بخشی از مقاله
چکیده
جداکننده تری فلو، یک جداکننده واسطه سنگین استوانهای دو مرحلهای است که دارای ظرفیت بالا است و سه محصول - کنسانتره، میانی و باطله - در یک جداکننده تولید میکند که در نتیجه منجر به کاهش هزینهها و افزایش کارآیی میشود. در جداکننده از ورودیهای حلزونی واسطه و خروجیهای حلزونی محصول غوطهور استفاده شده است که نسبت به ورودیهای مماسی دارای آشفتگی کمتری است.
در این مقاله الگوی جریان آب-هوا، به صورت سه بعدی در یک جداکننده سه محصولی واسطه سنگین با استفاده از مدل k- بررسی شده است. همچنین متغیر عملیاتی فشار معکوس در دهانههای خروجی Sink و سرعت ورودی در دهانههای ورودی Medium Inlet بررسی شد که تاثیر قابل توجهی بر الگوی جریان داخل جداکننده داشتند. شبیهسازی هسته هوا انطباق کاملی با نتایج آزمایشگاهی داشت و یک هسته هوای پایدار تشکیل شد اما سطح مشترک آب-هوا ثابت نبود.
-1 مقدمه
جداکننده سه محصولی واسطه سنگین - تری فلو - در سال 1982 توسط رووف با همکاری فرارا توسعه داده شد. ایده سیستم دو مرحلهای به عنوان یک راه حل برای مشکل نوسان خوراک که در اواخر دهه هفتاد در دو معدن سرب و روی در ایتالیا به وجود آمد، نشأت گرفته شده است. به همین دلیل روش دو مرحلهای مورد آزمایش قرار گرفت، با توجه به نتایج آزمایش، اگر در مرحله اول حجم زیادی از مواد در مرحله رافر حذف شود، خوراک ورودی به مرحله دوم به طور قابل توجهی بهبود مییابد1]،.[2 جداکننده تری فلو از دو مرحله جدایش استوانهای واسطه سنگین در یک دستگاه عملیاتی تشکیل شده است.[3]
بدنه استوانهای جداکننده از دو محفظه استوانهای متوالی با یک محور طولی تشکیل شده است و به طور مایل و با زاویهای 15 تا 35 درجه نسبت به افق قرار میگیرد. هر محفظه استوانهای دارای یک ورودی حلزونی واسطه و یک خروجی محصول غوطهور شده است. خوارک همراه با مقدار کمی از واسطه سنگین در فشار اتمسفر به محفظه اول وارد شده و محصول شناور اولیه و غوطهور 1 را تولید میکند. شناور اولیه حاصل از مرحله اول به محفظه دوم، در جرم مخصوص پایینتر، وارد میشود که منجر به تولید محصول غوطهور 2 - میانی - و محصول شناور نهایی - کنسانتره - میشود.
تری فلو یک فناوری تثبیت شده است و امروزه بیش از 16 پایلوت و 30 کارخانه صنعتی مجهز به تری فلو در کشورهای مختلف عمدتاً برای فرآوری مواد معدنی ساخته شدهاند. جداکنندههای واسطه سنگین مختلفی برای کاربردهای گوناگون توسعه یافتهاند که تقریباً تمامی آنها دارای عملیات یکسانی هستند. از این رو روند مدلسازی آنها یکسان میباشد. افراد زیادی در زمینه مدلسازی CFD جداکنندههای سیکلون مطالعه و تحقیق کردهاند و در بیشتر این تحقیقات از نتایج آزمایشهای هسیه که به روش لیزری داپلر به دست آمده بود، برای اعتبارسنجی استفاده شده است.
اکثر بررسیهای اخیر نشان دادند که آشفتگی در سیکلونها خیلی ناهمگن است و تحت مدل k- و مدل دیفرانسیلی تنش رینولدز رفتار میکند. سواسنابار در سال 2000 به کالیبراسیون مدل k- برای دستیابی به سرعت پیشبینی شده در شبیهسازی سیکلون هسیه پرداخت.[4] مطالعه اخیر CFD توسط دلگادیلو و راجامانی برای سیکلون با قطر 75mm هسیه نشان داد که وقتی از مدل حجم سیال برای تعیین هسته هوا استفاده شود، مدل دیفرانسیلی تنش رینولدز میتواند سرعت مماسی را پیشبینی کند.[5] همچنین برنان نشان داد که وقتی که از مدل حجم سیال همراه با مدل مخلوط برای تعیین هسته هوا استفاده شود، مدل دیفرانسیلی تنش رینولدز میتواند سرعت مماسی را در سیکلون هسیه پیشبینی کند.[6]
با توجه به مزایای موجود در جداکنندههای سه محصولی، تمایل صنعت فرآوری به این نوع جداکنندهها رو به افزایش است. اما یک مسئله موجب تردید در توسعه هر چه سریعتر این نوع جداکنندهها شده است که این مسئله رفتار فرآیندی پیچیده موجود در این نوع جداکنندهها میباشد و در راستای همین مسئله، موضوع بهبود فرآیند از نظر عملیاتی، هندسی و طراحی نمایان میشود.
از یک سو پیچیدگی فرآیند و از سوی دیگر ناشناخته بودن مکانیزم عملکرد جداکننده برای اپراتورها، جداکنندههای به کارگرفته شده در مدارهای فراوری، بیشتر به صورت یک جعبه سیاه مورد استفاده قرار گرفتهاند. هدف از این مقاله ایجاد یک مدل CFD بر پایه تک فازی - آب - و اعمال آن برای پیشبینی جریان در جداکننده واسطه سنگین تریفلو است و دو عدد از پارامترهای موثر بر ناحیه جدایش، فشار معکوس بر روی خروجیهای Sink و سرعت ورودی Medium inlets بررسی میشود.
-2 مواد و روشها
هندسه جداکننده واسطه سنگین تری فلو مورد بررسی در شکل 1 نمایش داده شده است. آب از طریق Medium Inlet 1 و Medium Inlet 2 با سرعت میانگین 1/86 m/s - و - 1/06 m/s وارد جداکننده میشود. جداکننده از طریق Feed Tube و Main Float به فضای اتمسفر در ارتباط است در حالی که کانتور فشار برای Sink 1 و Sink 2 اعمال میشود. با استفاده از نرمافزار Hexpress view برای مشبندی استفاده شد و تعداد مش ایجاد شده برای هندسه 1/6 میلیون است.
جریان آب در جداکننده سه محصولی با استفاده از نرمافزار Ansys Fluent 17.2 شبیهسازی شد. ورودیهای واسطه با شرط مرزی Velocity Inlet و شدت آشفتگی در هر دو ورودی برابر با %5 تعریف شد. خروجیهای تخلیه با شرط مرزی فشار و هر دو روزنه محوری با فشار استاتیک صفر تعریف شد. از بین مدلهای آشفتگی مختلف، مدل آشفتگی k- برای حل آشفتگی جریان انتخاب شد.
-3 نتایج و بحث
هسته هوا حاصل از شبیهسازی با سرعت ورودی آب 1/86 m/s در شکل 2 نشان داده شده است و همچنین سرعت هسته هوا مشخص شده است.
