搅拌桨叶距槽底距离对导流筒稀土搅拌槽搅拌特性的影响分析.pdf

8 2 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第6 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 l 一9 4 9 2 ．2 0 1 9 ．0 6 ．0 1 6 搅拌桨叶距槽底距离对导流筒稀土搅拌槽 搅拌特性的影响分析 闫光礼1 ’2 ，冯羽生2 ⋯，逢启寿 1 ．北京科技大学土木与资源工程学院，北京1 0 0 0 8 3 ；2 ．江西理工大学经济管理学院， 江西赣州3 4 1 0 0 0 ；3 ．江西理工大学机电工程学院，江西赣州3 4 1 0 0 0 摘要搅拌桨叶距槽底距离对导流筒稀土搅拌槽的搅拌特性有着至关重要的影响。为了获取桨叶底距对导流筒稀土 搅拌槽搅拌特性影响的规律，以江西赣南某稀土企业容积为1 0m 。导流筒搅拌槽数据为模型，利用S 0 1 i d w o r k s 软件建立了导 流简搅拌槽及搅拌桨三维模型，运用F l u e n t 流体仿真软件对其进行了数据处理，并选取了四组桨叶距槽底距离 4 5 0 、5 0 0 、 5 5 0 、6 0 0m m 试验数据，以甘油水溶液为载体对导流筒稀土搅拌槽料液混合过程进行了仿真模拟，然后以时均速度分布、速 度、力矩和搅拌功率数值等参数作为评价依据，对导流筒搅拌槽该参数下的搅拌特性进行了分析评价。仿真试验结果表明当 搅拌桨叶距槽底距离为5 5 0m m 时，该导流筒搅拌槽内料液轴向循环能力最强，搅拌槽整体流场分布也最好。随后又在现场 进行了不同搅拌桨叶距槽底距离下的搅拌特性试验，将模拟结果与现场试验结果进行了对比验证，验证了现场实验结果与模拟 分析结论的高度一致性。现场测定了搅拌桨叶距槽底距离为5 5 0m m 时搅拌力矩为6 ．5 6N m ，搅拌功率为82 3 9W 。研究结 果将为导流简搅拌槽的内部结构设计、安装提供理论和实践参考。 关键词导流筒搅拌槽；搅拌桨叶底距；数值模拟；F l u e n t 软件 中图分类号T D 4 6 3 ；T F8 0 4 ．2文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 9 0 6 ．0 0 8 2 一0 7 A n a I y s i so nt h eI n f l u e n c eo fB l a d eD i s t a n c eo fI m p e I l e rO nM i x i n gC h a r a c t e r i s t i c s o fR a r eE a r t hS t i r r e dT a n kw i t hD r a f tT u b e y A NG “n 行g Z i 。“，F E N G 妩s P ”g2 ～，P A N GQ i s o “3 j ．S f 矗D o Zo 厂C i 口i Z 口理dR P s o “r f PE ，2 9 幻哩P P r i ，2 9 ，L 砌i 口P r s i f yo 厂S f i P 卵f P 以卵d 丁P f 卵o Z o g yB P i 歹i 7 2 9 ， B g i 歹i ，2 9 】0 D D 8 3 ，C 矗i 卵盘；2 ．S c 矗o D Zo 厂E c o ，z o ，规i f s 口押dM 。理n g P 7 7 z P 卵f ，Ji 口卵g z iL k i 训P r s i ￡yo ，S f i P ，2 f e 口，2 dT P f 矗以o Z o g y ，G 口以z o “，i n ”g ．r i3 4 j0 0 0 ，C i 行以；3 ．S c o o ￡o 厂M P f 矗以行i f 口Z Ⅱ”dE 卵g i 咒P P r i 卵g ，．，i n 卵g ．r i U 挖i 可P ，．s i f yo ．厂S c i P 卵c Pn 行d 丁P f n J Z o g y ，G 盘行z D “．，i “胛g ．r i3 4 j D O D ，C i 以盘 A b s t r a c t T h ed i s t a n c eb e t w e e ni m p e l l e rb l a d e sa n dt h eb o t t o mo ft h et a n kh a sac r u c i a li n f l u e n c eo n t h em i x i n gc h a r a c t e r i s t i c so fr a r ee a r t hs t i r r e dt a n kw i t hd r a f tt u b e ．