یشهوژپ یملع همانهام
یسدنهم کیناکم
سردم
mme.modares.ac.ir
دیلوت و هلعش یامد رب هرتناسنک تارذ رد دوجوم درگوگ رادقم رثا یددع یزاس هیبش هدنیلاآ سم بوذ شلف هروک یاه
یبجر ادن نامیقم دمحم ،
1*2
-1 دشرا یسانشراک یوجشناد کیناکم یسدنهم ،
دهشم ،یسودرف هاگشناد ،
-2 دهشم ،یسودرف هاگشناد ،کیناکم یسدنهم ،داتسا
یتسپ قودنص ،دهشم * 91775-1111
هلاقم تاعلاطا هدیکچ
لماک یشهوژپ هلاقم :تفایرد نیدرورف 13 1396
:شریذپ دادرخ05 1396
:تیاس رد هئارا ت22
ری 1396 هیبش هعلاطم نیا رد
هدنیلاآ یسررب فده اب ،سم بوذ شلف هروک یددع یزاس هرتناسنک قارتحا زا لصاح یاه
یکمک تخوس و یدیفلوس یاه
هیبش نیا .دش ماجنا یارب .تسا هتفرگ تروص تارذ هتسسگ زاف یارب یژنارگلا شور و نایرج هتسویپ زاف یارب یرلیوا شور زا هدافتسا اب یزاس
لدم ج یزاس شنکاو خرن رب یگتفشآ تارثا لامعا و یقارتحا نایر لدم بیکرت زا ییایمیش یاه
لامتحا یلاگچ عیزوت عبات یاه (pdf)
و ،k-ε
اب و یراجفنا تروص هب هرتناسنک تارذ رد دوجوم درگوگ قارتحا ،شلف بوذ هروک یکیمانیدومرت طیارش هب هجوت اب .تسا هدش هدافتساRNG یم تروص دایز عشعشت یگ
هتسسگ تاصتخم عشعشت لدم زا هدافتسا اب یشبات ترارح لاقتنا تارثا هبساحم .در (DOM)
جیاتن .تسا هدش ماجنا
هیبش لااب اتبسن یاهامد رد و یفاضا یاوه اب یقارتحا طیارش رد دهد یم ناشن یددع یزاس (>1273K)
زاگ هب درگوگ زا یهجوت لباق رادقم
SO2
زاگ زا یشخب رتدرس طاقن رد و لیدبت SO2
هب SO3
یم لیدبت زاگ یمرج رسک ،تسا هارمه نژیسکا دوبمک اب هک هروک زا یقطانم رد .دوش
یم ادیپ شیازفا هتخوسن درگوگ رادقم زین وSO تلع هب هرتناسنک تارذ رد دوجوم درگوگ رادقم شیازفا اب دهد یم ناشن نینچمه جیاتن .دنک
تدش شیازفا یم شیازفا نآ یامد هنیمک و شهاک هروک یامد هنیشیب ،شبات
هروک یامد عیزوت هجیتنرد و دبای تخاونکی
رت یم رثا راتفر نیا .دوش
هدنیلاآ راشتنا شهاک رب یدایز NOx
.دراد
:ناگژاو دیلک درگوگ شلف هروک
SOx
NOx
prepdf
Numerical simulation of the effect of existing sulfur in the concentrate particles on flame temperature and pollutants in the flash furnace copper smelting
Neda Rajabi, Mohammad Moghiman*
Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University, Mashhad, Iran.
* P.O.B. 91775-1111 Mashhad, Iran, [email protected]
ARTICLE INFORMATION ABSTRACT
Original Research Paper Received 02 April 2017 Accepted 26 May 2017 Available Online 13 July 2017
In this study numerical simulation of the flash furnace copper smelting was carried out to investigate the pollutants formation in combustion of sulfide concentrates and ancillary fuels. This simulation was done with use of Eulerian framework for continuous phase flow field and Lagrangian approach for discrete phase particles. For modeling of combustion flow and applying turbulence effects on the rate of chemical reactions the composition of Probability Density Function (PDF) and RNG, k-ε model were used. Due to the thermodynamic condition of flash smelting furnace, the combustion of sulfur which exists in concentrate particles, occurs explosively and with high radiation. To calculate the effect of radiative heat transfer the discrete ordinate method (DOM) was used. The numerical simulation results show, under combustion conditions with extra air and at partly high temperatures (>1273K) the only noteworthy sulfurous species are SO2 and in colder points SO2 is transformed to SO3. In the points where there is not sufficient oxygen, the concentration of SO, and S2 unburned are increased. The results also show, the maximum temperature is decreased with increase of existing sulfur in the concentrate particles and the minimum temperature is increased, because the radiation intensity is increased, so the furnace temperature is more uniform. This behavior has a significant influence on reduction of thermal NOx emission.
Keywords:
Sulfur Flash Furnace SOx
NOx
prepdf
همدقم-1 یژرولاتموریپ شور کی شلف بوذ هرتناسنک بوذ1
هک تسا یدیفلوس یاه
رارق هجوت دروم ،سم جارختسا یارب بلاغ یژولونکت کی ناونع هب هزورما بوذ دنیارف یلک روط هب .تسا هتفرگ شلف
هرهب هیاپ رب شنکاو یامرگ زا یریگ
هرتناسنک نویسادیسکا تسا راوتسا یدیفلوس یاه
[2,1]
تارذ قارتحا .
