Proces rafinacji aluminium zarówno pierwotnego, jak i wtórnego jest obecnie jednym z niezbędnych procesów technologicznych otrzymywania aluminium. Najpopularniejszą metodą rafinacji aluminium jest przedmuchiwanie gazami obojętnymi, zwłaszcza argonem. Proces ten może być prowadzony w sposób ciągły bądź cykliczny. Rozwiązań technicznych procesu jest wiele, przy czym dominują reaktory wprowadzające gaz rafinujący poprzez rotor. Typowymi reprezentantami reaktorów rafinujących stosowanych w Polsce są: reaktor ciągły URC-7000 oraz reaktor cykliczny URO-200.
W pracy przedstawiono analizę procesu desorpcji wodoru w reaktorach URC-7000 i URO-200 na podstawie liczby kryterialnej *PSE, która pozwala na określenie etapu determinującego szybkość całego procesu. Analiza obejmowała dobór parametrów termodynamicznych i kinetycznych niezbędnych do matematycznego opisu procesu, modelowe obliczenia procesu usuwania wodoru rozpuszczonego w ciekłym aluminium z wykorzystaniem bezwymiarowej liczby "PSE Sigwortha i Engha, a także weryfikację przedstawionego modelu przez porównanie obliczonych wartości stężenia wodoru po rafinacji (z modelu) z danymi doświadczalnymi uzyskanymi w warunkach przemysłowych (IMN-OML Skawina).
Parametry procesowe, takie jak natężenie przepływu gazu oraz prędkość obrotowa rotora, mają duży wpływ na szybkość i skuteczność procesu usuwania wodoru z ciekłego aluminium i jego stopów. Odpowiedni dobór tych parametrów gwarantuje zapewnienie równomiernego wymieszania pęcherzyków gazowych w ciekłym metalu. Uniwersalnym narzędziem do badania oraz doboru tychże parametrów jest modelowanie. W ramach pracy zbudowano model fizyczny (wodny) reaktorów URO-200 i URC-7000, symulujący warunki panujące w tych reaktorach podczas procesu przedmuchiwania. Podczas badań obserwowano stopień dyspersji pęcherzyków gazowych w cieczy przy zmiennych parametrach procesowych:
natężeniu przepływu gazu oraz prędkości obrotowej rotora. Dla reaktora URO-200 testowano zachowanie się trzech różnych wirników. Przeprowadzono także badania usuwania tlenu z wody jako analogii usuwania wodoru z aluminium. Otrzymane wyniki badań z modelowania fizycznego porównano z wynikami symulacji numerycznej. Obliczenia numeryczne odpowiadały warunkom przeprowadzonych wcześniej pomiarów eksperymentalnych na modelu wodnym reaktorów rafinujących. Symulacje numeryczne przeprowadzono stosując model VOF. Problem uproszczono do geometrii 2D. W pracy zamieszczono także wstępne wyniki symulacji numerycznych dla obiektu 3D.

SPIS TREŚCI

Wykaz oznaczeń    
Wprowadzenie    

1.    Zanieczyszczenia aluminium    
1.1.    Charakterystyka zanieczyszczeń    
1.2.    Wpływ wodoru na własności aluminium    

2.    Proces przedmuchiwania gazami rafinującymi    
2.1.    Reaktory rafinujące    
2.2.    Reaktory URO-200 i URC-7000    

3.    Oddziaływanie aluminium z wodorem    
3.1.    Rozpuszczalność wodoru w aluminium    
3.2.    Dyfuzja wodoru w aluminium    

4.    Szybkość przebiegu procesu odgazowania aluminium    
4.1.    Stopień rozproszenia pęcherzyków gazowych    
4.2.    Kształt i średnica pęcherzyków gazowych    
4.3.    Współczynnik przenikania masy    

5.    Analiza procesu desorpcji wodoru na podstawie liczby kryterialnej TSE
5.1.    Badania własne    
5.1.1.    Aparatura i metodyka badań    
5.1.2.    Parametry procesu rafinacji    
5.1.3.    Wyniki badań    
5.2.    Weryfikacja wartości obliczonych z przyjętego modelu matematycznego z danymi doświadczalnymi    
5.2.1.    Porównanie danych doświadczalnych z obliczeniami modelowymi dla reaktora URC-7000    
5.2.2.    Porównanie danych doświadczalnych z obliczeniami modelowymi dla reaktora URO-200    

6.    Modelowanie przepływów w reaktorach rafinujących    
6.1.    Modelowanie fizyczne    
6.1.1.    Aparatura badawcza    
6.1.2.    Metodyka badań    
6.1.3.    Wyniki badań    
6.1.3.1.    Wyniki badań dla reaktora URC-7000    
6.1.3.2.    Wyniki badań dla reaktora URO-200    
6.2.    Modelowanie numeryczne    
6.2.1. Procedury numeryczne    
6.2.2.    Siatki obliczeniowe    
6.2.3.    Wyniki badań    
6.2.3.1.    Wyniki badań dla reaktora URC-7000    
6.2.3.2.    Wyniki badań dla reaktora URO-200    
6.3. Porównanie wyników modelowania fizycznego i numerycznego

7.    Perspektywy dalszych badań    

8.    Podsumowanie    
Bibliografia    
Załącznik A    
Załącznik B    
Załącznik C    
Streszczenie    
Abstract