I no r d e rt oo b t a i nt h er u l eo ft h e i n f l u e n c eo fb l a d eb o t t o mp i t c ho nt h em i x i n gc h a r a c t e r i s t i c so fr a r ee a r t hs t i r r e dt a n kw i t hd r a f tt u b e ，t h i s p a p e rt a k e st h ed a t ao fa r a r ee a r t he n t e r p r i s ei ns o u t h e r nJ i a n g x iP r o v i n c ew h o s ev 0 1 u m ei s1 0m 3a st h e m o d e lr e f e r e n c e ，e s t a b l i s h e sat h r e e d i m e n s i o n a lm o d e lo ft h ed r a f tt u b es t i r r e dt a n ka n dt h es t i r r e di m D e l l e r b yu s i n gS 0 1 i d w o r k ss o f t w a r e ，a n du s e sF I u e n tf lu i ds i m u l a t i o ns o f t w a r et op r o c e s st h ed a t a ，a n dc h o o s e s f o u rg r o u p so fb l a d ep i t c ht ot h eb o t t o mo ft h et a n k ．T h ee x p e r i m e n t a ld a t a f 4 5 0 ，5 0 0 ，5 5 0 ，6 0 0m m w e r eu s e dt os i m u l a t et h em i x i n gp r o c e s so fr a r ee a r t hm i x i n gt a n kw i t hg l y c e r o la q u e o u ss 0 1 u t i o na sc a r r i e r ． T h e nt h em i x i n gc h a r a c t e r i s t i c so ft h em i x i n gt a n kw i t ht h eg u i d et u b ew e r ea n a I y z e da n de v a l u a t e db a s e do n t h ep a r a m e t e r so ft i m e a v e r a g e dv e l o c i t yd i s t r i b u t i o n ，v e l o c i t y ，m o m e n ta n ds t i r r i n gp o w e r ．T h es i m u l a t i o n r e s u l t ss h o wt h a tw h e nt h ed i s t a n c eb e t w e e nt h eb I a d e so ft h ei m D e l l e ra n dt h eb o t t o mo ft h et a n ki sc 一5 5 0 m m ，t h ea x i a lc i r c u l a t i o na b i l i t yo ft h em a t e r i a la n dI i q u i di nt h es t i r r e dt a n kw i t hd r a f tt u b ei st h e s t r o n g e s t ，a n dt h eo v e r a l lf l o w f i e l dd i s t r i b u t i o no ft h es t i r r e dt a n ki sa l s ot h eb e s t ．