基于CFD的流体力学实验教学探索与实践

流体力学实验是资源循环科学与工程专业实验课程中的必修项目。在实验教学过程中,将流体力学的数值模拟技术与实验测试技术相结合,可以加深学生对流体力学理论知识的理解。以圆柱绕流尾涡流场可视化实验为例,利用基于COMSOL仿真软件开发的CFD模拟App,可完成物理建模、网格划分、变参数仿真等数值模拟内容,并可以通过流速云图、压力云图、流线图等模拟结果对卡门涡街脱落频率进行分析,从而增强学生对流体力学理论知识及相关参数物理意义、变化特征的理解,提高学生的实验参与度,使学生掌握基本的理论知识。将CFD模拟与实验测试技术相结合进行教学,可以极大地提升学生的学习兴趣和求知欲,有效提高教学水平和教学质量。     

K2SO4-KOH-H2O三元水盐体系相平衡研究

我国可溶性钾资源极为匮乏,而如钾长石、明矾石等非水溶性钾矿资源非常丰富。研究以高浓度KOH溶液分解明矾石后形成的K₂SO₄-KOH-H₂O三元强碱水盐体系为研究对象,测量不同温度下K₂SO₄在KOH溶液中的溶解度,绘制了各温度下的三元相图,探索相平衡规律,为明矾石开发利用过程中K₂SO₄的分离提供基础数据。     

氨碱法蒸馏系统300 m3预灰桶搅拌桨流场数值模拟分析

氨气蒸馏是氨碱法生产纯碱的重要工序，其中预处理设备预灰桶的搅拌混合效果会直接影响蒸氨效率。因此，系统研究预灰桶内的流场分布，对纯碱工业的发展具有一定现实意义。基于流体力学对预灰桶内流体流动情况进行了计算，分析了工业常用吊链式搅拌桨预灰桶内流场分布。吊链式搅拌中流体以切向流为主，混合效果差。进一步对预灰桶搅拌桨叶进行了选型，分析了斜叶桨、六斜叶圆盘涡轮桨和六直叶圆盘涡轮桨3种桨型以及不同搅拌层数的流场分布，结果表明双层六斜叶圆盘涡轮桨混合效果最好。研究结果对氨碱法制碱工业中预灰桶搅拌设备的选型和设计提供了参考。     

用氢氧化钾从明矾石中浸出钾及其动力学研究

研究了用氢氧化钾从明矾石中浸出钾，考察了搅拌速度、浸出温度、碱矿质量比和浸出时间对钾浸出率的影响，并探讨了浸出动力学。结果表明：搅拌速度900 r/min、浸出温度70℃、浸出时间30 min、碱矿质量比3/1、KOH浓度50%条件下，钾浸出率最高可达96.91%;浸出过程动力学符合表面化学反应控制模型和Avrami-Erofeev模型，表观活化能分别为41.77、40.73 kJ/mol。该法可为解决钾资源供应问题提供一种新途径。     

亚熔盐分解钾长石矿样中钾铝硅的分离

采用KOH亚熔盐法常压低温分解河北钾长石矿粉,回收过量碱后,用硫酸溶解固渣,得含高浓度钾、铝、硅的母液;采用溶胶?凝胶法和分步醇析法从母液中制备硅凝胶、钾明矾和硫酸钾,钾明矾热解制备氧化铝. 结果表明,钾长石矿中各组分含量分别为K2O 13.13wt%,Al2O3 16.66wt%,SiO2 58.28wt%. 在H+浓度3.80 mol/L及95℃条件下母液易形成硅凝胶,脱硅率达98%以上,SiO2含量大于99.0%,比表面积大于700 m2/g,孔容约为1.0 cm3/g,孔径为5?6 nm;对脱硅母液分步醇析,在25℃、醇料体积比为1时,优先析出钾明矾,铝析出率达98%,降温至5℃并增大醇料体积比至2,可从母液中结晶析出硫酸钾,钾回收率达89%.     

