含油浮渣脱水卧螺离心机的性能研究

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1、学号：12105416常州大学硕士学位论文含油浮渣脱水卧螺离心机的性能研究研究生朱明军指导教师袁惠新付双成庞明军学科、专业名称化工过程机械研究方向多相流与分离技术2015年6月IIStudyontheoilyfloatingsludgedewateringpropertiesofthehorizontalscrewdecantercentrifugeADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByMing-junZhuChemicalProcessMachineryDissertationSupervisor：Prof.Hui-xinYua

2、nJune，2015IV中文摘要卧式螺旋卸料沉降式离心机是一种利用转鼓带动物料旋转产生的离心力来强化分离过程的分离设备，具有高速运转，连续进料、分离分级、螺旋推进器卸料等特点。含油浮渣脱水是个难题。传统的卧式螺旋卸料离心机只能分离沉渣，不能分离密度小于液相的浮渣。利用卧螺离心机来分离密度比液体小的轻质固体浮渣,需要对普通卧螺离心机进行结构上的改进，故基于此本课题对一种分离轻质固体的卧螺离心机进行理论和数值模拟研究，为企业在实际生产过程中诸如冷焦水除去轻质含油焦粉、“三泥”处理中含油浮渣脱水﹑轻质纤维和塑料的回收利用等工艺提供技术支持和理论依据。本课题主要工作如下：1﹑使用Pro-E

3、软件建立三维模型，应用计算流体力学软件Fluent，基于Euler多相流模型，采用RNGk-ε湍流模型既多重参考系（MRF）方法，模拟分析了这种卧螺离心机内的速度场和压力场。结果表明：浮渣的轴向速度大都为正值，少量为负值，在转鼓锥段内的轴向速度变化比较明显，在径向的梯度也比较大；浮渣的径向速度在进料、出口与溢流口处变化比较明显，且大都为负；液体以及浮渣的周向速度变化较大，尤其是在进料管以及转鼓壁附近。随着转鼓转速的增大，相1液体的动压和混合物的静压基本成抛物线的变化规律，即二次方正增长，且液体的动压与理论值接近，这体现了转鼓壁处的压力主要是来自液体高速旋转运动对鼓壁所产生的压力，而

4、鼓壁处混合物的静压要明显低于此动压值。2、随着转鼓转速的增大，在转鼓的带动下，自由液面的转速逐渐增大，而滞后系数先是在0.75~1.05之间摆动，而当转鼓转速在4500r/min以上时，趋于稳定，大概为1.07。滞后系数变化不稳定，有时甚至超过1，主要是由于我们研究的点的径向位置为转鼓壁与螺旋内筒壁的中间处，流体流动时常也会受到螺旋转动的影响，而转鼓转速较高时，在转鼓旋转带动筋板一起以相同的速度高速旋转的作用下，流体的转动基本与转鼓保持一致。3、此结构的卧螺离心机适用于高浓度、中粗粒子的分离；流体沉降分层比较明显，水在液池的外层，浮渣在内层；转速差总体上对分离性I能影响不大，但不能

5、过低或是过高，保持在30r/min~70r/min是比较好的选择；进料浓度增加，颗粒沉降速度降低，分离效率会下降；小颗粒沉降速度底且易“反混”而分离性能差，较大颗粒沉降速度高，分离性能明显高于小粒径颗粒。随着浮渣密度的增大，固液两相密度差减小，从而颗粒沉降速度降低，使得颗粒在转鼓内的停留时间增长，颗粒未及时沉降而从溢流口跑出，从而影响输渣，使得出渣含湿率增大，固相回收率降低。4、加入第三相油相,对此卧螺离心机进行了三相模拟，分析了油相和渣相的体积分数分布。并改变油滴粒径，油相密度和进料含油体积分数，模拟分析了各自对分离性能的影响，结果表明：大油滴颗粒会降低固相回收率；油相密度的变化

6、对浮渣含湿率和固相回收率变化规律不是很明显，油相密度过高会对除油效果有一定的影响；进料含油量总体上对离心分离效果影响不太明显，当含油量较高时，更多的油滴将浮渣颗粒包裹住，致使浮渣颗粒密度增大从而上浮，使得固相回收率略有下降，同时更多的油团向出液口方向排出，油相除去率上升。5、当浮渣浓度较低时，改变卧螺离心机结构参数，基于DPM模型，采用RNGk-ε湍流模型既滑移参考系（movingmesh）方法，模拟分析了浮渣的流线图和浮渣在不同时刻的颗粒轨迹图，并分别加入50μm和1mm单一粒径的颗粒，计算了各自的分离效率，分别大约为53%和80%。最后对双R-R分布的颗粒群进行了模拟分析，计算

7、出分离总效率在45%左右，做出了粒级效率曲线图。0μm~300μm颗粒由于在短时间内集团沉降至浮渣层，粒级效率随着颗粒粒径的增大而减小，400μm以上的颗粒粒级效率随着粒径的增大而增大，较符合实际情况。关键词：卧螺式浮渣分离离心机；两相和三相数值模拟；Euler模型和DPM模型；分离性能IIABSTRACTDecantercentrifugeisaseparationequipmentusingcentrifugalforceproducedbybowlrotatio