T h es t i r r i n g c h a r a c t e r i s t i c so fd i f f e r e n tb l a d es p a c i n ga tt h eb o t t o mo ft h et a n kw e r et e s t e di nt h ef i e l d ．T h es i m u l a t i o n r e s u l t sw e r ec o m p a r e dw i t ht h ef i e l dt e s tr e s u l t s ，a n dt h eh i g hc o n s i s t e n c yb e t w e e nt h ef i e I dt e s tr e s u l t sa n d 基金项目江西省高校人文社会科学研究项目 J J l6 2 0 0 5 ；江西省教育厅科学技术研究项目 G J J l6 0 6 2 1 收稿日期2 0 1 9 一0 6 一1 4修回日期2 0 1 9 1 0 0 8 作者简介闫光礼 1 9 7 9 一 ，男．山东诸城人，博士研究生．讲师，从事矿业工程研究。 通讯作者冯羽生 1 9 8 0 ～ ，男，河南延津人，硕士，讲师，从事湿法冶金设备和数控技术研究。 万方数据 2 0 1 9 年第6 期闫光礼等搅拌桨叶距槽底距离对导流筒稀土搅拌槽搅拌特性的影响分析 8 3 t h es i m u l a t i o na n a l y s i sc o n c l u s i o n sw a sv e r i f i e d ．T h es t i r r i n gm o m e n ti s6 ．5 6N ma n dt h es t i r r i n gp o w e r i s82 3 9Ww h e nt h ed i s t a n c eb e t w e e nt h eb l a d ea n dt h eb o t t o mo ft h et a n ki s5 5 0m m ．T h er e s e a r c hr e s u l t s w 订Ip r o v i d et h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lr e f e r e n c ef o rt h ed e s i g na n di n s t a l l a t i o no ft h ei n t e r n a ls t r u c t u r eo ft h e m i x i n gt a n kw i t hd r a f tt u b e ． K e yw O r d s m i i n gt a n kw i t hd r a f tt u b e ；b o t t o mp i t c ho fi m p e l l e rb l a d e ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；f l u e n ts o f t w a r e 中国离子型稀土重金属占世界同类资源的比重 高达9 0 ％，而江西赣南地区不仅是中国该类稀土资源 最重要的资源地和供应地，而且同时也是稀土开采技 术的发祥地[ 1 ] 。在赣南稀土萃取工业中，稀土搅拌槽 以其独特的性能和简单的结构得到了广泛的应用心] ， 其中导流筒搅拌槽是目前新兴的一种类型的稀土搅 拌槽，其得到了广泛的关注和研究，而导流筒是稀土 搅拌槽内部结构的重要组成部分，它的结构形状和安 装高度对搅拌槽内部流场分布有着重要的影响。 传统的无导流筒搅拌槽的文献研究大多集中于 搅拌桨叶直径、搅拌桨叶片角度、搅拌桨下桨叶与稀 土搅拌槽槽底距离等参数对稀土搅拌槽搅拌特性的 研究，其研究理论及方法较为成熟。逢启寿、徐金、 冯羽生、曾文星等[ 3 。] 对传统的稀土萃取槽中的搅拌 桨安装深度、搅拌桨叶层数等参数进行了三维模拟 数值分析，并进行了内部结构优化，该研究主要集中 于搅拌桨安装位置、搅拌桨叶层数等参数对搅拌槽 搅拌特性的影响分析；冯羽生、邓华军、王勇平等[ 8 。