海水提钾关键设备的优化研究

摘要

在农业生产中钾肥是一种必不可少的肥料，但是陆地中的钾储量很低，且不易开采，而海水中钾的储藏量十分可观，因此对已工业化的斜发沸石离子交换法提钾技术的研究具有十分重要的意义。硫酸钾是一种十分优质的无氯钾肥，通过对结晶器内流场的模拟优化实验条件，确保硫酸钾晶体粒度足够大。因此本文对离子交换柱内流场和硫酸钾结晶器内流场分布进行了模拟研究。
　　本文利用Fluent软件对离子交换柱内流场进行计算，并通过改变离子交换柱直径、入口流速、入口管道直径、填料高度和进口数对所得流场速度分布、速度矢量分布、速度范围分布以及压力分布进行分析，得到不同条件对交换柱内流场的影响，并且确定了最适宜工艺条件：离子交换柱直径为3 m，入口流速为0.10 m/s，入口管道直径为0.8 m，填料高度为8 m，并分析结果可知交换柱选取两进口两出口利于离子交换过程。
　　完成离子交换柱内流场模拟后对结晶器流场进行模拟。首先，通过实验结果与模拟结果对比完成了模型验证，证实了结晶器流场模拟的合理性。之后改变结晶器结构、导流筒结构、桨叶转速、桨叶直径、桨叶位置、固体粒径进行模拟计算，并分析上述条件对结晶器内流场分布、湍流动能分布、晶体混匀时间、晶体不均匀度以及搅拌轴功率的影响。结晶器模拟结果表明：结晶器内挡板的安装改变了流体流型，减少了混合时间，增加了搅拌效率，利于结晶相的均匀分布。在导流筒直径为100 cm，高度为110 cm的时候流体流型规范，混合时间短，混合效率高，不均匀度低，搅拌轴功率也不大。搅拌桨转速和直径的变化对流体流型以及流线没有影响，最终搅拌桨最佳转速选取150 rpm、最佳直径为90 cm。搅拌桨安装最适位置为H/3，而结晶器不均匀度会随着固体粒径的增大而变大。

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第一章 绪论

第二章 文献综述

2.1 提钾技术现状

2.2 结晶学理论基础

2.3 硫酸钾结晶过程研究现状

2.4 计算流体力学在搅拌中应用现状

2.5 本文研究意义及主要研究内容

第三章 Fluent软件模拟基础理论

3.1 计算流体力学

3.2 Fluent软件介绍

3.3 小结

第四章 富钾系统流场模拟研究

4.1 多孔介质模型简介

4.2 Fluent求解步骤

4.3 模拟结果与分析

4.4 小结

第五章 结晶器搅拌过程流场模拟研究

5.1搅拌过程模型简介

5.2搅拌过程模型验证

5.3 模拟结果与分析

5.4 小结

第六章 结论

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