萃取混合澄清槽混合过程的数值模拟

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1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2012.06.013萃取混合澄清槽混合过程的数值模拟逄启寿，谢明春（江西理工大学，江西赣州341000）摘要：应用Fluent软件对混合澄清槽的搅拌混合过程进行模拟分析，以水相和有机相（P507）两种液体为模拟对象，搅拌器采用上两层为平直叶桨和下层为涡轮桨的三层组合桨。结果表明，搅拌轴中心即前室口上方产生低压区，从而使前室液体抽吸至混合室，并在混合室内形成了周期性的上下循环流动；各层叶轮转矩由上而下逐渐递增。关键词：搅拌桨；萃取；混合澄清槽；数值模拟中图分类号：TF8

2、04.2；TF845文献标识码：A文章编号：1007-7545（2012）06-0000-00NumericalSimulationofMixingProcessinMixer-settlerPANGQi-shou,XIEMing-chun(JiangxiUniversityofScienceandTechnology,Ganzhou341000,Jiangxi,China)Abstract:Thestirringandmixingprocessinmixer-settlerweresimulatedandanalyzedby

3、meansofFluentsoftwarewithaqueousphaseandorganicphase(P507)asthesimulationobject,andtheuppertwolayerofstirreradoptedstraightbladeandtheloweradoptedturbineimpeller.Theresultsshowthatalowpressureareaisformedinthestirringaxiscenter,asaresultofwhichtheliquidispumpedintot

4、hemixingchamberandformsaperiodiccircularflow,andimpellertorquesofeachlayerincreasegraduallyfromtoptobottom.Keywords:stirringpaddle;extraction;mixer-settler;numericalsimulation在稀土萃取过程中，箱式混合澄清槽在萃取工艺中占据着重要地位，其混合室内混合程度及混合时间影响着整个工艺过程的萃取级数和停留时间。为更好地实现稀土萃取的混合与传质，在混合阶段要求对两相

5、流体进行搅拌，使两相液体按要求时间进行混合均匀，这就对搅拌桨及搅拌混合的各种参数提出了要求。作者通过对实际工程中应用的搅拌桨型在混合室内的混合过程进行模拟分析，以及对两相流体的流场分析，对了解两相流体的各种特性、为进一步设计改进搅拌桨提供理论基础。1混合搅拌模型及介质物性参数1.1混合室及搅拌桨模型以实际工程模型为基础，混合澄清槽的混合室容积750L（图1），无挡板。搅拌桨为三层叶轮结构（图2），上两层为平直叶桨叶，长240mm、宽110mm、厚8mm，底层桨叶直径为240mm、宽110mm，各桨叶跨距均为280mm，底层桨叶

6、离底部距离为30mm；搅拌轴以280r/min的转速旋转。图1混合室及前室示意图Fig.1Sketchmapofmixingchamberandantechamber收稿日期：2011-11-28作者简介：逄启寿（1963-），男，山东潍坊人，教授.图2搅拌桨模型Fig.2Modelofstirringpaddle1.2两相介质物性参数以无机相和有机相的混合液为工作介质，无机相为水，有机相为P507，两种介质参数见表1。表1介质物性参数Table1Physicalparametersofextractingmedium介质密度

7、/(kg·m-3)黏度/Pa·s热导率/(W·m-1·K-1)比热容/(J·kg-1·K-1)水9980.0010.604182P5079450.0360.1212002计算前处理使用Fluent前处理软件gambit生成计算几何体，网格创建采用结构化与非结构化相结合的方式，桨叶区采用四面体的非结构化网格，且对该处的网格进行加密，以增加计算精度，更好地捕捉桨叶附近的流动，槽内其它区域采用合理的分区方法建立结构化网格。共计239972个网格和83101个节点（图3）。所划分的网格边界类型为：箱体的四面底面为WALL；桨叶以及轴的

8、外表面为WALL；内部旋转网格与外部网格交界面INTERFACE；液面为SYMMETRY；底端为进口，设置为VELOCITY_INLET。本文采用多重参考系法（MRF），搅拌轴及近桨区为旋转区，槽内其他部分为静止区。图3网格划分示意图Fig.3Sketchmapofgridd