侧入式搅拌中固液悬浮的数值模拟
当今世界环境污染日益严重，火电厂大量安装了烟气脱硫塔，脱硫塔底部浆液池是典型的侧入式搅拌。侧入式搅拌是一种特殊的搅拌形式，被广泛应用于石化、造纸、食品、环境等行业，它具有搅拌桨直径相对较小、安装位置特殊、搅拌功率较小等特点。由于流型的特殊性，侧入式搅拌一般将四个轴流搅拌器均匀安装在特大型平底搅拌槽底部侧壁。每个搅拌器不但有一个水平偏角，还有一个垂直倾角。垂直倾角一般取10°，作用是使搅拌器产生的轴流射向槽底，吹起槽底的固体颗粒减少沉淀；水平偏角一般取4°至12°之间的某值，作用是在槽底产生环流，加大四个搅拌器轴流扫过的面积，从而加强槽底各位置液相流动，减少固体的堆积。四个搅拌器轴流在槽底中心区域相互作用，产生向上的液流，液流到达水面再向四周分散，最后沿着槽壁向下流动，从而在全槽循环，达到固体悬浮的目的。
脱硫塔底部浆液池中固液悬浮效果对整个系统的脱硫效果有重要影响，而搅拌器水平偏角则是影响液相流场以及固相悬浮的关键因素。到目前为止，对侧入式搅拌中固液悬浮数值模拟方面的研究较少，为此用Fluent等软件进行如下工作：
建立了侧入式搅拌槽的数值分析模型，物料选用固相体积分数为15％、粒径为50μm的石膏晶体-脱硫塔浆液两相体系，采用标准κ-ε湍流模型模拟液相流动，欧拉多相流模型模拟悬浮过程。从液相速度场、固相浓度分布及能量消耗等方面探讨了搅拌器水平偏角和转速对整个搅拌槽固液悬浮效果的影响规律，确定了最佳水平偏角和转速。
对模拟结果进行分析总结，得到了下列结论：对固体悬浮起主要作用的是槽心区域的上升液相流动。加入固相后的上升液相流速比加入固相前要低，流型也会发生一定改变。随着搅拌器水平偏角α的增大，槽底循环加强，沉淀面积减小，但槽心区域上升液相逐渐减弱，固相颗粒在全槽的悬浮能力随之减弱。α对侧入式搅拌流型和各个位置的液相流速有不同程度的影响，α为8°至10°时的流型和液相流速对固液悬浮最为有利，而且此时槽底沉淀面积相对较小，平均固相浓度较低。从节能方面考虑，α为10°时功率消耗最小。综合各个因素，10°为最佳水平偏角。转速的增大可以提高槽底各个位置的液相流速，转速超过2400rpm时，槽心区域液相上升速度增大逐渐不明显。提高转速有利于固体悬浮，搅拌器转速大于等于2400rpm时，基本就能够达到固相在全槽悬浮的要求。随着转速的增长，单位体积功率非线性增加。综合各个因素，2400rpm左右是最佳转速，此时能量消耗适中，悬浮达到要求。这些结论为工业操作提供一定的参考。
山东大学
硕士
化工过程机械
周慎杰
2010
中文
TQ051.7;TQ021.1
60
2010-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）