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《江西理工大学》 2018年
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基于CFD和灰色理论的H_2SO_4-O_2-铜阳极泥三相混合过程仿真及多目标评价

万章豪  
【摘要】:铜阳极泥富含Cu、Au、Ag、Pt等有价元素,是提取稀贵金属的重要原料。立式釜加压酸浸处理是提取铜阳极泥中有价金属的重要工艺。在搅拌浸出过程中,立式釜内进行着复杂的气固(空气与阳极泥)、固液(阳极泥与H_2SO_4溶液)、气液固等多相混合及化学反应过程。由于整个过程一直处于高压密闭状态,内部混合情况难以观测界定,不利于优化工艺参数并进一步提高浸出率。本文通过计算流体力学(CFD)技术,采用欧拉-欧拉多相流模型、标准k-ε模型和多重参考系模型(MRF)对釜内H_2SO_4-O_2-铜阳极泥三相搅拌体系进行数值仿真实验,考察搅拌转速、硫酸浓度、液固比、温度等工艺条件对混合效果的影响规律;引入灰色关联分析方法,以气含率、湍流动能、液相流速、固相运动速度作为综合评价指标,研究各因素对混合性能的影响程度及主次关系。所得主要结论如下:(1)采用Fluent软件对立式釜内固液两相搅拌过程进行了模拟,基于组分运输模型表征示踪剂(KCl)浓度的扩散情况,计算混合时间;并通过等比例缩小(10:1)的水模型实验验证了模型的可靠性。(2)搅拌转速的增加有利于在双层搅拌桨两侧形成强循环漩涡流区,促进釜内H_2SO_4-O_2-铜阳极泥三相体系混合,使得铜阳极泥颗粒及O_2气泡在立式釜内分布更为均匀。H_2SO_4溶液浓度增加导致溶液粘度增大,液相对O_2气泡的曳力作用增强,延长了立式釜内气泡停留时间,提高了氧含率。液固比的变化在一定程度上影响多相间的相互作用,液固比越小,三相混合效果越好。温度升高使H_2SO_4溶液的粘度下降,有利于加快溶液和固相颗粒的运动,对O_2气泡的曳力作用减弱,釜内的氧含率降低。(3)结合正交实验设计,对影响气-液-固三相混合性能的四个因素(搅拌转速、硫酸浓度、液固比、温度)进行灰色关联分析,以氧含量、湍流动能、硫酸液相平均速度、固相颗粒平均速度为混合性能评价指标,确定影响混合性能的各因素主次顺序为:搅拌转速温度硫酸质量分数液固比。
【学位授予单位】:江西理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:X758;TF803.21

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1 万章豪;基于CFD和灰色理论的H_2SO_4-O_2-铜阳极泥三相混合过程仿真及多目标评价[D];江西理工大学;2018年
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