1 印 又对稀土不同结构的萃取槽的稀土浸出过程、稀土 料液混合过程三维流场进行了数值运算、仿真模拟， 并分析了模拟结果，进行了相关的结构优化设计和 设备参数优化，研究主要集中于三维流场模拟及结 果分析，内部结构优化等方面；冯羽生、陈帅等口6 17 1 对稀土萃取槽之间的连接管道和萃取槽的内部挡板 进行仿真试验研究，研究主要集中于萃取槽外部结 构参数对稀土搅拌槽的搅拌特性影响，并对外部结 构参数进行了优化。与传统无导流筒搅拌槽相比， 王亮口阳研究结果表明导流筒搅拌槽的搅拌特性优于 传统的无导流筒搅拌槽搅拌特性。在带有导流筒的 混合槽中对两相流体进行混合搅拌时9 I ，导流筒搅 拌槽内部结构参数不同，其搅拌特性也一定不尽相 同，而导流筒搅拌槽内部不同结构参数主要有四个 叶片角度口、桨叶直径d 、下桨叶与槽底距离c 、导流 筒高度 。 稀土产品的质量和成本以及最终的结果受稀土 搅拌槽的搅拌效果所影响，而稀土搅拌槽的内部结 构则决定了稀土搅拌槽的搅拌效果，因此，本文致力 于稀土搅拌槽的内部结构优化设计研究，从而为赣 南稀土企业提供了扎实的技术服务。本文作者之前 对传统的无导流筒结构类型做了大量的研究，并对 传统的无导流筒结构进行了优化并使得企业取得了 一定的经济效果。后续参阅了其他文献研究，发现 了导流简结构的搅拌槽具有一定的搅拌优势，通过 研究发现流体的湍流强度有导流筒的比无导流筒 的大；流体在槽内的轴向流动得到明显加强；导流筒 搅拌槽单位功率消耗产生的流量也是最高。这些为 后续研究指明了方向，通过下文的导流筒搅拌槽的 文献研究现状，发现导流筒搅拌槽内部结构的研究 内容和方向。 1 研究现状 S H I U E [ 2 0 ] 研究了特定悬浮状态下的两种不同 叶片数的桨型 二叶涡轮和四叶涡轮 ，有导流筒和 无导流筒的搅拌槽内部结构是不一样的，通过对比 分析其功率消耗变化情况，发现其功率消耗变化明 显，竟然下降高达2 0 ％～3 0 ％。C L l F F [ 2 1 3 等文献研 究了导流筒在稀土搅拌槽内的不同安装位置 高度 对导流筒搅拌槽的搅拌特性影响，结论表明导流筒 底端与槽底间距过小，在一定程度上将会限制搅拌 槽底部流体的循环，致使能量消耗损失较为突出，这 样对搅拌槽内料液整体混合极为不利。张仲敏[ 2 2 3 文 献采用较为合理的方法利用仿真软件对导流筒搅拌 槽进行了数值计算；然后以清水为物系，以螺旋桨功 率准数与循环流量准数为试验对象，通过试验验证 了其流场模拟结果和试验数据结果是一致的；然后 对搅拌桨进行不同条件下组合，通过仿真试验，模拟 出导流筒搅拌槽流场及功率准数的规律和特性，从 而得出旋转参考体系的最优划分方法，确定了合理 的搅拌桨几何结构，初步判断了网格划分数目和收 敛残差对稀土搅拌槽内搅拌功率的影响程度。钟 丽叫文献对单层标准六直叶涡轮搅拌槽进行了数值 计算和仿真模拟，获得如下结论1 采用不同方法对 稀土搅拌槽内过渡流区域的流体进行数值运算和仿 真模拟，其所得结论基本相同；2 在过渡流体区域内 的数值计算，数值计算方法不同，对流场计算所花费 的时间也有所不同，湍流模型的时间耗费最大，其大 约是层流方法所花时间的几倍，因此选择合适层流 方法能够节约软件数值计算时间；3 依据数值计算 万方数据 8 4 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第6 期 结果，找到了上述三种计算方法的最佳适用条件。 S C H M I T T [ 2 4 1 等采用了多重参考系方法和三种肛P 湍流模型，利用F L U E N T 6 ．2 仿真软件，对导流筒参 数为直径o ．8m 的搅拌槽进行了模拟仿真，获得了 该导流筒参数的速度以及循环流量仿真试验结果， 初步验证了模拟数据结果与实验数值大体相一致； 证实了湍流模型最简单的有效性，发现了导流筒确 实可以显著改善固液相浓度和温度在槽内的分布， 增加了循环流量和降低短路现象。 陈强等[ 2 胡首先对不同结构的导流筒搅拌槽进行 了结构分析，并运用C F D C o m p u t a t i o n a lF l u i d D y n a m i c s 数值分析方法，对常见的导流筒调浆萃取 槽进行流场对比分析，为调浆搅拌槽的结构设计与 优化提供了理论参考，其研究主要集中于不同结构 导流筒搅拌槽的三维流场对比分析；王立成、张丽 强、黄男男等[ 2 6 ’2 们对带导流筒的稀土搅拌槽中液一 固一固三相流场进行了仿真模拟和试验研究，分析 了循环流对速度场的影响，主要研究了导流筒、无挡 板结构对搅拌槽内部流场分布、搅拌效率影响的程 度。