1 Pyro metallurgical
درگوگ یدایز رادقم لماش هک یدیفلوس هرتناسنک )
(S2
نهآ و یم(Fe) دنشاب
اوه رد دوجوم نژیسکا دصرد شیازفا اب هک هکیروطب تسازامرگ تدش هب هروک یم شلف بوذ یاه بوذ یارب مزلا یامرگ زوسدوخ تروص هب دنناوت
دننک نیمأت ار یدیفلوس هرتناسنک تارذ [4,3]
شخب هس زا شلف بوذ هروک .
لکش رد .تسا هدش لیکشت کیتفآ و رلتس ،شنکاو هظفحم یلصا من1
زا ییا
شخب و شلف بوذ هروک تسا هدش هداد ناشن نآ یلصا یاه
[2,1]
.
Fig. 1 Flash smelting furnace with its structure and material flows[1, 2]
لکش نایرج و شلف بوذ هروک راتخاس1 داوم یاه
[2,1]
اب شلف بوذ هروک لخاد هرتناسنک تارذ قارتحا هرابرد دوجوم تاعلاطا هزادنا ،یهاگشیامزآ تاعلاطم زا هدافتسا یریگ
لدم و اه یزاس و یکیزیف یاه
هدش لصاح یضایر فده اب هراومه شلف بوذ هروک هنیمز رد هعلاطم .دنا
هدنیلاآ ،تخوس فرصم نازیم شهاک تسیز یاه
حطس شیازفا و یطیحم
هروک درکلمع ینمیا هدوب هجوت دروم اه
تسا .[5]
لاس رد هُک شراکمه و نسنگروی2001
،اوه یامد رثا یشیامزآ یط[4]
یقاب درگوگ نازیم رب ار تارذ هزادنا و دنام نامز ،یزاگ زاف بیکرت رد هدنام
رس و هرتناسنک تارذ شنکاو تع
اب دندرک نایب اهنآ .دنداد رارق یسررب دروم اه
اوه رد دوجوم نژیسکا تظلغ و یدورو یاوه یامد شیازفا
، شنکاو تعرس اه
یقاب درگوگ نازیم و شیازفا یم شهاک هرتناسنک تارذ رد هدنام
نینچمه .دبای
شیازفا نامز ،شنکاو هظفحم رد تارذ دنام نامز رب یرثؤم شقن تارذ هزادنا شنکاو تعرس و تارذ یامد لاس رد .دراد اه
2002 و یل گنف گنیژ
ناراکمه اب ار شلف هروک قارتحا و ترارح لاقتنا ،لایس نایرج [6]
لدم رلتس هیحان و شنکاو هظفحم نتفرگرظنرد لدم نیا .دندرک یزاس
یزاس
تارذ یارب یژنارگلا شور و زاگ نایرج یارب یرلیوا شور زا هدافتسا اب تناسنک لدم نیا جیاتن هلمج زا .دش ماجنا هر یم یزاس
عیزوت یسررب هب ناوت
هنوگ تظلغ ،امد ،نایرج یاه
SO2
و O2
اب .درک هراشا تارذ تکرح ریسم و
و یل گنف گنیژ شهوژپ رد ،نسنگم یقارتحا لدم زا هدافتسا هب هجوت ریاس ناراکمه هدنیلاآ
اه یدرگوگ ی , SO)
(SO3
رارق یسررب دروم هتفرگن
دنا .
لاس رد ناج2014
ناراکمه و وژ اوه نایرج متنموم تبسن رثا یسررب هب[7]
شیازفا دندرک نایب اهنآ .دنتخادرپ شلف بوذ هروک قارتحا و تارذ عیزوت رب یم تارذ و یزاگ نایرج شخپ نازیم شیازفا هب رجنم متنموم تبسن .دوش
مه تارذ زا یهورگ یم تکرح یزاگ نایرج اب تهج
اما دننک زا رتگرزب تارذ
یم جراخ یزاگ نایرج تکرح ریسم رد زیر تارذ تسا نکمم نینچمه .دنوش
رتدوز عورش ثعاب متنموم تبسن شیازفا .دنتفا ماد هب یتشگرب نایرج یحاون رثا یسررب هب افرص ناراکمه و وژ ناج قیقحت رد .تسا هدش قارتحا شنکاو و تسا هدش هتخادرپ متنموم هدنیلاآ
اه یدرگوگ ی , SO)
, SO2
(SO3
لصاح زا
رارق هعلاطم دروم قارتحا هتفرگن
دنا لاس رد . یروصنم و میعز نسح2015
[8]
هیبش هب نوتاخ شلف بوذ هروک درکراک طیارش یزاس نیا .دنتخادرپ دابآ
هیبش ماجنا توزام یکمک تخوس و هرتناسنک تارذ ،زاگ زاف هس یارب یزاس
د تارییغت دندرک شرازگ اهنآ .تسا هدش شنکاو هظفحم یلااب یحاون رد ام
هظفحم هراوید یامد .تسا تخاونکی تروص هب نییاپ یحاون رد و دیدش یم شیازفا نییاپ هب لااب زا یروحم تهج رد شنکاو رد زین امد رثکادح و دبای
نژیسکا یمرج رسک طاقن نیا رد .تسا هدش هدهاشم توزام هلعش کیدزن یرد ترارح اب تارذ و هدوب مک رایسب چیه ماجنا نودب توزام هلعش زا یتفا
یم بوذ ینویسادیسکا شنکاو قیقحت رد .دنوش
هب یروصنم و میعز نسح
هدنیلاآ یسررب اه
ی .تسا هدشن هتخادرپ شلف بوذ هروک یدرگوگ هدنیلاآ هدمع شخب
ید درگوگ ار شلف بوذ هروک یاه دیسکا
) (SO2
و
یرت درگوگ یمک ریداقم دیسکا
3) دیسکاونم درگوگ و (SO لیکشت (SO)
یم هدنیلاآ .دهد ندش یدیسا و ناسنا یتملاس رب یدج تارثا یدرگوگ یاه
طیحم دنراد تسیز تخوس فرصم ندناسر لقادح هب لاح نیا اب .[9]
یاه
عمج و یکمک ید درگوگ دمآراک یروآ
دیلوت یارب لصاح دیسکا
هزیگنا نیرتمهم کیروفلوسدیسا هروک زا هدافتسا یاه
شلف بوذ
یم دنشاب هرتناسنک تارذ ،اوه یزاف هس نایرج قارتحا هعلاطم نیا رد .[10]
