硫酸銨結(jié)晶過程的研究及其固—液多相流的計算流體力學(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)生等問題。本文對硫酸銨結(jié)晶工藝進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用計算流體力學(xué)方法，對硫酸銨結(jié)晶器進(jìn)行了模擬和優(yōu)化，并對硫酸銨結(jié)晶過程進(jìn)行了多相模擬。 ⑴使用激光法測定了硫酸銨在純水、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雙對數(shù)經(jīng)驗方程關(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采用間歇動態(tài)法對硫酸銨蒸發(fā)結(jié)晶過程的動力學(xué)進(jìn)行了實驗測定。測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速率方程的參數(shù)。討論了溶液酸度以及雜質(zhì)離子對于結(jié)晶動力學(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)，對結(jié)晶過程最終產(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。 利用實驗得到的物性參數(shù)和優(yōu)化的工藝條件，對實驗室尺寸、2.5L小試尺寸和456.78m3工業(yè)尺寸進(jìn)行了硫酸銨的結(jié)晶器的流場模擬?？疾炝瞬煌叽缃Y(jié)晶器內(nèi)流體流動的速度大小、方向和剪切率，計算出攪拌槳的理論單位體積輸入功率。同時還比較了使用PBT攪拌槳和三葉推進(jìn)式攪拌槳的流場變化。 ⑷在實驗的基礎(chǔ)上，使用歐拉-歐拉多相模型，在工業(yè)尺寸的間歇DTB結(jié)晶器中對硫酸銨結(jié)晶過

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)晶過程成核速率和生長速率的相間質(zhì)量傳遞模型，對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連續(xù)結(jié)晶器內(nèi)流場的影響。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