因此，针对现有文献的研究不足，本文选择赣州 某稀土生产企业，对其所使用的酸溶搅拌装置进行 了较为详实的研究 见图1 ，提出了以不同搅拌桨叶 距槽底距离作为研究变量来研究导流筒稀土搅拌槽 的搅拌特性。 图1酸溶搅拌设备 F i g ．1 A c i dd i s s o l v i n gm i x i n ge q u i p m e n t 2 研究方法 选择赣州地区某稀土生产企业所使用的酸溶类 稀土搅拌装置为研究对象 见图1 ，将导流筒置入钕 铁硼酸溶稀土搅拌槽中，然后利用数值仿真模拟软 件，对搅拌桨叶距槽底距离不同结构条件下的导流 筒式稀土搅拌槽内的内部流场加以数值模拟分析。 2 ．1导流筒搅拌槽模型及网格处理 2 ．1 ．1 导流筒搅拌槽模型构建 本文参考赣州地区某企业容积为1 0m 3 搅拌槽 为建模模型，然后将导流筒加入到搅拌槽中，具体结 构如图2 a 所示，其具体尺寸参见文献[ 18 | ，搅拌条 件设置为搅拌轴转速为2 0 0r ／m i n 。导流筒搅拌槽 三维图如图2 b 所示。 a 示意图 h 三维图 图2 导流筒搅拌槽 F i g ．2M i x i n gt a n kw i t hd r a f tt u b e 2 ．1 ．2 导流筒搅拌槽网格划分生成 由于网格的计算节点设置具有一定的规律性， 万方数据 2 0 1 9 年第6 期闫光礼等搅拌桨叶距槽底距离对导流筒稀土搅拌槽搅拌特性的影响分析 8 5 其在物理实体和计算求解区域之间具有相互映射的 关系，因此，软件前处理对几何模型进行网格划分非 常重要，前处理网格质量越高，计算结果越收敛，网 格质量较差其计算结果也将会越发散，最终导致仿 真模拟结果与实际运行情况有较大的偏差。生成网 格的方法主要有三类混合网格、结构化、非结构化 网格。 借助S o l i d w o r k s 软件进行三维建模，然后将模 型导入G A M B I T 中并对其几何体网格划分求解计 算区域分静区域和动区域，采用非结构化网格方法 对搅拌槽进行网格划分，指定网格单元 E 1 e m e n t s T e t ／H y b r i d ，划分方式为T G r i d ，动网格大小为1 5 ， 静网格大小为3 0 ，整体网格数量13 2 98 6 6 ，图3 为 搅拌槽整体网格划分。 G y 图3整体搅拌槽网格划分及搅拌桨网格划分 F i g ．3I n t e g r a lm e s hg e n e r a t i o na n di m p e l l e rm e s hg e n e r a t i o no fs t i r r e dt a n k 2 ．2 导流筒搅拌槽模型条件及边界设置 采用多重参考系法 M R F 解决了转动状态下的 搅拌桨叶与稀土搅拌槽槽壁相对转动的问题。搅拌 桨桨叶及其附近旋转流体区域的状态设置为 M o v i n gR e f e r e n c eF r a m e 模式，旋转速度大小设置 为2 0 0r ／m i n ，导流筒搅拌槽其它区域设置为静止区 域。槽底、导流筒、挡板、以及静区域部分为W A L L ； 为了保证内外部分的速度与压力能够耦合，将动静 区域交接处合并成为I N T E R F A C E ；底部进料口处 设置为V E L O C I T Y I N I 。E T ，自由液面设置为 S Y M M E T R Y 。 2 ．3F L U E N T l 5 ．0 求解步骤 1 利用S o l i d w o r k s 三维软件建模，模型格式为 s T E P ，然后放入G A M B I T 中进行网格划分。 2 打开W o R K B E N C H 软件中的流体仿真软件 部分F L U E N T l 5 ．o ，将前期网格化所生成的那个文 件 m e s h 导入到该软件中去进行错误性格式检查， 若存在错误时则应对原网格进行修正，然后运用 G r i d 中的S m o o t h ／S w a p 功能来对网格进行平滑处 理，同时对网格节点和网格单元进行优化连接处理， 逐步改善网格连接处理质量，这样处理将利于后续 迭代能够快速收敛。 3 选择最为合适的求解器P r e s s u r e B a s e d S o l v e r 。 4 根据混合类型、传热、时间等多种因素设置求 解模型。 