钾长石混盐焙烧-浸出提钾过程研究

中国钾盐资源匮乏,而钾长石是一种重要的钾赋存形式。然而,钾长石的开发技术难度大、成本高,至今尚未实现工业化应用。为了解决钾长石开发利用过程中钾提取温度高、浸出率低等问题,该研究选取了贵州铜仁地区钾长石矿为研究对象,探究了钾长石-硫酸钠-碳酸钙混盐的焙烧-浸出过程,考察了钾长石-硫酸钠-碳酸钙的焙烧配比、焙烧温度、焙烧时间、浸取剂浓度等因素对钾长石中钾元素浸出率的影响。实验结果显示,在焙烧体系均匀混合、焙烧温度为800～900℃、焙烧时间为1 h、m（钾长石）∶m（硫酸钠）∶m（碳酸钙）为（1∶1∶6）～(1∶1∶8)条件下,以质量分数为5%NaOH溶液作为浸取液,钾的浸出率可高达99.79%。该研究提供了一条提高钾长石资源利用效率、解决钾盐资源供应问题的新途径,并为相关工业生产提供了有力的技术支持。     

低碳醇强化铝酸钾溶液晶种分解过程研究

铝酸盐溶液的晶种分解工艺是氧化铝生产过程中的关键步骤。针对铝酸钾溶液,考察了60℃下加入水、乙醇、甲醇以及晶种对铝酸钾溶液分解效率和粒度的影响。结果表明,加入乙醇和甲醇均能强化晶种分解过程。加入水后分解率提高至约68%,粒度仅为24.5μm;加入乙醇后分解率可提高至63%,但所得的氢氧化铝晶体粒径约为110μm,产品呈六棱柱状附聚物;加入甲醇后分解率提高到81%,粒度约为90μm,产品呈片状附聚物。同时晶种的加入可明显提高乙醇过程分解率和反应速率,而对甲醇过程的影响不大;在未加晶种的条件下,甲醇的存在会导致新晶型诺三水铝石的产生。     

分子蒸馏分离三辛胺与十氢萘工艺研究

有机胺萃取剂三辛胺和稀释剂十氢萘的高效低成本分离是含钙废液与CO2反应-萃取-结晶耦合技术工程化应用的重要环节.文中选用分子蒸馏技术分离热解工段热解液三辛胺与十氢萘的混合物,考察了刮膜器转速、蒸馏温度、系统压力和进料流量等因素对重组分残余十氢萘质量分数的影响,并通过正交试验对单因素条件进行优化,获得最优工艺条件为蒸馏温...     

微旋流混合器中液体混合特性CFD-PBM数值模拟

微旋流混合器是一种由微旋流气浮演化而来的设备，可以强化物料的混合与传质。文中研究利用CFD-PBM计算模型，研究微旋流混合器内气液两相分布，考察微旋流混合器内流体颗粒粒径分布及变化特性。分别以空气和液相作为气液两相，研究不同气、液相入口流速下的流场形态与相关流体力学参数。结果表明：通入气相会诱导设备内部产生新的循环流动形态，增强宏观混合，直径大于4.0 mm的气泡无法在内筒中的旋流环境中稳定存在，并随着旋流速度逐渐减小，气泡发生聚并，最终演化为4.0—10 mm直径的气泡流出。增加液相入口速度可以增加整体流动速度，同时增加气相体积分数，气相体积分数最高可达到18%。随着气相流速增加，在微旋流混合器内筒下端形成连续空腔。     

双碳战略下百年纯碱发展机遇与挑战

2020年，中国政府提出了碳达峰和碳中和的双碳战略，以应对世界气候变化。纯碱行业作为基础原材料行业，碳排放源头较多，包括供热供电系统的碳排放及石灰窑煅烧产生的温室效应，减碳降排任务较重。回顾了纯碱工业百年发展历程，分析了目前纯碱行业碳减排状况及存在问题，展望了双碳战略下纯碱行业面临的机遇和挑战。