ییایمیش لداعت یقارتحا لدم زا هدافتسا اب یکمک تخوس و یدیفلوس لدم یقارتحا تیصاخ یسررب قیقحت نیا ماجنا زا فده .تسا هدش یزاس
بات اب و یراجفنا تروص هب هک ،هرتناسنک تارذ رد دوجوم درگوگ دایز ش
تروص یم دریگ یم عیزوت رب هرتناسنک تارذ رد دوجوم درگوگ رادقم رثا .دشاب
هدنیلاآ تظلغ رییغت و امد ریاس تاعلاطم رد .تسا هتفرگ رارق یسررب دروم اه
نسنگم یقارتحا لدم زا هدافتسا اب هک ،ناققحم لدم
هدش یزاس دنا هنوگ اهنت
هدنیلاآ هدش هبساحم یدرگوگ SO2
چمه .تسا شقن تاعلاطم نیا رد نین
دایز شبات اب هک نآ یقارتحا تیصاخ و هرتناسنک تارذ رد دوجوم درگوگ تخاونکی هب رجنم رت
یم هروک یامد ندش .تسا هتفرگن رارق هجوت دروم ددرگ
هب رداق ییایمیش لداعت یقارتحا لدم نسنگم لدم فلاخ رب هکنیا هب هجوت اب ایم هنوگ یهجوت لباق دادعت هبساحم یم قارتحا زا لصاح ین
هرهب اب دشاب یریگ
هدنیلاآ مامت نآ ییاناوت زا لماش قارتحا زا لصاح یاه
SO2
، SO3
و SO
هدش هبساحم دیلوت رب هرتناسنک تارذ رد دوجوم درگوگ رادقم رثا نینچمه .دنا
هدنیلاآ NOx
.تسا هتفرگ رارق هعلاطم دروم زین یترارح دیفلوس هرتناسنک تارذ قارتحا-2 ی
رابغ و )بوذ کمک( یسیلیس نایرج ،هرتناسنک تارذ یوتحم هروک ژراش شیپ یاوه نایرج اب هارمه ینادرگزاب لعشم قیرط زا هدش مرگ
هرتناسنک یاه
یم قیرزت نآ لخاد هب ،شنکاو هظفحم فقس رد عقاو رادقم ًلاومعم( دوش
ب مزلا یامرگ نیمأت یارب توزام و یعیبط زاگ دننام یکمک تخوس یمک یار
شنکاو عورش هدافتسا تحارتسا تلاح رد هروک یامد ظفح و یقارتحا یاه
یم )ددرگ ترارح اب ،شنکاو هظفحم یط رد تکرح اب هرتناسنک تارذ .[4]
زا یشبات ترارح لاقتنا ،زاگ زاف زا ییاجباج ترارح لاقتنا قیرط زا یتفایرد هراوید تخوس قارتحا زا یتفایرد ترارح نینچمه و طیحم و اه مرگ یکمک
یم دنوش [11,8]
شنکاو میزیناکم . ود لماش هرتناسنک تارذ ییایمیش یاه
تسا نویسادیسکا و هیزجت هلحرم شنکاو نیا .[4]
تارذ تابیکرت هب هجوت اب اه
عونتم شلف بوذ هروک هب یدورو ژراش لودج رد .دنا
هب یدورو ژراش بیکرت1
تسا هدش هداد ناشن هعلاطم دروم شلف بوذ هروک .[8]
و تیریپوکلاک هدیچیپ تابیکرت ادتبا یدورو ژراش بیکرت هب هجوت اب هداس تابیکرت هب یتیریپ نهآ دیفلوس رت
(FeS) سم دیفلوس ،
2S) درگوگ و(Cu
یم هیزجت ازامرگ تدش هب شنکاو کی یط هدش اهر درگوگ سپس .دنوش
ید درگوگ هب ًاعیرس یم لیدبت دیسکا
دوش .[12]
تابساحم ساسا رب ینامز یلداعت
اب سامت رد لااب یاهامد رد درگوگ هک
لودج هروک هب هدش هیذغت هرتناسنک طولخم بیکرت1 [8]
Table 1 Composition of concentrate mixture fed into furnace[8]
بیکرت مان بیکرت مان
یمرج دصرد
تیریپوکلاک
CuFeS2 50.3
تیریپ
FeS2 20
تیسوکلاک
Cu2S 4.6
ریاس
Other 24.5
یم رارق نژیسکا طیارش رد دریگ
درگوگ یهجوت لباق رادقم نژیسکا زا ینغ
ید یرت درگوگ یزیچان ریداقم و دیسکا لصاح دیسکاونم درگوگ و دیسکا
یم یزاگ نایرج یامد هک یحاون رد گنس لاغز یقارتحا هروک کی رد .دوش
یم شهاک یقارتحا تلاوصحم ید درگوگ شنکاو رثا رد دبای
نژیسکا اب دیسکا
ت درگوگ تظلغ ،دوجوم یفاضا یر
یم شیازفا دیسکا دبای
تاعلاطم رتشیب .[13]
قارتحا رب درگوگ قارتحا مزیناکم کرد یارب S
H2
هدوب زکرمتم لکش رد .دنا
2
راجفنا دودح هب طوبرم ینحنم O2
-
2S ینحنم نیا .تسا هدش هداد ناشنH
یم ناشن ار هتسهآ و )یراجفنا( عیرس قارتحا یحاون دهد
هب هجوت اب .[14]
لکش یکیمانیدومرت طیارش و2 (T>1500K)
قارتحا شنکاو شلف بوذ هروک
یم تروص یراجفنا تروص هب هروک نیا رد درگوگ .دریگ
شنکاو لودج قباطم شلف بوذ هروک یلصا یاه یم ماجنا2
ادتبا .دنوش
هراوید و یزاگ طیحم زا یتفایرد ترارح اب تارذ تابیکرت هیزجت یامد ات اه
یدیفلوس ( )500K م مرگ ی شنکاو امد نیا رد .دنوش و تیریپوکلاک هیزجت یاه
یم خر تیریپ شنکاو اب نامزمه .دنهد
هیزجت زا هدش دازآ درگوگ ،هیزجت یاه
هطبار قباطم یدیفلوس تابیکرت یم شنکاو نژیسکا اب (1)
یامرگ و دهد
یم دازآ یدایز هب امد هک یتقو .دنک
یم 800K شنکاو ریاس دسر یاه
افتا نویسادیسکا یم ق
دنتفا [11,8]
.
