·L-1 | 样品B滤液NaCl浓度 /g·L-1 | 样品C NaCl浓度 /g·L-1 |
---|---|---|---|---|---|
1 | 1007.0 | 13.0 | 230.0 | 310.0 | — |
2 | 1495.0 | 12.0 | 191.0 | 311.0 | — |
3 | 2015.0 | 12.0 | 185.0 | 310.7 | — |
4 | 2502.0 | 14.5 | 166.5 | 313.5 | — |
5 | 2990.0 | 13.0 | 158.0 | 313.0 | — |
6 | 3217.5 | 13.0 | 157.0 | 312.6 | — |
7 | 原盐泥清液1 | — | — | — | 298 |
8 | 原盐泥清液2 | — | — | — | 284 |
9 | 原盐泥清液2 | — | — | — | 306 |
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