بررسی و بهینه‌سازی پارامترهای عملیاتی در سلول‌های رافر مجتمع مس سونگون به روش CFD

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری تخصصی، قرارگاه سازندگی خاتم الانبیا، موسسه امین، ارومیه، ایران

2 کارشناسی ارشد، قرارگاه سازندگی خاتم الانبیا،موسسه امین، ارومیه، ایران

3 کارشناسی ارشد، مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

عملکرد سلول‌های فلوتاسیون علاوه بر ویژگی‌های هندسی‌شان، تحت تاثیر پارامترهای عملیاتی می‌باشد که از جمله آن‌ها می‌توان به دبی خوراک، دبی هوای ورودی به سلول و سرعت چرخش پروانه اشاره کرد. در این پژوهش برای بهینه‌سازی پارامترهای فوق در سلول‌های رافر واحد فلوتاسیون سرباره ذوب مجتمع مس سونگون، از نرم‌افزار شبیه‌سازیANSYS FLUENT استفاده شده است. برای دقیق‌تر و جامع‌تر شدن نتایج بهینه‌سازی، از نرم افزار طراحی آزمایش Design Expert استفاده و در نهایت مقادیر بهینه‌ پارامترهای عملیاتی برای کسب کمترین میزان تنش وارده بر دیواره سلول در عین حفظ میزان آشفتگی و اختلاط قابل قبول برای حفظ راندمان سلول حاصل شد. نتایج ارزیابی‌ها نشان داد که در بحث آشفتگی و اختلاط جریان سلول تفاوت بسیار ناچیزی مابین سرعت چرخش پروانه rad/s 3/9 و rad/s 3/12 (پارامتر بهینه به دست آمده و پارامتر عملیاتی طراحی شده) وجود دارد ولی نیروی وارد بر دیواره سلول زمانی که سرعت چرخش پروانه rad/s 3/9 باشد برابر با 22/96371 نیوتن خواهد بود، در حالی که این عدد برای سرعت چرخش پروانه rad/s 3/12، 36/159515 نیوتن محاسبه شده است. در سرعت چرخش پروانه rad/s 3/9، دبی خوراک ورودی kg/s 28 و دبی هوای ورودی m3/s 41/0 حداکثر آشفتگی و حداقل نیروی وارد بر بدنه سلول به دست آمد در نتیجه با کاهش سرعت چرخش پروانه، می‌توان بطور قابل توجهی تنش وارد بر دیواره را کاهش داد. در مجموع با بهینه‌سازی‌های انجام گرفته در این تحقیق پیش‌بینی می‌شود هزینه‌های مربوط به تعمیر، نگهداری و استهلاک این سلول‌ها کاهش یابد.

کلیدواژه‌ها


  1. [1] Gümüşsoy, M. Başyi̇ği̇t, and E. U. Kart, "Economic potential and environmental impact of metal recovery from copper slag flotation tailings," Resources Policy, vol. 80, p. 103232, .2023

    [2] İ. Alp, H. Deveci, and H. Süngün, "Utilization of flotation wastes of copper slag as raw material in cement production," Journal of hazardous .materials, vol. 159, no. 2-3, pp. 390-395, 2008

    [3] D. Anderson and J. Wendt, Computational.fluid dynamics. Springer, 1995

    [4] Zhu, P. Zhang, S. Jin, L. Ou, W. Zhang, and "Fine Bauxite Recovery Using a Plate-Packed Flotation Column," Metals, vol. 10, no. 9, p. .1184, 2020

    [5] Xu, W. Hu, and M. Zhang, "High-turbulence fine particle flotation cell optimization and p. ,verification," Scientific Reports, vol. 14, no. 1 .23124, 2024

    [6] Koh and M. Schwarz, "CFD modelling of bubble–particle collision rates and efficiencies in a flotation cell," Minerals Engineering, vol. 16, .no. 11, pp. 1055-1059, 2003

