铝酸钠溶液的晶种分解是拜耳法生产氧化铝的关键工序之一,它不仅影响产品氧化铝的数量和质量,而且直接影响循环效率及其他工序。深入了解种分槽内液固多相体系的流体流动状态、液固混合、颗粒悬浮规律以及能耗情况等,对改进种分槽内部结构、解决槽底沉积问题、提高氧化铝产量与质量,以及促进氧化铝工业技术进步都具有重要的理论和实际意义。工业上一种新型改进Intermig搅拌桨被广泛应用于直径14米、高30米大型平底机械搅拌品种分解槽中。本文以改进Intermig桨种分槽为原型,通过水模型实验、数值模拟和因次分析方法对高固含液-固搅拌体系展开了深入系统的研究,并在实验研究的基础上寻求了设备性能的放大规律,对现有工艺中存在的不足做了优化,改进后分解槽的搅拌性能大大提升。通过对高固含液-固搅拌槽的水模型实验发现,较低的桨叶离底距离(C/T=0.024)有利于促进颗粒的悬浮与均匀分布,桨叶离底距离过大,无法形成大范围的二次环流,使混合效果下降,同时桨叶离底距离对搅拌功率影响较小；新型改进Intermig桨适合在较大的D/T下应用,桨径增加的同时,可以大大降低使颗粒均匀分布所需要的搅拌转速,抵消了因扩大桨径增加的功耗,更适合应用于实际生产,本研究中得到最佳D/T比为0.715；对模型进行三级放大后,相同条件下颗粒的悬浮与分布均得到较大改善。并且得到颗粒的均匀度主要与弗鲁德准数有关,新型改进Intremig桨具有较小的功率准数,介于0.3～0.4之间；对于双层桨搅拌体系下,最佳的桨叶层间距应介于L/D=1-1.5,这样既可以保证整个槽内都得到充分的混合,又可以避免桨叶之间距离过大,导致二次循环流脱节。在相同条件下,底层改进桨功率消耗约为上层原始桨的1.4倍。采用欧拉多相流模型耦合标准k-e湍流模型,非稳态滑移网格方法对液-固搅拌槽内液固混合、颗粒悬浮以及能耗等进行了三维数值模拟。确定了满足时间和空间独立性的网格条件与时间步长；对不同桨叶离底距离、桨径和搅拌转速下的搅拌效果作了数值模拟,通过与同条件下实验结果进行对比,二者吻合较好,验证了模拟方法的可靠性；增大液相粘度和固含有利于促进流体的轴向混合,但功耗也会随之增加,且固含过大会导致槽底颗粒沉积；与标准Intermig桨相比,改进Intermig桨在促进固体均匀混合、悬浮的同时功耗节省了20%；主桨叶叶片对功率消耗影响相对较小,最佳叶片倾斜角度为45度,辅桨叶叶片对功率影响较大,最佳叶片倾斜角度为30度。通过对底部均匀度的因次分析发现底部均匀度主要受弗鲁德准数影响,且放大前后槽底部均匀度满足Q=0.57 Fr-0.34,计算结果与实验结果误差在5%以内；通过对功率的因次分析发现功率准数主要受搅拌雷诺数影响,且放大前后搅拌功率满足P=505n2.81 D4.62,计算结果与实验结果误差在8%以内；通过对临界悬浮转速的计算发现放大前后搅拌桨临界悬浮转速与缩放系数关系遵循Njs=Nj50η0.868,根据此公式计算得到的临界悬浮转速误差不超过5%。采用欧拉多相流模型耦合标准k-ε湍流模型,稳态多重参考系方法对大型机械搅拌种分槽现有工艺以及改进工艺进行三维数值模拟,研究发现与法国ROBIN公司设计的多层桨式搅拌槽相比,德国EKATO公司设计生产的Intremig桨种分槽在促进液固均匀分布、颗粒悬浮的同时能耗也大大减小,具有更好的工业应用与改进价值；对EK ATO种分槽底层桨叶和挡板进一步改进之后,整个槽内的流体混合和交换明显增强。尽管功耗会有所上升,但槽内整体固含差可以满足设备的设计要求,小于3%。改进Intermig桨种分槽的现有工艺处于过搅拌状态,通过增大桨叶层间距、减小搅拌桨数量可以促进搅拌区域内颗粒的均匀混合；采用3层桨,层间距L/D=1.25时,在满足工业生产要求的同时搅拌功率消耗最小,比现有工艺节能超过20%。