[发明专利]一种结晶器的澄清结构的设计方法

摘要

本发明涉及一种结晶器的澄清结构的设计方法；本发明依据溢流量、沉降目标粒度、结晶溶液密度、颗粒密度、溶液黏度以及结晶器主体结构，采用颗粒沉降公式，确定结晶器的澄清区的溢流口直径、澄清区宽度、澄清区几何形状以及几何尺寸。最后使用Fluent软件对设计的结晶器澄清区结构对目标粒度粒子的沉降和分布情况进行欧拉多相数值模拟，并依据CFD软件中的Plots工具以及excel软件分析了目标粒度粒子在有效澄清区的分布情况。本发明提供的结晶器澄清区结构设计方法具有良好效果。最终达到获得更大的晶体产品粒度和更为集中的产品粒度分布。

主权项

1.一种结晶器澄清结构的设计方法；其特征是包括以下步骤：1)、确定结晶器的澄清区溶液的外排口直径：依据HGT20570.6‑95标准，对于水溶液或粘度与水溶液类似的液体其速度(u₀)范围为1.5～2.0m/s；因此，依据流速和溶液外排流量(Q，m³/h)，采用公式(1)计算外排口直径(d₀，mm)：d₀＝18.81Q^0.5u₀^‑0.5                         (1)由于钢材管道直径通常有标准值范围，因此计算的外排管道直径(d₀，mm)需要按照就近原则规整为合适的钢材管道直径d₁(mm)，并用公式(2)核算其对应的流速(u₁，m/s)：如果核算速度(u₁，m/s)满足水溶液在管道中的速度范围，则设计合理，否则需要重新设计，直至设计的最终速度满足水溶液在管道中的流速范围为止；2)、确定结晶器的澄清区的宽度(L，mm)：依据沉降目标粒度大小(d，m)、溶液密度(ρ_l，kg/m³)、颗粒密度(ρ_s，kg/m³)和溶液粘度(μ，Pa.s)，按照层流(Re<1)条件下的粒子沉降公式计算沉降速率(u_s，m/s)：其中，g为重力加速度(＝9.81m/s²)；随后，检验粒子运动的雷诺数是否满足层流条件(Re<1)；如果满足Re<1，则计算合理；如果1<Re<1000，则颗粒沉降速度重新采用过渡流(1<Re<1000)条件下的沉降公式计算：并依据获得的速度(u_s)再次核算粒子运动雷诺数(Re)，判断是否满足1<Re<1000，直至计算的颗粒沉降运动雷诺数(Re)数值范围与粒子沉降公式对应的雷诺数(Re)范围一致为止；然后，依据澄清区外排流量以及沉降速率(u_s)，按照下式计算澄清区的理论横截面积(A)：本发明取前面层流条件或过渡流条件下的粒子沉降公式理论计算获得的横截面积的2倍值来确定澄清区横截面积的设计值；随后依据结晶器的结晶区域半径(R，m)按照下面的公式计算出澄清区环隙宽度(L，mm)：3)、确定结晶器澄清区环隙的几何尺寸：把澄清区环隙入口的宽度缩小至第二步计算宽度(L)的1/5，相应地澄清区入口处的结晶区的有效半径(R′，m)则扩大为：澄清区入口环隙的纵向剖面呈梯形，其上底长度为L/5，下底长度为L；梯形高度(H₁，mm)设计为主澄清区宽度的6倍值，即：H₁＝6L                              (8)有效澄清区的纵向剖面图采用矩形结构，其宽度为L；有效长度(H₂，mm)设计为：H₂＝40d₁                           (9)澄清区溶液外排口管道的实际矩形长度(H₃，mm)为：H₃＝150+0.5d₁                      (10)澄清区的总高度(H，mm)为：H＝H₁+H₂+H₃                    (11)。