( )1 S2+2O2→2SO2 ∆ℎ̅ = −722 (kJ/mol)
لدم-3 یضایر یزاس
هروک تیفرظ یاراد تسا هتفرگ رارق یسررب دروم هلاقم نیا رد هک یا نت46
هرتناسنک تعاس رب بیترت هب شنکاو هظفحم رطق و عافترا .تسا یدیفلوس
7
و هب راتخاس رد رلتس هیحان و شنکاو هظفحم هکنیا هب هجوت اب .تسا رتم 6 هتفرگ رظنرد لح طیحم ناونع هب هروک زا یمین طقف دنتسه نراقتم تروص
لکش رد .تسا هدش شخب و هسدنه3
هدش هداد ناشن هروک فلتخم یاه
.تسا
Fig. 2 Approximate explosion limits of a stoichiometric H2S-O2
mixture[14]
لکش کیرتمویکوتسا طولخم راجفنا دودح زا یبیرقت2 O2
- S [14]H2
لودج شنکاو2
هیبش ماجنا یارب شلف بوذ دنیارف ییایمیش یاه یزاس
[8]
Table 2 Chemical reactions to simulate the flash smelting process[8]
شنکاو عون شنکاو
هیزجت
(T=500K) S+FeS+0.25S2
→0.5Cu2
CuFeS2
FeS+0.5S2
→ FeS2
نویسادیسکا
(T>800K) FeO+SO2
→ FeS+1.5O2
2Cu+SO2
→ S+O2
Cu2
Fig. 3 Schematic diagram of furnace geometry
لکش هروک هسدنه زا ییامن3
لماش یتابساحم طیحم 83015
و لولس 36269 اب .تسا یتابساحم هرگ
هرگ دادعت شیازفا زا رتمک جیاتن یتابساحم یاه
%10 هدرک رییغت یحاون رد .دنا
زا شنکاو هظفحم نییاپ یحاون رد و رتزیر هکبش زا هرتناسنک لعشم کیدزن لکش رد .تسا هدش هدافتسا یرتمک مکارت اب هکبش هکبش زا ییامن 4
.تسا هدش هداد ناشن لح طیحم رد هدافتسا دروم یتابساحم ام تخوس تارطق و ژراش دماج تارذ ،اوه یزاف هس نایرج هدافتسا اب توز
دماج تارذ یارب یژنارگلا شور و نایرج هتسویپ زاف یارب یرلیوا شور زا لدم عیام تارطق و ژراش لدم تهج .تسا هدش یزاس
زا هتفشآ نایرج یزاس
لدم RNG,k-ε شنکاو خرن رب یگتفشآ تارثا لامعا یارب و زا ییایمیش یاه
لامتحا یلاگچ عیزوت عبات لدم (pdf)
هدش هدافتسا شنکاو .تسا
هیزجت یاه
هنوگ زا هدافتسا اب .دنراد هلعش یامد شهاک رب یهجوت لباق ریثأت ،رادیاپ یاه
Fig. 4 Three-dimensional grid of flash smelting furnace
لکش شلف بوذ هروک یدعب هس هکبش4
دراد ار لوصحم هنوگ یدایز دادعت هبساحم ییاناوت هک ییایمیش لداعت لدم دادعت هنوگ60 شنکاو نیا زا لصاح هدش هبساحم اه
زین یترارح شبات .دنا
هب .دراد امد تخاونکی عیزوت رد یرثوم شقن یروط
غاد قطانم یامد هک رت
یم ادیپ شیازفا درس قطانم یامد و شهاک ن هدیدپ نیا .دنک
رب یرثؤم شق
هدنیلاآ شهاک NOx
یشبات لدم طسوت یشبات ترارح لاقتنا رثا .دراد یترارح
هتسسگ تاصتخم (DOM)
.تسا هتفرگ رارق یسررب دروم
لدم رد شنکاو تعرس هکنیا ضرف اب ییایمیش لداعت تسا لااب رایسب اه
نیب یلداعت طولخم کی شنکاو هظفحم هب اوه و تخوس هناگادج دورو اب یم داجیا شنکاو تلاوصحم و هدننکدیسکا ،تخوس ،امد یاهرتماراپ .دوش
هنوگرسک لصاح طولخم سبیگ دازآ یژرنا ندرک هنیمک اب یلاگچ و اه
یم هبساحم دندرگ
ییایمیشومرت تلاح ،یترارح فلاتا دوجو اب لدم نیا رد .
