بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش ابتدا مخزن میکسر استخراج حلالی مس با پروانه RT توسط نرم افزار گمبیت طراحی شد. جهت طراحی از پژوهش های گذشته و ابعاد میکسر استخراج حلالی مس سرچشمه استفاده شد. خواص مواد آلی و آبی مورد استفاده از آنالیز محلولهای آبی و آلی واحد استخراج حلالی مجتمع مس سرچشمه به دست آمد. فرایند پردازش و پس پردازش در نرم افزار فلوئنت صورت گرفت.
پس از بررسی نتایج مشخص شد که با افزایش تعداد بافل ها، حجم مناطق مرده پس از آنها افزایش می یابد، همچنین جریانهای اغتشاشی که سبب افزایش اختلاط و بازدهی میکسر می شود افزایش می یابد. با در نظرگرفتن مصرف انرژی مورد نیاز جهت فرایند اختلاط، تعداد 4 بافل نتایج بهتری را ارائه می دهد. با افزایش عرض بافل ها مناطق مرده پس از آنها کاهش می یابد. همچنین سرعت در اطراف پروانه از 0/7 تا 0/8 متر بر ثانیه افزایش می یابد. با توجه به مصرف انرژی بیشتر در سایر بافل ها، استفاده از بافل های با عرض 26 میلیمتری برای استخراج حلالی مناسب تر است.
.1 مقدمه
مخزن های اختلاط به طور گسترده در صنایع معدنی، متالورژی و فرایند شیمیایی برای انجام انواع عملیات مانند همگن سازی، پراکندگی فاز، فلوتاسیون، پلیمریزاسیون، انتقال جرم و انتقال حرارت مورد استفاده قرار می گیرند. در اکثر موارد، جریان در مخزن اختلاط آشفته است. تلاشهای مستمری در درک این جریان با استفاده از هر دو ابزار دینامیک سیالات تجربی و محاسباتی صورت گرفته است . - 2 ,1 -
مطالعه جریان آشفته و محاسبه خواص آن در یک ظرف اختلاط یک چالش قابل توجه در استفاده از مدل های اغتشاش موجود است. عوامل موثر در ایجاد اغتشاش، هندسه پیچیده مخزن، چرخش پروانه و تغییرات بزرگ در مقیاس هندسی هستند . - 3 - وجود بافل ها نیز سبب افزایش پیچیدگی در هندسه مخزن می شود . - 4 - تجزیه و تحلیل الگوی جریان آشفته و خواص آن در مخزن اختلاط ممکن است برای طراحی تجهیزات، فرایند های بالا دستی، بهینه سازی انرژی و کنترل کیفیت محصول مفید باشد. روش های موجود مورد استفاده برای طراحی مخزن اختلاط بر تکنیک های تجربی استوار است.
به دلیل محدودیت تجهیزات، طبیعت ناپایدار جریان آشفته، پیچیدگی هندسه پروانه، و حرکت نسبی بین عناصر سیال، دستیابی به داده های تجربی از بسیاری از بخشهای جریان معمولا هزینه بر است. استفاده از CFD برای شبیه سازی جریان آشفته در مخزن اختلاط می تواند داده های مفید برای مطالعه رفتار جریان، الگوهای گردش و ساختار گردابه تولید کند . - 5 -
مدل های تلاطم از حل معادلات ناویر استوکس توسط شبیه سازی CFD حل می شوند. دگلون و همکاران - - 5، اثر دقت مش بندی را در شبیه سازی CFD جریان سیال در مخزن اختلاط در حضور بافل، توسط یک توربین راشتون بررسی کردند. بر مبنای پژوهش های صورت گرفته مدل k-ɛ و روش مدل سازی MRF با پیش بینی های راشتون و همکاران - 6 - ، تطابق داشته و استفاده از این روش و مدل جهت شبیه سازی CFD مخزن اختلاط پیشنهاد می شود.
کارلوس رزند - 7 - ، دو مدل تانک اختلاط در حضور بافل و تانک اختلاط بدون بافل را مورد بررسی قرار داد. در این پژوهش استفاده از کدهای اضافه شده به برنامه CFD برای اعمال شرایط مرزی در ارتباط با هر بافل در مخزن استفاده شده است. این شرایط مرزی برای هر گام زمانی در اثر حرکت نسبی بین بافل و پروانه بازسازی شده است.
علاوه بر این، استفاده از پارامترهای تعریف مختصات، چگالی مش، و خواص سیال اجازه ایجاد یک مدل ساده را می دهد. بنابراین زمان لازم برای ایجاد یک هندسه جدید از مخزن میکسر، کاهش می یابد. این اتوماسیون می تواند منجر به توسعه سریع مدل جهت انتخاب مخزن مطلوب و دستیابی به ترکیب پروانه شعاعی مناسب میشود.
ایشان موفق به ارائه یک مدل شبیه سازی شده که در آن کاربر به سادگی قادر به تغییر هندسه می باشد، همچنین از مزایای مدل ارائه شده این است که نتایج آن بر اساس صحت سنجی انجام شده، از انطباق بسیار خوبی با واقعیت برخوردار است. بر اساس این بررسی گام زمانی در حل معادلات باید کمتر از تغییر 90 درجه ای پروانه انتخاب شود.
لو و همکاران - 8 - به بررسی اثر تعداد و عرض بافل در حضور پروانه راشتون در سیستم های با و بدون دمش اکسیژن پرداختند، با استفاده از نتایج بهینه سازی تعداد بافل ها به وضوح بر میزان اختلاط تاثیرگذار است و افزایش تعداد بافل همراه با دمش بیشتر گاز در سیال سبب افزایش % 20 در زمان اختلاط می شود. این موضوع سبب کاهش ظرفیت پمپاژ پروانه می شود. رابطه ی - 1 - برای تاثیر طراحی بافل و دمش گاز بر زمان اختلاط ارائه داده شده است.
امار و همکاران - 9 - اثر طول بافل در جریان آشفته در مخازن اختلاط را بررسی کردند. آنها رفتار هیدرودینامیکی ناشی از یک پروانه راشتون - RT6 - را به صورت عددی با حل معادلات ناویر استوکس با مدل تلاطم k-ε بررسی کردند. مقایسه بر روی سه سیستم مختلف اعم از بدون بافل، با بافل نیمه و با بافل کامل انجام شد. مصرف انرژی به شدت وابسته به ارتفاع بافل ها است و در مخزن اختلاط با حضور بافل های کامل کمترین مصرف انرژی مشاهده می شود. شبانی و مظاهری - 10 - به بررسی اثر تعداد بافل بر ویژگی های جدایش سیستم، و اثر عرض بافل و سرعت ورودی پرداختند. آنها از دینامیک سیالات محاسباتی برای پیش بینی ویژگی های جدایش استفاده کردند و مدل سازی انجام شده را با استفاده از داده های تجربی برای سرعت های مختلف صحت سنجی کردند.