    [7] P. Schwarz, P. T. Koh, D. I. Verrelli, and Y. Feng, "Sequential multi-scale modelling of mineral processing operations, with application to flotation cells," Minerals Engineering, vol. 90, .pp. 2-16, 2016

    [8] Wang, L. Ge, S. Mitra, G. M. Evans, J. Joshi, and S. Chen, "A review of CFD modelling studies on the flotation process," Minerals .Engineering, vol. 127, pp. 153-177, 2018

    [9] R. R. Silva, "Flotation Circuit Optimization th Using Modelling and Simulation," 16 International Journal of Mineral Processing, .2020

    [10] Silva, J. Wallace, and D. Lelinski, "Using Experimental Data to Validate a Flotation Cell CFD Model for Development of a Dynamic ".CFD-based Simulator

    [11] T. Koh and M. Schwarz, "CFD model of a self-aerating flotation cell," International ,3-1 .Journal of Mineral Processing, vol. 85, no .pp. 16-24, 2007

    [12] Wang and C. Li, "A brief review of pulp and froth rheology in mineral flotation," Journal of .Chemistry, vol. 2020, pp. 1-16, 2020

    Kramer, S. Gaulocher, M. Martins, and L. d. S. Leal Filho, "Surface tension measurement for optimization of flotation control," Procedia .Engineering, vol. 46, pp. 111-118, 2012

    [13] Farzanegan, N. Khorasanizadeh, G. A. Sheikhzadeh, and H. Khorasanizadeh, "Laboratory and CFD investigations of the two-phase flow behavior in flotation columns equipped with vertical baffle," International Journal of Mineral Processing, vol. 166, pp. 79- .88, 2017

    [14] Khataee, M. E. Farshchi, M. Fathinia, and H. Aghdasinia, "Photocatalytic ozonation process for degradation of an anthelmintic drug using ceramic coated TiO2 NPs: CFD simulation coupling with kinetic mechanisms," Process Safety and Environmental Protection, vol. 141, .pp. 37-48, 2020

    [15] Liu and M. Schwarz, "CFD-based multiscale modelling of bubble–particle collision efficiency in a turbulent flotation cell," Chemical Engineering Science, vol. 64, no. 24, pp. 5287- .5301, 2009

    [16] Stern, R. V. Wilson, H. W. Coleman, and E. G. Paterson, "Verification and validation of CFD simulations," Iowa Institute of Hydraulic .1999 ,7Research IIHR, vol. 40

    Sarhan, J. Naser, and G. Brooks, "CFD analysis of solid particles properties effect in three-phase flotation column," Separation and .Purification Technology, vol. 185, pp. 1-9, 2017

    [17] .M. A. Bezerra, R. E. Santelli, E. P. Oliveira, L S. Villar, and L. A. Escaleira, "Response surface methodology (RSM) as a tool for optimization in analytical chemistry," Talanta, vol. 76, no. 5, pp. .965-977, 2008

    [18] Antoniadou, V. M. Daskalaki, N. Balis, D. I. Kondarides, C. Kordulis, and P. Lianos, "Photocatalysis and photoelectrocatalysis using (CdS-ZnS)/TiO 2 combined photocatalysts," Applied Catalysis B: Environmental, vol. 107, .no. 1, pp. 188-196, 2011

    [19] Sjöblom, K. Papadakis, D. Creaser, and C. I. Odenbrand, "Use of experimental design in development of a catalyst system," Catalysis .today, vol. 100, no. 3, pp. 243-248, 2005

    [20] M. Wardrop and R. H. Myers, "Some response surface designs for finding optimal conditions," Journal of statistical planning and .pp. 7-28, 1990 ,inference, vol. 25, no. 1

    [21] Kou, Y. Hou, W. Fu, N. Yang, J. Liu, and G. Xie, "Simulation of multi-phase flow in autoclaves using a coupled CFD-DPM approach," Processes, vol. 11, no. 3, p. 890, .2023

    1.