طولخم رسک مان هب یتیمک و یپلاتنآ زا یعبات لصاح طولخم .تسا (f)
یمن لح ازجم روط هب ییایمیش هنوگ ره یارب ءاقب تلاداعم افرص هکلب ،دوش
( طولخم رسک سنایراو ،طولخم رسک یارب ءاقب تلاداعم f' 2
یپلاتنآ و ) H*
یم لح ءاقب تلاداعم قیرط زا یپلاتنآ و نآ سنایراو ،طولخم رسک .ددرگ (2)
ات یم هبساحم(4) دنوش
:[15]
𝜕
𝜕𝑥𝑖(𝜌𝑢𝑖𝑓̅) = 𝜕
𝜕𝑥𝑖(𝜇𝑡
𝜎𝑡
𝜕𝑓̅
𝜕𝑥𝑖) + 𝑆𝑚 (2)
𝜕
𝜕𝑥𝑖(𝜌𝑢𝑖𝑓´̅̅̅̅) =2 𝜕
𝜕𝑥𝑖(𝜇𝑡
𝜎𝑡
𝜕𝑓´̅̅̅̅2
𝜕𝑥𝑖) + 𝐶𝑔𝜇𝑡(𝜕𝑓̅
𝜕𝑥𝑖)2 (3)
𝜕
𝜕𝑥𝑖
(𝜌𝑢𝑖𝐻̅̅̅̅) =∗ 𝜕
𝜕𝑥𝑖(𝑘𝑡 𝑐𝑝
𝜕𝐻∗
𝜕𝑥𝑖) + 𝑆ℎ (4)
هظحل یپلاتنآ یا
H*
هطبار قیرط زا یم هبساحم(5)
:دوش 𝐻∗= ∑ 𝑚𝑗𝐻𝑗
𝑗
= ∑ 𝑚𝑗
𝑗
[∫ 𝑐𝑝,𝑗
𝑇 𝑇ref,𝑗
𝑑𝑇 + ℎ𝑗°(𝑇ref,𝑗)] (5) نامه شنکاو خرن رب یگتفشآ تارثا لامعا یارب دش نایب هک روط یاه
یلاگچ عیزوت عبات .تسا هدش هدافتسا لامتحا یلاگچ عبات لدم زا ییایمیش اب هک لامتحا یم هداد ناشنp(f)
تابساحم رد ینزو عبات کی ناونع هب ،دوش
یم دراو هظحل تاناسون هدننک فیصوت عبات نیا .دوش تیمک یا
رد f نایرج
تیصاخ لایس هک نامز زا یرسک ناونع هب نآ زا .تسا هتفشآ ،دراد ار f
یم هدافتسا .ددرگ
عبات لکش ریغتم تاشاشتغا تعیبط هبp(f)
نایرج ردf
نایرج رد .تسا هتسباو هتفشآ عیزوت یعقاو یاه
یمن صخشمp(f) هب ،دشاب
تادهاشم ساسا رب ،یضرف عیزوت اب لامتحا یلاگچ عبات شور رد لیلد نیمه یارب یضایر عبات کی یبرجت یم هتفرگ رظن ردp(f)
لکش زا یبیرقت هک دوش
تسا نآ یعقاو لامتحا یلاگچ عیزوت عبات زا رضاح قیقحت رد .[15]
هک β
هنوگ یمرج رسک طسوتم ریداقم اگچ و امد ،اه
رسک سنایراو هب ار طولخم یل
یم طابترا طولخم عبات لکش .تسا هدش هدافتسا دهد
هطبار تروص هبβ (6)
یعبات هک وf f' 2
یم هبساحم تسا دوش
.[16]
𝑝(𝑓) = 𝑓𝛼−1(1 − 𝑓)𝛽−1
∫ 𝑓𝛼−1(1 − 𝑓)𝛽−1𝑑𝑓 )فلا -6( 𝛼 = 𝑓̅ [𝑓̅(1 − 𝑓̅)
𝑓´2
̅̅̅̅ − 1]
𝛽 = (1 − 𝑓̅) [𝑓̅(1 − 𝑓̅) 𝑓´2
̅̅̅̅ − 1] )ب -6(
و امد ،یلاگچ ،کیتابایدآریغ متسیس کی رد هیوناث نایرج دوجو تروص رد طسوتم یمرج رسک هطبار هب هجوت اب هدش یریگ
یم هبساحم(7) دنوش
:[15]
∅̅𝑖= ∫ ∫ 𝑝1(𝑓fuel)𝑝2(𝑝sec)∅𝑖(𝑓fuel, 𝑝sec, 𝐻̅)𝑑𝑓fuel𝑑𝑝sec
1 0 1 0
(7) هنوگ یمرج رسک ریداقم
فلتخم ریداقم بسحرب امد و یلاگچ ،اه f' 2
و f
* و هدافتسا اهنآ زا یددع لح نیح رد و هدش هریخذ یصخشم لوادج رد H
یم تیمک نیا ریداقم .دوش یناسر زورب و حلاصا لح یط رد اه
یم دنوش [17,16]
.
