摘要：锌浸出溶液的净化是湿法炼锌过程中的一个重要工序,针对传统净化设备普遍存在锌粉悬浮控制困难、反应效率低、锌粉耗量大等问题,本文提出一种置换柱式净化装置,并对其内部传质过程进行了实验及数值模拟研究,为其结构参数及操作参数的设计提供理论指导。本文通过构建置换柱式湿法炼锌浸出液净化装置,并开展置换柱内除杂过程的实验研究,分析了锌粉粒径、流体流速、反应器结构尺寸等参数对除杂效果的影响规律以及各种条件下的传质规律。同时,通过数值模拟的方法,对单根置换柱内流速分布和浓度分布,以及置换柱式净化装置内流速分布进行模拟,并对置换柱式净化装置进行了设计。主要研究结论如下：1)净化效率随着流速的增加而减小,随锌粉粒径的减小及置换段长度的增加而增大,为保证柱内压力不影响净化效果及操作,不宜使用粒径小于0.45mm的锌粉。2)在0.05～0.7cm/s的流速范围内,传质系数kc在3.94×10-7～2.76×10-6m/s之间,且随着锌粉粒径的减小及流速的增大而增大。置换柱内传质过程可表示为：Sh=0.1069·Re0.5·Sc0.33(0.3<Re<0.6)。实际生产中的浸出液因受Zn2+初始浓度、残渣及溶液Ph值等因素影响,传质系数较之自配溶液较小,传质方程可表示为：Sh=0.02095·Re0.5·Sc0.33(0.3<Re<0.6)。3)多孔介质结构可有效消除圆柱管流横截面上典型的抛物线形不均匀分布。在填充锌粉的置换段区域,除了置换段与匀流段交界处以及边缘极薄的边界层区域流速不均,其余区域流速均匀。置换段内径小于5cm时,置换段内流速不均的区域集中在距置换段与匀流段交界面0.5cm以内。置换段内径为5cm的置换柱净化效率仅比内径为0.8cm的置换柱小0.21%。为保证置换段内流速较为均匀且流体阻力较小,入口及出口直径不小于1/4倍置换段内径。4)对于直径为1m,集成有114根置换柱的净化装置,匀流段高度不宜小于10cm,置换柱长度取值应大于大达到电积新液要求所需的最小理论长度值。图47幅,表33个,参考文献66篇。