5 根据流体物理定律，设定其在流动过程需要 满足对应的求解控制参数。 6 设定初始条件。在对导流筒稀土搅拌槽流场 进行模拟时，先对搅拌槽内全部区域 a l l z o n e 进行 初始化数据处理，将初始条件下稳定流场作为后续 计算过程中的初始条件。 3 试验结果及分析 为了真实反映钕铁硼搅拌槽的工作工况，本文 以冷模实验物系选择原则，依据液相的黏度和密度 生产现场料液的实际粘度范围一般为5 1 0 _ 3 ～ 1 0 1 0 - 3P a s ，选择了与真实物料相近的浓度为 5 8 ％的甘油水溶液体系 密度 2 0 ℃ 为11 4 8 ．3k g ／m 3 ， 黏度口一9 ．5 8 6 1 0 _ 3P a s 为仿真时的料液。在 规定范围内，对导流筒稀土搅拌槽的搅拌桨桨叶距 离槽底的距离c ，选取了四组仿真数据 4 5 0 、5 0 0 、 5 5 0 、6 0 0m m ，初始距离为6 0 0m m ，利用 F L U E N T l 5 ．o 流体力学软件进行了仿真模拟计算， 万方数据 8 6 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第6 期 获得了导流筒稀土搅拌槽内的流场特性。 3 ．1 搅拌桨叶距槽底距离对导流筒搅拌槽内流场 流动特性影响分析 3 ．1 ．1 不同槽底距离对导流筒搅拌槽速度场影响 除槽底距离外其它尺寸与初始参数数值相同， 搅拌桨叶距槽底的初始距离为c 6 0 0m m ，同时选 4 5 0 、5 0 0 、5 5 0m m ，综合观察搅拌桨桨叶与搅拌槽槽 底的距离对速度的影响，桨叶下端与底端的距离c 对槽内整体流场的作用如图4 不同底距下导流筒搅 拌槽z o 处速度云图所示。 图4 不同底距下导流筒搅拌槽z 0 处速度云图 F i g ．4V e l o c i t yn e p h o g r a ma tz 一0o fs t i r r e dt a n kw i t hd r a f tt u b eu n d e rd i f f e r e n tb o t t o ms p a c i n g 通过观察分析图4 发现当参数c 数据不同时， 下部的流场分布规律也不同，导流筒稀土搅拌槽的 底部流体在搅拌桨桨叶的作用下从导流筒外循环到 液面处；搅拌桨叶与槽底间距如果过小，虽然槽底流 体运动状态会有所加强，但是流型在槽底运行条件 受到限制而不能有效展开，反而流体触碰到槽底返 回到液面时容易形成涡流，引起不必要的二次循环， 不利于流体的整体混合。 3 ．1 ．2 搅拌桨叶下端与底端的距离对时均速度分 布影响 因导流筒搅拌槽内部整体流场状况呈轴对称分 布，为了分析搅拌桨叶与槽底的距离不同变化条件 下的导流筒搅拌槽内部流场变化，本文仅选取了导 流筒搅拌槽内一侧区域的流场分布作为研究对象来 进行分析，选取研究对象位置如下导流筒人口处上 方一条与液面平行的直线 z 0m m ，y 一一6 5 0m m ， z 一1 0 0m m ～5 0 0 m m 。 图5 为导流筒人口处的不同底距状态下的时均 速度分布图，搅拌桨叶与槽底间距影响着稀土搅拌 槽内的整体速度分布状态，桨叶距槽底距离过小会 导致搅拌槽底部混合强烈，在槽底出现了流体“打 转”的现象；若桨叶距槽底距离过大，则流体的轴向速 度反而将会变弱，对槽内整体流体混合不利；由图5 可知，c 一5 5 0 m m 时导流筒入口处的轴向速度比其他 底距的轴向速度都要大，流体整体混合效果将最佳。 ， ∞ ● 量 ≤ 魁 姆封 厘 辞 图5搅拌桨叶底距变化下导流筒入口 处轴向速度变化图 F i g ．5 A x i a lv e l o c i t yc h a n g ed i a g r a ma tt h e i n t r o d u c t i o no fd i v e r s i o nt u b eu n d e rc h a n g e o fb l a d ed i a m e t e r 3 ．2 不同桨叶直径大小时稀土搅拌槽搅拌功率数 值计算与分析 搅拌功率大小在一定程度上如实反映了稀土搅 拌装置所消耗的能量。搅拌功率影响因素众多主 要因素有流体密度l D 、黏度肚转速N 和桨叶距槽底 距离c ，因此，选择合适一种的搅拌浆功率准确计算 方法显得尤为重要。