稀土萃取流程模拟及产品纯度规划研究

摘要

稀土是重要的战略资源，稀土材料是内蒙古地区科技创新的重点方向。现在广泛采用的串级萃取工艺由北京大学徐光宪教授提出，它将混合稀土分离为单一或成组稀土。后续学者和企业技术人员做了大量研究工作和生产工艺改进，诸如多组分、多出口分馏萃取体系静态设计的精确算法，串级萃取分离过程动态模型和智能控制方法，洗返合一等。
　　本文根据包头某企业实际生产数据及所用萃取槽参数，描述其萃取分离工艺流程，建立了混合室和澄清室模型，采用Fluent软件求解，研究萃取槽液面高度受搅拌泵运行状况、料液流量、洗液流量、有机相流量等参数的影响规律，进而求解出各级的级效率。
　　基于各级的级效率，以及各种产品的价格随纯度的变化曲线，本文建立产品纯度规划模型，可计算出各种工况状态下，利润最大的料液体积流量、有机相体积流量、洗涤液体积流量及两端出口产品的纯度。与通常的产品质量等级模型不同，氯化稀土溶液通过液液萃取工艺被分离开，最终产物以联产品的形式存在，其产量和纯度存在相互影响。为此，通过引入出口分数和纯化倍数，将联产品纯度规划问题转化为综合产品的价格和成本的问题，简化了计算过程。
　　萃取槽模拟结果与实际生产数据吻合，产品纯度规划结果与生产经营数据的相关性较高。澄清室模型研究可以为萃取澄清槽的级效率变化的进一步研究提供理论支撑。通过对利润最大模型的计算分析，并根据产品质量等级对于企业利益的长远作用，可做出产品纯度的定位决策。

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1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究内容与论文结构

2 文献综述

2.1 稀土串级萃取理论

2.2 稀土萃取过程研究及进展

2.3 稀土萃取槽的搅拌与澄清

2.4 数值模拟相关理论基础

2.5 计算流体力学（CFD）基础

2.6 自由液面问题的相关研究及进展

3 求解各级级效率的数学模型

3.1 混合澄清槽的工作原理

3.2 澄清室模型建立及网格划分

3.3 选择求解器及运行环境

3.4模型边界条件的设置

3.5确定求解模型与模型求解

3.6 数值模拟结果

3.7 联立求解方程组

3.8 本章小结

4 考虑级效率不变的生产利润模型

4.1 给定产品纯度的利润最大化模型

4.2 产品纯度变化的利润最大化模型

4.3 本章小结

结 论

参考文献

附录

致 谢