ثحب و جیاتن-4 -1-4 هیبش جیاتن یددع یزاس
لکش رد هنوگ و امد عیزوت5
ناشن شلف بوذ هروک زا لصاح یقارتحا یاه
لکش هب هجوت اب .تسا هدش هداد لحم هک هرتناسنک لعشم یحاون رد امد5
یم تارذ یامد شیازفا فرص امرگ و تسا هرتناسنک تارذ روبع نیرتمک ،ددرگ
امد رد و یفاضا یاوه دوجو اب یقارتحا طیارش رد .دراد ار ریداقم ًاتبسن یاه
( لااب
>1273K هب درگوگ زا یدایز رادقم ) SO2
یشخب رتدرس طاقن رد و لیدبت
زا SO2
اب O2
هب و هداد شنکاو SO3
یم لیدبت اب هک هروک زا یقطانم رد .دوش
یمرج رسک تسا هارمه نژیسکا دوبمک هتخوسن درگوگ رادقم زین و SO
یم شیازفا تظلغ ،هرتناسنک لعشم یحاون رد .دبای ار رادقم نیرتشیب نژیسکا
نامه یحاون نیا رد اریز دراد تروص تارذ ندش مرگ دش نایب هک روط
یم شنکاو و دریگ هدنیلاآ تظلغ .دنتسه دودحم یقارتحا یاه
NOx
یترارح
.تسا هتفای شیازفا لااب یاهامد رد
)فلا(
)ب(
)ج(
)د(
)ه(
)ی(
)و(
Fig. 5 Temperature and combustion species distribution at flash furnace 5لکش هنوگ و امد عیزوت شلف هروک رد یقارتحا یاه
لکش رد تظلغ ،امد تارییغت رثا رادومن بیترت هب6
O2
تظلغ و S2
رییغت رب
هدنیلاآ یمرج رسک یدرگوگ یاه
،SO SO2
و SO3
لعشم زا هدنرذگ روحم رد
لکش هب هجوت اب .تسا هدش هداد ناشن هرتناسنک یمرج رسک6
SO3
یحاون رد
یط ار شهاک هلحرم کی و شیازفا هلحرم ود هرتناسنک لعشم روحم یلااب یم هلصاف زا و دنک یم دیدش تفا راچد دعب هب رتم4
یمرج رسک شهاک .دوش
O2
تظلغ شیازفا و SO2
لیکشت نینچمه و هنوگ ریاس
دننام اه رب SO
یمرج رسک تارییغت SO3
هکنیا هب هجوت اب .دنتسه راذگرثا SO3
یحاون رد
شنکاو رثا رد رتدرس SO2
یم دیلوت یفاضا یاوه نژیسکا اب هلصاف رد دوش
4
یمرج رسک امد شیازفا اب هرتناسنک لعشم روحم زا دعب هب یرتم SO3
شهاک
یم دبای یمرج رسک . SO2
ادتبا زا شیازفا اب هرتناسنک لعشم روحم یاهتنا ات
یم ادیپ شیازفا ،امد لااب اتبسن یاهامد رد و نژیسکا زا ینغ طیارش رد .دنک
(
>1273K ) ،درگوگ قارتحا یلصا لوصحم SO2
یمرج رسک .تسا ادتبا زینSO
یم شیازفا راچد هلصاف زا و دوش
یط ار یشهاک ریسم کی دعب هب رتم5.5
یم هدنیلاآ .دنک قارتحا رثا رد دراد دوجو نژیسکا دوبمک هک یطاقن ردSO
یم داجیا درگوگ صقان تظلغ .دوش
تظلغ وSO S2
رسک شیازفا اب هتخوسن
یم شهاک نژیسکا یمرج .دنبای
لکش رد یامد عیزوت رب هرتناسنک تارذ رد دوجوم درگوگ رادقم رثا 7
وک لکش هب هجوت اب .تسا هدش هداد ناشن شلف هر یمرج رسک شیازفا اب7
تخاونکی یامد عیزوت ،درگوگ لکش رد .تسا هدش داجیا شلف هروک رد یرت
8
)فلا(
)ب(
)ج(
Fig. 6 Effect of temperature and O2 and S2 concentration on SOx
pollutants formation
لکش تظلغ و امد رثا6 O2
و
S2
هدنیلاآ دیلوت رب یاه
SOx
رد ،امد هنیشیب و هنیمک رب هرتناسنک تارذ رد دوجوم درگوگ رادقم رثا زین لکش هب هجوت اب .تسا هدش هداد ناشن شنکاو هظفحم هک تسا صخشم8
یامد هنیمک شیازفا ثعاب هرتناسنک تارذ رد دوجوم درگوگ رادقم شیازفا ب شهاک و هروک تارذ رد دوجوم درگوگ قارتحا .تسا هدش امد هنیشی
یم خر یدایز شبات اب و یراجفنا تروص هب شلف بوذ هروک رد هرتناسنک ؛دهد
یم رتدرس طاقن رد امد شیازفا و غاد طاقن یامد شهاک ثعاب راتفر نیا .ددرگ
هروک یامد عیزوت هرتناسنک تارذ رد دوجوم درگوگ رادقم شیازفا اب هجیتن رد کی تخاون یم رت .ددرگ
لکش رد رادقم نیرتشیب رب هرتناسنک تارذ رد دوجوم درگوگ رادقم رثا9
NOx
لکش هب هجوت اب .تسا هدش هداد ناشن یترارح یمرج رسک شیازفا اب9
نیرتشیب رادقم هرتناسنک تارذ رد دوجوم درگوگ NOx
یم شهاک یترارح .دبای
نامه اریز رگوگ شیازفا اب دش نایب هک روط هنیشیب هرتناسنک تارذ رد دوجوم د
یم ادیپ شهاک هروک یامد یدایز شبات اب هک درگوگ قارتحا هجیتن رد .دنک
یم تروص شهاک رب یهجوت لباق رثا دریگ NOx
.دراد یترارح
-2-4 یجنس رابتعا لدم تحص یبایزرا یارب لصاح جیاتن ،رضاح راک رد هدش ماجنا یضایر یزاس
هیبش زا هزادنا ریداقم اب یددع یزاس تکرش یهاگشیامزآ هروک هدش یریگ
هدش هسیاقم وپمکوتا هیبش ماجنا یارب .دنا
هروک یعقاو طیارش زا یزاس
لودج( تسا هدش هدافتسا یهاگشیامزآ )3
ج و هرتناسنک طولخم .[18]
نایر
یدومع هناوتسا کی لکش هب هک هروک لخاد هب یدورو هناهد قیرط زا اوه یم قیرزت تسا لکش رد .دنوش