按照应变测量的方法，先求得 搅拌桨扭矩，进而计算出搅拌功率，公式如下[ 8 ] 万方数据 2 0 1 9 年第6 期闫光礼等搅拌桨叶距槽底距离对导流筒稀土搅拌槽搅拌特性的影响分析 8 7 P 2 7 c M 行 1 其中M 为扭矩，N m ；n 为转速，r ／m i n 。 研究利用了A N S Y S 流体力学F L U E N T 仿真 模拟软件中自有功能“R e p o r t ”一“F o r c e s ”一 “M o m e n t s ”，能够直接计算出扭矩值，然后将所得扭 矩数值代入公式 1 ，进而求得搅拌桨桨叶距槽底距 离不同条件下的各搅拌浆功率，计算数据如图6 拟 合曲线所示。 通过拟合曲线可得，随着搅拌桨叶与槽底距离 的增加，搅拌力矩及搅拌功率也逐渐变小，但是其整 体变化却不大。 3 ．3搅拌槽搅拌功率现场试验与计算结果对比 分析 以江西赣南某企业容积为1 0m 3 导流筒搅拌槽 为例，本研究选择了搅拌桨叶距导流筒搅拌槽底的 不同距离来进行试验，然后通过相关观察和测量手 段，测量相关数据，测量数据结果如图6 拟合曲线2 所示。根据相关数据和导流筒搅拌槽搅拌特性状态 进行分析，发现导流筒搅拌槽模拟分析结论与现场 实验结果基本吻合。 桨叶距槽底距离／m m 桨叶距槽底距离／m m 图6力矩和功率拟合曲线图 F i g ．6T o r q u ea n dp o w e rf i t t i n gc u r v e 由图6 可直观的发现随着搅拌桨叶距离导流 筒搅拌槽底距离的增加，搅拌桨搅拌力矩和搅拌功 率也都逐步减小，当搅拌桨桨叶距导流筒搅拌槽底 距离由5 0 0m m 向5 5 0m m 过渡时，搅拌桨搅拌力矩 及功率减小幅度相对较大。整体来说，搅拌桨叶距 导流筒搅拌槽底的距离变化对功率影响相对较小， 所以在结构设计过程中着重考虑其它结构参数，适 当考虑搅拌桨叶距导流筒搅拌槽底的距离。 根据搅拌桨叶距导流筒搅拌槽底的不同距离条 件下的速度云图和时均速度分布图以及搅拌桨功率 变化综合结果可知，当搅拌桨叶距导流筒搅拌槽底 的距离c 为5 5 0m m 时，搅拌槽搅拌功率相对较小， 此时的搅拌槽整体搅拌特性也更佳，更有利于稀土 料液得混合。根据试验研究结果，针对导流筒搅拌 槽内部结构尺寸，调整改进搅拌桨叶距导流筒搅拌 槽底的距离，导流筒搅拌槽改进后如图7 和图8 改 进后的搅拌槽结构图所示。 图7改进后的搅拌槽结构图 F i g ．7 S t r u c t u r a lc h a r to fi m p r o v e ds t i r r e dt a n k 万方数据 8 8 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第6 期 4结论 图8改进后的搅拌槽实体图 F i g ．8E n t i t yd i a g r a mo fi m p r o v e ds t i r r e dt a n k [ 7 ] 逢启寿，王福辉，周雄军．双层桨搅拌槽内流场的数值模 拟[ J ] ．湿法冶金，2 0 1 4 ，3 3 4 3 2 8 3 3 1 ． 为了改善导流筒搅拌槽的搅拌特性，研究提出 了通过调整搅拌桨叶距导流筒搅拌槽底距离大小的 方法来加以实现，通过对搅拌槽进行三维建模、仿真 模拟和现场试验分析等多种手段，确定了搅拌桨叶 距导流筒搅拌槽底距离的优化数值，得到了如下 结论 1 搅拌桨叶距导流筒搅拌槽底距离的不同对搅 拌槽底部的流场影响比较大，合理的搅拌桨桨叶位 置可以避免搅拌槽底部出现“打旋”现象。 2 搅拌功率随着搅拌桨叶距导流筒搅拌槽底距 离增加而变小。 3 当搅拌桨叶距导流筒搅拌槽底距离为5 5 0m m 时，导流筒搅拌槽整体搅拌效果达到最佳。 参考文献 [ 1 ] 徐水太．赣州稀土产业可持续发展的问题与对策研究[ J ] ．江 西理工大学学报，2 0 1 4 ，3 5 4 4 7 5 0 ． [ 2 ] s U Z u K A w AK ，M O C H I Z U K IS ，0 S A K AH ．E f f e c to f t h ea t t a c ka n g l eo nt h er o l la n dt r a i l i n gv o r t e xs t r u c t u r e s i na na g i t a t e dv e s s e lw i t hap a d d l ei m p e l l e r [ J ] ．