电石渣分离用水力旋流器优化设计及试验研究

来源 :石河子大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:liwanli14
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电石渣是工业生产中电石水解后的副产品,长期堆放会对空气、土壤和地下水造成污染,随着社会环保意识的增强,对电石渣的资源化利用成为该领域研究的热点。前人对电石渣提出了多种综合利用途径如生产电石渣水泥等,经济价值不高,有效利用率低。本文提出利用电石渣重新生产电石形成“电石—电石渣—电石”循环利用的新途径。对电石渣中Ca(OH)2的提纯,是循环利用电石渣的前提。(1)本文对电石渣的物料特性进行充分深入的研究,分析其中的组成成分及Ca(OH)2分布的规律,可以使用物理分离的方法对其中Ca(OH)2成分进行提纯,并确定了最佳的分离粒度为80μm。(2)综合比较多种物理分离方法优缺点,选取了水力旋流器作为分离的主体装置。在优选旋流器分离精度数学模型和建立结构参数间约束条件后,针对旋流器的分离粒度使用MATLAB软件对其进行优化设计,以求获得高水平的分离精度,从而得到优化后的旋流器结构参数为:直径76mm;柱段高度45mm;进料口直径14mm;溢流口直径16mm;底流口直径8mm;溢流管插入深度38mm;锥角20°。(3)对优化前与优化后的旋流器结构参数同时建模,使用Fluent软件数值模拟,对比研究流场中的压力、切向速度、湍动能以及速度矢量分布的情况,具体分析各种流场特征对分离性能的影响,并加载电石渣颗粒进入旋流器流场,对其轨迹进行模拟,直观的展现出多种粒径电石渣颗粒分离情况,结果表明优化后的模型分离精度高于优化前的模型。(4)对优化后的旋流器搭建试验平台,以实际的试验条件确定两因素混合水平的正交试验方案,对试验所得结果使用SPSS软件进行方差分析,确定每个指标中因素的显著性,并确定因素的最佳水平组合为入口压力0.10Mpa;质量浓度12%。而此时旋流器的溢流产出的Ca(OH)2浓度为90.07%,分离效率为85.04%,生产能力2.01L/h,分股比0.236,与优化计算设置的工艺条件相吻合,验证了优化计算结果的有效性。(5)下一步需对全旋流系统的建立进行计算机动态模拟及试验研究,确定达到最大分离效果的旋流器单体的个数,保证单体旋流器的进料条件及全旋流系统的平衡性、稳定性。
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