馮羽生 嚴少卿

（1.江西理工大學經濟管理學院；2.常州東風農機集團有限公司）

我國風化殼淋積型稀土（或稱離子型稀土）資源占世界同類資源總量的約90%，其中贛南是該類型稀土最重要的資源地和供應地［1-4］，且稀土種類齊全，生產涉及的稀土萃取槽結構類型主要包括隔板式、無隔板式、V字式和管式等4種含前室的混合室結構種類。

在攪拌槽內，稀土料液的混合效果與稀土槽內流體的流動狀態(tài)密切相關［5-8］，其混合傳遞運輸過程也較復雜，而流體運動狀態(tài)與攪拌槳轉動速度聯(lián)系密切。論文參照、選用文獻［9-15］中優(yōu)化的攪拌槳和萃取槽尺寸等數(shù)據(jù)，對管式萃取槽內物料的攪拌混合過程進行模擬，在攪拌槳不同轉速條件下對料液的混合效果進行分析，以期獲得最佳攪拌速度，即在抽吸力滿足要求下，使攪拌轉速和能耗最低，為實際生產提供相應參考。

1 管式萃取槽結構研究對象選取

萃取槽前室模型有4種不同類型結構：隔板式、無隔板式、V字式和管式（圖1）。根據(jù)文獻［16-19］對4種結構的萃取槽攪拌特性進行模擬分析所獲得的結果，并結合稀土萃取槽的實際攪拌混合效果，以優(yōu)選出的管式稀土萃取槽結構為研究對象，進而從抽吸流速和功率損耗方面綜合考慮，對不同轉速下的攪拌槳功率進行計算及對比，優(yōu)選出攪拌槳的合理轉速。

2 優(yōu)選參數(shù)下的攪拌特性

在管式稀土萃取槽結構中，首先通過Fluent軟件仿真模擬，優(yōu)選出抽吸孔徑、攪拌槳安裝插入深度等參數(shù)，具體參見文獻［13-15］，然后，在維持初始優(yōu)選參數(shù)狀態(tài)不變的情況下，在管式混合室內對物料攪拌混合過程進行仿真試驗，獲得3層攪拌槳的速度矢量圖（圖2）、混合室水平截面速度云圖（圖3）、混合室截面壓力云圖（圖4）。

從圖2可以看出，管式結構中出現(xiàn)了2個強度不同的頂部和底部循環(huán)流流型，在稀土混合室內，頂部為主體，底部為二次循環(huán)流，二者的物料能動性能不同；在優(yōu)選參數(shù)條件下模擬的循環(huán)流層次更清晰，強度有加強的跡象，底層槳片向上方拋出的物料流速最快，底部能動特性也較好。

從圖3可以看出，四角處的速度云圖向軸心處凹陷突出，底部的循環(huán)能力也得到了加強，“混合死角”現(xiàn)象得到了明顯的改善。

圖4為z=0 m時優(yōu)選參數(shù)條件下的混合室截面壓力云圖，混合室內的壓力變化具有一定的規(guī)律性：由中心攪拌槳區(qū)域逐層向混合室四壁過渡，混合室內部的壓力數(shù)值中間小，四周大，由外向內逐漸減小，層次性較明顯，負壓數(shù)值有所增大。稀土物料的循環(huán)效果得到改善，攪拌槳抽吸效果也變得更好［20］。

一般情況下，通過扭矩測量儀可得到試驗中的攪拌扭矩，F(xiàn)luent仿真軟件可獲得攪拌仿真扭矩結果，把結果代入攪拌槳功率計算公式可計算出攪拌功率

式中，P為攪拌功率，W；M為扭矩，N·m；n為攪拌槳轉速，r/min。

3 管式萃取槽混合室攪拌槳攪拌轉速優(yōu)選

在管式混合室結構內，保持原始優(yōu)選抽吸孔徑、攪拌槳安裝深度等數(shù)據(jù)不變，參考現(xiàn)實工廠的攪拌轉速300 r/min，選取一組合理的轉速值，對物料攪拌混合過程進行仿真試驗，以抽吸壓力和攪拌功率為參考依據(jù)，分析不同攪拌轉速下的料液混合效果，獲取最佳攪拌轉速，其抽吸壓力和攪拌功率見表1。

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由表1可以看出：①攪拌槳轉速對抽吸特性影響較大，隨著攪拌轉速的增大，抽吸負壓總體呈增大的趨勢，攪拌槳抽吸特性較好，生產數(shù)據(jù)也驗證了這一特性。這是因為轉速增大，混合室內物料的輸入能量也逐步增加，料液流速也不斷加快，循環(huán)流強度逐漸變強，抽吸負壓也隨之變大，在轉速為260～340 r/min范圍內，其微小的轉速變化可引起負壓值的明顯改變?？紤]物料的抽吸流量和能量損耗因素，在此范圍內選擇攪拌轉速較為理想。②由功率與轉速的關系可知，轉速對攪拌力矩影響也比較明顯。

4 實證分析

以江西龍南某稀土廠的一條生產線與一個管式稀土萃取槽為對象進行現(xiàn)場試驗，參考表1的轉速數(shù)據(jù)進行不同攪拌槳速試驗，然后觀察分析萃取槽攪拌效果，測量萃取槽內流體壓力和電機功率，結果見表2。

由表2并結合表1可以看出：模擬結果與現(xiàn)場試驗結果吻合，因此，模擬分析結果對現(xiàn)場安裝調試及后續(xù)生產具有一定的指導意義。

5 結論

在江西龍南某稀土生產企業(yè)的試驗表明，管式結構的萃取槽混合效率高、速度快、攪拌槳抽吸流量大；對200 L管式萃取混合槽來說，攪拌槳的適宜轉速為260～340 r/min，該轉速不僅滿足抽吸力的要求，而且能耗合理。

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