管式稀土萃取槽中攪拌槳轉(zhuǎn)速優(yōu)選研究*

馮羽生 嚴(yán)少卿

（1.江西理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院；2.常州東風(fēng)農(nóng)機(jī)集團(tuán)有限公司）

我國(guó)風(fēng)化殼淋積型稀土（或稱(chēng)離子型稀土）資源占世界同類(lèi)資源總量的約90%，其中贛南是該類(lèi)型稀土最重要的資源地和供應(yīng)地［1-4］，且稀土種類(lèi)齊全，生產(chǎn)涉及的稀土萃取槽結(jié)構(gòu)類(lèi)型主要包括隔板式、無(wú)隔板式、V字式和管式等4種含前室的混合室結(jié)構(gòu)種類(lèi)。

在攪拌槽內(nèi)，稀土料液的混合效果與稀土槽內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān)［5-8］，其混合傳遞運(yùn)輸過(guò)程也較復(fù)雜，而流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與攪拌槳轉(zhuǎn)動(dòng)速度聯(lián)系密切。論文參照、選用文獻(xiàn)［9-15］中優(yōu)化的攪拌槳和萃取槽尺寸等數(shù)據(jù)，對(duì)管式萃取槽內(nèi)物料的攪拌混合過(guò)程進(jìn)行模擬，在攪拌槳不同轉(zhuǎn)速條件下對(duì)料液的混合效果進(jìn)行分析，以期獲得最佳攪拌速度，即在抽吸力滿(mǎn)足要求下，使攪拌轉(zhuǎn)速和能耗最低，為實(shí)際生產(chǎn)提供相應(yīng)參考。

1 管式萃取槽結(jié)構(gòu)研究對(duì)象選取

萃取槽前室模型有4種不同類(lèi)型結(jié)構(gòu)：隔板式、無(wú)隔板式、V字式和管式（圖1）。根據(jù)文獻(xiàn)［16-19］對(duì)4種結(jié)構(gòu)的萃取槽攪拌特性進(jìn)行模擬分析所獲得的結(jié)果，并結(jié)合稀土萃取槽的實(shí)際攪拌混合效果，以?xún)?yōu)選出的管式稀土萃取槽結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，進(jìn)而從抽吸流速和功率損耗方面綜合考慮，對(duì)不同轉(zhuǎn)速下的攪拌槳功率進(jìn)行計(jì)算及對(duì)比，優(yōu)選出攪拌槳的合理轉(zhuǎn)速。

2 優(yōu)選參數(shù)下的攪拌特性

在管式稀土萃取槽結(jié)構(gòu)中，首先通過(guò)Fluent軟件仿真模擬，優(yōu)選出抽吸孔徑、攪拌槳安裝插入深度等參數(shù)，具體參見(jiàn)文獻(xiàn)［13-15］，然后，在維持初始優(yōu)選參數(shù)狀態(tài)不變的情況下，在管式混合室內(nèi)對(duì)物料攪拌混合過(guò)程進(jìn)行仿真試驗(yàn)，獲得3層攪拌槳的速度矢量圖（圖2）、混合室水平截面速度云圖（圖3）、混合室截面壓力云圖（圖4）。

從圖2可以看出，管式結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了2個(gè)強(qiáng)度不同的頂部和底部循環(huán)流流型，在稀土混合室內(nèi)，頂部為主體，底部為二次循環(huán)流，二者的物料能動(dòng)性能不同；在優(yōu)選參數(shù)條件下模擬的循環(huán)流層次更清晰，強(qiáng)度有加強(qiáng)的跡象，底層槳片向上方拋出的物料流速最快，底部能動(dòng)特性也較好。

從圖3可以看出，四角處的速度云圖向軸心處凹陷突出，底部的循環(huán)能力也得到了加強(qiáng)，“混合死角”現(xiàn)象得到了明顯的改善。

圖4為z=0 m時(shí)優(yōu)選參數(shù)條件下的混合室截面壓力云圖，混合室內(nèi)的壓力變化具有一定的規(guī)律性：由中心攪拌槳區(qū)域逐層向混合室四壁過(guò)渡，混合室內(nèi)部的壓力數(shù)值中間小，四周大，由外向內(nèi)逐漸減小，層次性較明顯，負(fù)壓數(shù)值有所增大。稀土物料的循環(huán)效果得到改善，攪拌槳抽吸效果也變得更好［20］。

一般情況下，通過(guò)扭矩測(cè)量?jī)x可得到試驗(yàn)中的攪拌扭矩，F(xiàn)luent仿真軟件可獲得攪拌仿真扭矩結(jié)果，把結(jié)果代入攪拌槳功率計(jì)算公式可計(jì)算出攪拌功率

式中，P為攪拌功率，W；M為扭矩，N·m；n為攪拌槳轉(zhuǎn)速，r/min。

3 管式萃取槽混合室攪拌槳攪拌轉(zhuǎn)速優(yōu)選

在管式混合室結(jié)構(gòu)內(nèi)，保持原始優(yōu)選抽吸孔徑、攪拌槳安裝深度等數(shù)據(jù)不變，參考現(xiàn)實(shí)工廠(chǎng)的攪拌轉(zhuǎn)速300 r/min，選取一組合理的轉(zhuǎn)速值，對(duì)物料攪拌混合過(guò)程進(jìn)行仿真試驗(yàn)，以抽吸壓力和攪拌功率為參考依據(jù)，分析不同攪拌轉(zhuǎn)速下的料液混合效果，獲取最佳攪拌轉(zhuǎn)速，其抽吸壓力和攪拌功率見(jiàn)表1。

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由表1可以看出：①攪拌槳轉(zhuǎn)速對(duì)抽吸特性影響較大，隨著攪拌轉(zhuǎn)速的增大，抽吸負(fù)壓總體呈增大的趨勢(shì)，攪拌槳抽吸特性較好，生產(chǎn)數(shù)據(jù)也驗(yàn)證了這一特性。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)速增大，混合室內(nèi)物料的輸入能量也逐步增加，料液流速也不斷加快，循環(huán)流強(qiáng)度逐漸變強(qiáng)，抽吸負(fù)壓也隨之變大，在轉(zhuǎn)速為260～340 r/min范圍內(nèi)，其微小的轉(zhuǎn)速變化可引起負(fù)壓值的明顯改變?？紤]物料的抽吸流量和能量損耗因素，在此范圍內(nèi)選擇攪拌轉(zhuǎn)速較為理想。②由功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知，轉(zhuǎn)速對(duì)攪拌力矩影響也比較明顯。

4 實(shí)證分析

以江西龍南某稀土廠(chǎng)的一條生產(chǎn)線(xiàn)與一個(gè)管式稀土萃取槽為對(duì)象進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，參考表1的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進(jìn)行不同攪拌槳速試驗(yàn)，然后觀察分析萃取槽攪拌效果，測(cè)量萃取槽內(nèi)流體壓力和電機(jī)功率，結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2并結(jié)合表1可以看出：模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果吻合，因此，模擬分析結(jié)果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試及后續(xù)生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

5 結(jié)論

在江西龍南某稀土生產(chǎn)企業(yè)的試驗(yàn)表明，管式結(jié)構(gòu)的萃取槽混合效率高、速度快、攪拌槳抽吸流量大；對(duì)200 L管式萃取混合槽來(lái)說(shuō)，攪拌槳的適宜轉(zhuǎn)速為260～340 r/min，該轉(zhuǎn)速不僅滿(mǎn)足抽吸力的要求，而且能耗合理。

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