硫酸銨結(jié)晶過(guò)程的研究及其固—液多相流的計(jì)算流體力學(xué)研究.pdf

1、硫酸銨是一種重要的氮肥。工業(yè)上硫酸銨通常是由煉鋼的焦?fàn)t氣被硫酸吸收后得到，或者是從生產(chǎn)己內(nèi)酰胺的副產(chǎn)品中提取。為了改善飽和器結(jié)晶硫酸銨過(guò)程中，生成的晶體顆粒較小，粒度分布不均勻，色度不理想，并伴有晶體聚結(jié)現(xiàn)象發(fā)生等問(wèn)題。本文對(duì)硫酸銨結(jié)晶工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)方法，對(duì)硫酸銨結(jié)晶器進(jìn)行了模擬和優(yōu)化，并對(duì)硫酸銨結(jié)晶過(guò)程進(jìn)行了多相模擬。 ⑴使用激光法測(cè)定了硫酸銨在純水、硫酸和硫酸鐵溶液中的溶解度，以及硫酸銨

2、在純水、硫酸和硫酸鐵溶液中的超溶解度和介穩(wěn)區(qū)。并應(yīng)用Apelblat雙對(duì)數(shù)經(jīng)驗(yàn)方程關(guān)聯(lián)了硫酸銨在不同溶劑中的溶解度隨溫度的變化關(guān)系。 ⑵采用間歇?jiǎng)討B(tài)法對(duì)硫酸銨蒸發(fā)結(jié)晶過(guò)程的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)定。測(cè)得了硫酸銨晶體的粒度分布，并回歸得到了硫酸銨在純水溶液和原料液中的成核速率及生長(zhǎng)速率方程的參數(shù)。討論了溶液酸度以及雜質(zhì)離子對(duì)于結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的影響。 ⑶考察了投加晶種，攪拌速率，蒸發(fā)溫度，pH值等操作參數(shù)，對(duì)結(jié)晶過(guò)程最終產(chǎn)品粒度分布

3、和晶形質(zhì)量的影響，確定了硫酸銨結(jié)晶工藝的最優(yōu)的操作條件。 利用實(shí)驗(yàn)得到的物性參數(shù)和優(yōu)化的工藝條件，對(duì)實(shí)驗(yàn)室尺寸、2.5L小試尺寸和456.78m3工業(yè)尺寸進(jìn)行了硫酸銨的結(jié)晶器的流場(chǎng)模擬?？疾炝瞬煌叽缃Y(jié)晶器內(nèi)流體流動(dòng)的速度大小、方向和剪切率，計(jì)算出攪拌槳的理論單位體積輸入功率。同時(shí)還比較了使用PBT攪拌槳和三葉推進(jìn)式攪拌槳的流場(chǎng)變化。 ⑷在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，使用歐拉-歐拉多相模型，在工業(yè)尺寸的間歇DTB結(jié)晶器中對(duì)硫酸銨結(jié)晶過(guò)

4、程多相流進(jìn)行了模擬。采用分組法求解硫酸銨結(jié)晶過(guò)程的粒數(shù)衡算方程，建立并推導(dǎo)了關(guān)聯(lián)硫酸銨結(jié)晶過(guò)程成核速率和生長(zhǎng)速率的相間質(zhì)量傳遞模型，對(duì)硫酸銨的晶體粒度分布，進(jìn)行了直接的模擬，并得到了工業(yè)尺寸DTB結(jié)晶器內(nèi)硫酸銨的粒度分布數(shù)據(jù)。 ⑸依據(jù)間歇DTB結(jié)晶器歐拉法多相模擬的結(jié)果，優(yōu)化工業(yè)尺寸的硫酸銨連續(xù)DTB結(jié)晶器，并討論了攪拌速率對(duì)連續(xù)結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)的影響。應(yīng)用拉哥朗日離散相模型，考察了粒度為10μm、800μm和2000μm的硫酸銨晶