新型气旋浮装置选矿废水处理过程的流场仿真分析

新型气旋浮装置选矿废水处理过程的流场仿真分析

2013年2月机床与液压Feb．2013第41卷第3期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．41No．3DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．03．036新型气旋浮装置选矿废水处理过程的流场仿真分析张智亮(西南石油大学，9)11成都610500)摘要：为了解决选矿废水排放对环境的严重污染问题，将新型气旋浮装置应用于选矿废水处理。这种新型气旋浮装置是在结合充气式水力旋流器和气浮式水力旋流器的理论基础上发展起来的。分析了新型气旋浮装置结构，对新型气旋浮装置选矿废水处理过程中的流场进行仿真分析。实践表明：该流场仿真分析与现场实测结果比较吻合。因此，采用流体分析软件技术来研究气旋浮选矿废水处理过程中的流场规律是可行的，且水质完全达到可排放标准。关键词：气旋浮；选矿废水；流场仿真中图分类号：TH12文献标识码：A文章编号：1001—3881(2013J3—127—3FlowField’SSimulationAnalysisofBeneficiationProcessofWastewaterTreatmentinNewCycloneFloatingDeviceZHANGZhiliang(SouthwestPetroleumUniversity，ChengduSichuan610500，China)Abstract：Inordertosolvetheseriouspollutionproblemsthatbeneficiationwastewaterdischargetotheenvironment，thenewcy—clonefloatingdevicewasusedinbeneficiationprocessingwastewatertreatment．Thisnewcyclonefloatingdevicewasdevelopedbasedontheoriesofairinflatablehydro—cycloneandairflotationhydro—cycloneincombination．Thestructureofthenewcycloneairfloatingdevicewasanalyzed，andtheflowfieldinthenewcycloneairfloatingdevicebeneficiationwastewatertreatmentprocesswasanalyzedwithsimulation．Practiceshowsthatthesimulationoftheflowfieldanalysisandfieldmeasurementresultsiscoincided．Therefore，U—singfluidanalysissoftwaretechnologytostudythecycloneairflotationregularityoftheflowfieldinthewastewatertreatmentprocessisfeasibleandthewaterqualityfullymeetsthestandardrequiredfordischarge．Keywords：Cyclonefloating；Benefleiationwastewater；Flowsimulation选矿废水是选矿工艺排水、尾矿池溢流水和矿场的充气式水力旋流器⋯，1996年，余仁焕设计了排水的统称，大量存在于煤矿、铜矿等矿山企业。选一台顶部进料的充气式油水分离水力旋流器，其原理矿废水水量大，悬浮物含量高，含有害物质种类较多与MILLER等设计的旋流器的原理是基本一致的，只且浓度较低。每吨矿石选矿用水量为5～10t。随着是在进料、溢流等方式上有所改变。我国经济的不断发展，工业水平的不断提高，选矿废为了进一步提高分离效率，2002年，沈自求水的排量越来越大，如果不能得以有效处理，这些选等设计了一种气浮式水力旋流器。在该系统中，将矿废水就会严重污染环境，危害水产行业和植物生长压缩空气注入溶气罐，然后油水混合物由溶气罐进入及人体健康。新型气旋浮装置是在结合充气式水力旋水力旋流器进行油水分离。水力旋流器采用双锥结流器和气浮式水力旋流器的理论基础上发展起来的，构，顶部设有溢流管，底流通过底部尾管流出，经过国内研究较少，到目前为止仅西南石油大学省部共建试验证明，排出水满足废水排放的要求，主要用于环“石油天然气装备”教育部重点实验室正在研究，该保与污水回用。但以上两种旋流器只能分离尺寸较大装置应用广泛，能够在石油、矿业、农业等多个领域的颗粒，对于尺寸较小的颗粒则不能较好地完成分进行应用。作者对新型气旋浮装置选矿废水处理过程离，新型气旋浮装置就是针对这一缺点而产生的。的流场进行仿真分析。新型气旋浮装置，是将漩流和气浮二者有机结合1新型气旋浮装置结构简介在一起的分离装置。