هکبش و هسدنه زا ییامن10 ناشن هروک یدنب
زا لح طیحم .تسا هدش هداد 20835
اب .تسا هدش لیکشت یتابساحم هرگ
بش زا طاقن نیا رد ،هروک یلااب یحاون رد دیدش تارییغت هب هجوت مکارت اب هک
.تسا هدش هدافتسا رتشیب
)فلا(
=0.15 S2
)ب(
=0.3375 S2
Fig. 7 The effect of existing sulfur in the concentrate particles on temperature distribution
لکش امد عیزوت رب هرتناسنک تارذ رد دوجوم درگوگ رادقم رثا7
Fig. 8 The effect of existing sulfur in the concentrate particles on maximum and minimum temperature within shaft
لکش هظفحم رد امد هنیمک و هنیشیب رب هرتناسنک تارذ رد دوجوم درگوگ رادقم رثا8
شنکاو
Fig. 9 The effect of existing sulfur in the concentrate particles on NOx
formation
لکش دیلوت رب هرتناسنک تارذ رد دوجوم درگوگ رادقم رثا9 NOx
یترارح
لودج وپمکوتا یشیامزآ شلف هروک یزرم طیارش3 [18]
Table 3 Boundary Conditions for an Outokumpu Pilot Flash Furnace[18]
یدورو یاوه یبد
3/h Nm 882
یدورو یاوه یامد
463K
اوه رد دوجوم نژیسکا
28%
یدورو هرتناسنک یبد
960kg/h
یدورو هرتناسنک ییایمیش بیکرت
Cu=18.1 Fe=35.8 S=35.5
2=5 SiO
هرتناسنک تارذ هزادنا
50 𝛍𝐦
هرتناسنک تارذ یلاگچ
4300 kg/m3
هراوید یامد هروک یاه
1473K
Fig. 10 Geometry diagram and three-dimensional grid of an Outokumpu Pilot Flash Furnace
لکش هکبش و هسدنه10
وپمکوتا یشیامزآ شلف هروک زا یدعب هس یدنب
لکش رد یاه و 11 جیاتن 12 هیبش یزاس هزادنا جیاتن و یددع یریگ
هنوگ تظلغ رییغت و امد تارییغت یارب بیترت هب یهاگشیامزآ یاه
O2
و SO2
لکش رد .تسا هدش هداد ناشن هروک یزکرم روحم رد یم هدهاشم11
هک دوش
هدنهد شنکاو دورو اب هروک یدورو یحاون رد شیازفا جیردتب امد درس یاه
یم رادقم کی هب ات دبای جیاتن هسیاقم .دسرب هروک روحم دادتما رد یتباث اتبسن
هیبش زا لصاح هزادنا ریداقم اب یددع یزاس
ناشن ار یبسانم قباطت یریگ
یم .دهد لکش هب هجوت اب دادتما رد یدورو نژیسکا فرصم و قارتحا عورش اب12
یم شهاک نآ یمرج رسک جیردتب هروک روحم یم رفص هب تیاهنرد ات دبای
.دسر
یمرج رسک SO2
یتباث رادقم هب ندیسر ات هروک یزکرم روحم دادتما رد زین
یم ادیپ شیازفا زا لصاح جیاتن هسیاقم .دنک
هیبش یزاس ریداقم و یددع
هزادنا ریگ هنوگ تظلغ ی یاه
SO2
و O2
یم ناشن ار یبسانم قباطت .دهد
هجیتن-5 یریگ تیصاخ رثا یسررب فده اب سم بوذ هناخراک شلف هروک هعلاطم نیا رد
هدنیلاآ و هلعش یامد رب درگوگ یراجفنا قارتحا رارق هعلاطم دروم یدیلوت یاه
هیبش زا لصاح جیاتن .تفرگ نغ طیارش رد داد ناشن یددع یزاس
نژیسکا زا ی
لااب یاهامد رد و (>1273K)
تروص هب درگوگ قارتحا یلصا لوصحم SO2
یم رهاظ نییاپ اتبسن امد هک هرتناسنک لعشم هیحان رد شلف هروک رد .دوش
،دراد دوجو یفاضا نژیسکا و تسا SO3
نویسادیسکا رثا رد SO2
لیکشت
یم ینامز .دوش رسک تسین سرتسد رد درگوگ قارتحا یارب یفاک نژیسکا هک
یمرج یم ادیپ شیازفا هتخوسن درگوگ وSO
درگوگ رادقم شیازفا اب .دنک
شیازفا امد هنیمک و شهاک هروک یامد هنیشیب ،هرتناسنک تارذ رد دوجوم یم هتفای یامد عیزوت و دبای تخاونکی
یرت م داجیا هروک رد ی
راتفر نیا .دوش
راشتنا شهاک رب یدایز رثا NOx
.دراد یترارح
Axial Distance from Top (m)
Fig. 11 Comparison between the predicted and measured temperature لکش شیپ یامد هسیاقم11
هزادنا و هدش ینیب هدش یریگ
Axial Distance from Top (m)
Gas Content (%)
Fig. 12 Comparison between the predicted and measured SO2 and O2
concentration
لکش تظلغ هسیاقم12 SO2
و
O2
شیپ هزادنا و هدش ینیب هدش یریگ
5m
0.6 m 0.2m
میلاع تسرهف-6 Cd
تباث ددع Cg
تباث ددع cp
هژیو ییامرگ تیفرظ (kJ/kg-K)
طولخم رسک f طولخم رسک سنایراو f' شنکاو یپلاتنآ H (J/kg)
( ref,)
j j
هنوگ لیکشت یپلاتنآ h T انبم یامد ردj
(J/kg)
یمطلات یشبنج یژرنا k )
/s2
m2
(
kt
یترارح تیاده (W/m-K)
mj
هنوگ یمرج رسک j
psec
یب طولخم رسک هیوناث نایرج دعب
Sh
ترارح لاقتنا زا یشان همشچ هلمج Sm
یشان همشچ هلمج مرج لاقتنا زا
امد T (K) تعرس u (m/s)
ینانوی میلاع
h شنکاو یپلاتنآ
1) (kJmol-
یمطلات فلاتا خرن ε
3)
2/s (m
t
هبادرگ تجزل یا
(kg/(m.s))