C h e m i c a l E n g i n e e r i n gS c i e n c e ，2 0 0 6 ，6 1 9 2 7 9 1 2 7 9 8 ． [ 3 ] 逢启寿，曾文星．稀土萃取三层搅拌桨不同插入深度对 搅拌的影响[ J ] ．湿法冶金，2 0 1 3 ，1 2 1 6 1 6 3 ． [ 4 ] 冯羽生，逢启寿，袁娟娣．无隔板稀土萃取槽中搅拌桨安 装深度优化研究[ J ] ．稀有金属与硬质合金，2 0 1 8 ，4 6 5 1 3 7 7 。2 9 ． [ 5 ] 逢启寿，邓华军．三层桨搅拌槽内三维流场的数值模拟[ J ] ． 有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 ，1 2 7 4 0 一4 3 ． [ 6 ] 徐金，逢启寿．双层桨搅拌槽的混合过程研究[ J ] ．中国有 色冶金，2 0 1 7 ，6 1 4 6 4 9 ． [ 8 ] 冯羽生，逄启寿，徐水太，许礼刚．不同前室稀土萃取槽内 流场特性的影响分析[ J ] ．有色金属工程，2 0 1 8 ，8 4 6 2 6 7 ． [ 9 ] 徐金．萃取槽前室结构研究[ D ] ．赣州江西理工大 学，2 0 1 7 ． [ 1 0 ] 王勇平．萃取浸出过程数值模拟及设备参数优化[ D ] ．赣 州江西理工大学，2 0 1 2 ． [ 1 1 ] 邓华军．稀土萃取槽内三维流场与混合过程的数值模拟[ D ] ． 赣州江西理工大学，2 0 0 8 ． [ 1 2 ] 吴富姬．揽拌混合槽内混合过程的数值模拟[ J ] ．湿法冶 金，2 0 1 4 ，3 3 4 3 2 8 3 3 1 - [ 1 3 ] 满长才．基于F 1 u e n t 软件对稀土萃取搅拌槽三维流场的 数值模拟[ D ] ．赣州江西理工大学，2 0 1 1 ． [ 1 4 ] 逢启寿，吴文元．基于F l u e n t 的稀土萃取搅拌槽的优化 设计[ J ] ．湿法冶金，2 0 1 2 ，3 1 6 3 8 3 3 8 6 ． [ 1 5 ] 逄启寿，谢明春．萃取混合澄清槽混合过程的数值模拟[ J ] ． 有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 ，1 2 6 4 4 4 6 ． [ 1 6 ] 冯羽生，逄启寿．两级间稀土萃取槽连接管道直径大小 优选研究[ J ] ．中国稀土学报，2 0 1 8 ，3 6 5 6 0 8 6 1 4 ． [ 1 7 ] 逄启寿，陈帅，郜飘飘，等．挡板对稀土萃取槽澄清室澄 清速率影响的数值模拟[ J ] ．稀有金属与硬质合金，2 0 1 6 ， 4 4 6 1 8 2 1 ． [ 1 8 ] 王亮．钕铁硼酸溶导流筒搅拌槽三维流场与混合过程的 研究分析[ D ] ．赣州江西理工大学，2 0 1 8 ． [ 1 9 ] 曾令辉．稀土萃取搅拌反应器结构参数的研究与优化[ D ] ． 赣州江西理工大学，2 0 0 8 ． [ 2 0 ] s H I u Es ．J ，w 0 N Gcw ．s t u d i e so nh o m o g e n i z a t i o n e f f l c i e n c yo fv a r i o u sa g i t a t o r si nl i q u i db l e n d i n g [ J ] ． C a n ．C h e m ．E n g ．1 9 8 4 ，6 2 5 6 0 2 6 0 9 ． 下转第1 0 6 页 万方数据 1 0 6 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第6 期 型捕收剂C 1 0 0 1 的最高占据轨道能量与黄铜矿、黄 铁矿的最低非占据轨道能量相差最大，则三种捕收 剂对黄铜矿的捕收能力为Z 一2 0 0 P A C C 1 0 0 1 。 该结论与净电荷分析一致。 综上，黄铜矿表面的铜离子反馈d 轨道电子对 的能力强，黄铁矿表面的铁离子反馈电子的能力较 弱，捕收剂的I 。U M 0 能量越低，越容易与黄铜矿表 面形成反馈丌键，吸附作用越强。三种捕收剂的 I 。U M O 能量计算结果如表4 所示，由大到小排列为 Z 一2 0 0 P A C C 1 0 0 1 ，因此新型捕收剂与黄铜矿表 面形成反馈丌键的作用力最强，吸