其主要部件为导流叶片、绕流1983年，MILLER等设计了第一台用于油水分离柱、立式容器罐、上部排气管、切向进液管、下部出收稿日期：2011—05—19基金项目：西南石油再而三学校级科技基金资助(2O10Ⅺzl50)；省部共建“石油天然气装备”教育部重点实验室资助项目(2006STS02)作者简介：张智亮(1984一)，男，硕士，从事化工过程机械的研究工作。E—mail：280238724@qq．corn。nnn第3期陈文颍等：考虑伺服阀动态非线性特征的电液振动台建模·133·依据仿真结果，可以发现该电液振动台仿真模型体现伺服阀开口一频响非线性动态特征的电液振动台在再现小能量或低频段的振动波形时再现信号与输入仿真模型，并通过仿真说明了该模型可以有效模拟出信号吻合得较好。而当输人信号为一个高频大能量的系统再现地震波信号时位于高频段的失真情况。通过振动波形时，再现信号的失真度明显增加，且具体趋该模型，能够为离心场环境下电液振动台的设计与分势为，随着频带向高频段移动，波形失真度逐渐析工作提供必要的依据。增大。同时，由仿真结果可以发现：受制于伺服阀的频若定义系统的频带波形失真度为对应频带内输入响特性，当电液振动台系统工作于大开口条件下时，信号与再现信号各个频点能量差的绝对值之和与输入它难以精确再现高频段的振动波形。为解决这个问信号在该频带内总能量的比值，即式(6)：题，许多离心机机载电液振动台都采用了“双缸多m2阀”甚至“多缸多阀”的技术路线，这样可以有效∑lFFT(y胡())，：—·FFT(y。())，：l降低伺服阀的开口大小，但同时也对系统控制的同步J=————————————一(6)性提出了要求。∑lFFT(y())In=m-。参考文献：式中：J为频带失真度，[m。，m]为频带范围，Y砷【1】VANLAAKPA，ADALIERK，DOBRYR，eta1．Designof是输入信号的加速度波形，Y是再现信号的加速度RPI'sLargeServoHydraulicCentrifugeShaker[C]／／Proc波形。由此可以得到系统再现高频大能量的振动波形ofCentrifuge，1998：105—110．时，在0～500Hz范围内不同频段的频带波形失真度【2】冉光斌．土工离心机及振动台发展综述[J]．环境技术，如表2所示。2007，6(3)：25—29．表2波形失真度【3】唐贞云，李振宝，纪金豹，等．伺服阀对地震模拟振动台控制性能影响及控制参数自整定[J]．震灾防御技术，2010，5(1)：20—26．【4】李其朋，丁凡．电液伺服阀技术研究现状及发展趋势综合图6和表2，可以认为该电液振动台仿真模[J]．工程机械，2003(6)：28—33．型能够有效模拟出地震波在高频段的失真趋势，这与【5】黄浩华．地震模拟振动台的设计与应用技术[M]．北京：过去的不考虑伺服阀开口一频响动态特性的线性近似地震出版社，2008：57—77．仿真模型是完全不同的，它更加符合实际情况。【6】吴麟．自动控制原理[M]．北京：清华大学出版社，1990．4结论【7】明仁雄．液压与气压传动[M]．北京：国防工业出版社，基于MATLAB／Simulink仿真平台，设计了能够2003(上接第129页)【6】张作萍，谢旭时，王忠，等．液一固(气)旋流器流场压力灰分的细煤泥，同时又能够回收较高质量的粗煤泥。和分离粒径的计算及应用[J]．机床与液压，2008，36参考文献：(6)：76—79．【7】张作萍，陈海，郭金基，等．液～固(气)旋流器分离性能【1】赵国庆，张明贤．水力旋流器分离技术[M]．北京：化学分析及环保工程应用[J]．中山大学学报：自然科学版，工业出版社，2003：13—26．2008，36(3)：131—133．【2】余仁焕．含油污水处理技术进展[J]．上海环境科学，【8】褚良银，陈文梅，罗茜．锥齿刑水力旋流器的分离特性研1996，16(8)：38—41．究[J]．化工机械，1997，24(1)：63—67．【3】沈自求，赵立新，李枫，等．旋流分离技术[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000：34—37．【9】蒋明虎，赵立新．液一液水力旋流器的入口形式及其研究[J]．石油矿场机械，1998，27(2)：3—6．【4】THEWMartin。HydrocycloneRedesignforLiquid—ned【10】YONGGAB，WAKLAYWD，TAGGARTDL，eta1．Separation[J]．TheChemicalEngineer，1986，7(8)：17—Oil—waterSeparationUsingHvdrocyclones：anExpefimen-23．talSearchforOptimumDimensions『J]．JournalofPetro．【5】蒋明虎，赵立新．产出液预分离水力旋流器的机理及试1eumScienceandEnginring，1994(11)：37—50．验研究[J]．石油学报，1998，19(4)：104—108．