【摘 要】
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钒钛磁铁矿提钒是获得金属钒的重要途径,浸出过程是湿法提钒中的重要环节,浸出率的高低直接影响提钒生产效率。湿法提钒过程中常用的浸出设备是机械搅拌反应釜。由于在工业生产过程中,大型搅拌反应釜内仍然存在速度和浓度分布不均匀等问题,导致固液两相混合效果差,金属钒浸出率低。因此运用CFD技术对搅拌釜内固液两相流进行数值模拟,为浸出设备的设计与优化提供一定的指导作用是非常有必要的。论文针对无盐焙烧-高温碱浸湿
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钒钛磁铁矿提钒是获得金属钒的重要途径,浸出过程是湿法提钒中的重要环节,浸出率的高低直接影响提钒生产效率。湿法提钒过程中常用的浸出设备是机械搅拌反应釜。由于在工业生产过程中,大型搅拌反应釜内仍然存在速度和浓度分布不均匀等问题,导致固液两相混合效果差,金属钒浸出率低。因此运用CFD技术对搅拌釜内固液两相流进行数值模拟,为浸出设备的设计与优化提供一定的指导作用是非常有必要的。论文针对无盐焙烧-高温碱浸湿法提钒新工艺,以实验室用浸钒搅拌反应釜为研究对象,运用CFD技术,建立几何模型和固液两相流动数学模型,研究搅拌速度、不同桨型、双层桨及离底高度、挡板和打孔挡板等参数对釜内流场分布的影响。论文的成果主要有以下几点:（1）直叶桨、斜叶桨及四弯叶桨反应釜内液相速度随转速的增大而增大,且速度场逐渐均匀,但是当转速达到100r/min之后,转速对反应釜内液相速度的作用变小。直叶桨和斜叶桨反应釜桨叶正下方和搅拌轴附近存在低速区,转速的增大对低速区无明显改善;四弯叶桨反应釜内,搅拌轴附近和桨叶正下方速度相比于其他位置要低,随着转速的增大,低速区改善比较明显。（2）三种反应釜内固相颗粒分布随着转速的改变而变化,在低转速时,固相颗粒主要堆积在釜底。底部的颗粒随转速的增大而开始悬浮,直叶桨釜内固相颗粒达到完全悬浮需要的转速为1 20r/min;而斜叶桨反应釜和四弯叶桨反应釜为了达到固相悬浮、底部无堆积则分别需要100r/min和80r/min的转速。（3）当转速为100r/min时,通过对比发现:四弯叶桨釜内速度相对更大,速度分布更均匀,且变化更复杂,对增强釜内湍流程度作用更大;斜叶桨和直叶桨相比,两者速度场的分布相差不大,速度随轴坐标的变化趋势基本相同,斜叶桨各种速度稍大于直叶桨。（4）由上层四弯叶桨和下层斜叶桨组成的双层桨,釜内液相速度明显大于单层桨,反应釜下层内壁附近的区域速度场得到改善。双层桨离底高度为20mm时,更加有利于固液两相的混合,为浸出创造出更好的环境。（5）加入挡板后,反应釜内液相流动变得复杂混乱。这是因为液体在撞击到挡板后,切向运动转变为轴向和径向运动,使反应釜内流动变得更加紊乱,有利于浸出反应的进行。在挡板上面打孔,反应釜内搅拌轴附近低速区变小,液相整体速度和湍流程度得到提高,19个孔的挡板比8个孔的挡板效果更明显。总体上,四弯叶桨对釜内固液两相流的作用更大,相同转速下釜内液相速度最大,且釜底的流动更加复杂;固相颗粒达到悬浮所需要的转速最小,为80r/min;双层桨离地高度为20mm时最合适;挡板的加入,使釜内两相流动变得更加湍乱复杂,在挡板打孔后,反应釜中心位置低速区变小。
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