یلاگچ
3) (kg/m
t
تباث ددع
عجارم-7 [1] Y. F. Xie, J. H. Liu, D. G. Xu, W. H. Gui, C. H. Yang, Optimal
control strategy of working condition transition for copper flash smelting process, Control Engineering Practice, Vol. 46, pp. 66-76, 2016.
[2] J. H. Liu, W. H. Gui, Y. F. Xie, C. H. Yang, Dynamic modeling of copper flash smelting process at a smelter in china, Applied Mathematical Modelling, Vol. 38, No. 7, pp. 2206-2213, 2014.
[3] D. Higgins, N. Gray, M. Davidson, Simulating particle agglomeration in the flash smelting reaction shaft, Minerals Engineering, Vol. 22, No. 14, pp. 1251-1265, 2009.
[4] F. Jorgensen, P. Koh, Combustion in flash smelting furnaces, JOM, Vol. 53, No. 5, pp. 16-20, 2001.
[5] J. Vaarno, J. Jarvi, T. Ahokainen, T. Laurila, P. Taskinen, Development of a mathematical model of flash smelting and converting processes, Third Internatianal Conference on CFD in the Minerals and Process Industries, Melbourne, Australia , pp.
147-154, 10-12, 2003.
[6] C. M. Xinfeng Li, T. Xiao, Numerical modeling of Jinlong CJD burner copper flash smelting furnace, Journal of University of Sience and Technology Beijing, Vol. 6, No. 6, pp. 417-421, 2002.
[7] J. Z. Juz, Z. Chen, Y. Mao, Influence analysis of air flow momentum on concentrate dispersion and combustion in copper flash smelting furnace by cfd simulation, The Minerals, Metals &
Materials Society, Vol. 66, No. 9, pp. 1629-1637, 2014.
[8] E. H. Zaim, S. H. Mansouri, A new mathematical model for copper concentrate combustion in flash smelting furnaces, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering, Vol. 231, No. 2, pp. 119-130, 2015.
[9] P. Gaudin, S. Dorge, H. Nouali, J. Patarin, J. F. Brilhac, E. Fiani, M. Vierling, M. Molière, Synthesis of CuO/SBA-15 adsorbents for SO x removal applications, using different impregnation methods, Comptes Rendus Chimie, Vol. 18, No. 10, pp. 1013-1029, 2015.
[10] R. Moskalyk, A. Alfantazi, Review of copper pyrometallurgical practice: today and tomorrow, Minerals Engineering, Vol. 16, No.
10, pp. 893-919, 2003.
[11] C. B. Solnordal, F. R. Jorgensen, P. T. Koh, A. Hunt, CFD modelling of the flow and reactions in the Olympic Dam flash furnace smelter reaction shaft, Applied Mathematical Modelling, Vol. 30, No. 11, pp. 1310-1325, 2006.
[12] H. Müller, Sulfuric acid and sulfur trioxide, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. 25, pp. 635-703, 1994.
[13] D. Fleig, K. Andersson, F. Normann, F. Johnsson, SO3 formation under oxyfuel combustion conditions, Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 50, No. 14, pp. 8505-8514, 2011.
[14] G. Irvin, Y. Richard, Combustion, Academic Press is an Important of Elsevier, 2008.
[15] A. Inc., Ansys Fluent 14 theory guide, 2011.
[16] M. Moghiman, S. Javadi, A. Moghiman, S. B. Hosseini, A numerical study on thermal dissociation of H2S, World Academy of Science, Engineering and Technology, International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering, Vol. 4, No. 2, pp. 244-249, 2010.
[17] M. Javadi, M. Moghiman, Hydrogen and carbon black production from thermal decomposition of sub-quality natural gas, International Journal of Spray and Combustion Dynamics, Vol. 2, No. 1, pp. 85-101, 2010.
[18] Y. Hahn, H. Y. Sohn, Mathematical modeling of sulfide flash smelting process: Part I. Model development and verification with laboratory and pilot plant measurements for chalcopyrite concentrate smelting, Metallurgical Transactions B, Vol. 21, No. 6, pp. 945-958, 1990.