FC蒸发结晶器内流体流动状态模拟研究

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近年来,在真空制盐生产过程中,盐产品的粒度、粒度分布越来越受重视,盐产品的粒度作为盐质量的重要指标之一,其均匀性和大小不仅影响产品的质量、而且还影响产品的性能。外加热式强制循环蒸发结晶器(External Heating Forced Circulation Evaporation Crystallizer,简称FC蒸发结晶器)因其适应性广、生产强度高和操作简单等优势被广泛应用于真空制盐行业。在真空制盐行业,为了获得纯度更高、粒度更大、粒度分布更均匀的产品,有必要对FC蒸发结晶器结构进行优化。主要的结构优化包含结晶器料液的进料方式、流动方向、设置盐脚、设置母液分离器等。关于进料方式及结晶器内流动方向已经有技术人员进行了较为深入的研究。盐脚和母液分离器是真空制盐蒸发结晶器中的重要组成部分,对产品纯度和粒度的控制起至关重要作用,因此,有必要对盐脚及母液分离器内的流体动力学和晶体悬浮状态做进一步研究。计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)是一门以计算机为工具,通过数值方法来求解流体流动的控制方程,从而获取整个计算域内各物理场的离散解,并以此来预测流体流动规律的学科。本文以真空制盐蒸发结晶器的盐脚和母液分离器为研究对象,采用CFD方法,模拟研究了盐脚、母液分离器内液相流场的分布情况及晶体的悬浮分布情况,主要内容包括:采用Euler-Euler多相流模型,将溶液定义为连续相,将晶体颗粒看成拟流体,定义为分散相;采用标准6)-模型和标准壁面函数来模拟盐脚、母液分离器内液相流场分布情况;而对于连续相和分散相间的相间作用力,包括形体阻力和曳力,本文主要指曳力,用Schiller Naumann模型进行描述。本研究将连续结晶过程的模拟简化为单一粒度晶体悬浮状态的模拟。在对盐脚的单相流模拟中,考察了淘洗卤水进料体积流量、导流筒与盐脚直径之比对盐脚内液相流场分布的影响;在对盐脚的两相流模拟中考察了晶体粒径、淘洗卤水进料体积流量对盐脚内氯化钠晶体悬浮分布的影响。在对母液分离器的多相流模拟中,考察了晶体粒径、溢流体积流量和母液分离器内外径之比对氯化钠、硫酸钙晶体在母液分离器内悬浮分布的影响。同时,获得了盐脚内液相流场分布、氯化钠晶体悬浮分布,母液分离器内氯化钠晶体悬浮分布、硫酸钙晶体悬浮分布,为盐脚及母液分离器结构设计提供理论依据,为优化蒸发结晶盐脚、母液分离器操作参数提供依据。
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