Gas Phase Distribution in a Mixer with a Mechanical High-Speed Mixer – Case Study

• Autorzy: Młynarczykowska Anna

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2025-01-25

Warianty tytułu

PL

Dystrybucja fazy gazowej w mieszalniku z mechanicznym mieszadłem szybkoobrotowym – studium przypadku

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The mechanical mixing process is a common operation in the technological processes of many industries, also in the mineral processing. The separation of valuable mineral from gangue in the flotation chamber results in electrical power consumption of 1-10 kW/m3 and depending on the type of flotation machine. Air is introduced into the flotation chamber and the bubbles are dispersed using a rotorstator system, which simultaneously mixes the suspension with air bubbles. Flotation efficiency depends on tank shape, rotor and stator design, as well as operating conditions such as rotor speed, aeration rate, and suspension properties. Striving to reduce energy consumption while maintaining high process efficiency, optimizing the shape of the stator-rotor system is crucial. This system determines the distribution of bubble in flotation chamber and the occurrence of elementary flotation acts. The article presents experimental results from measurements of the velocity field of the water and air-water systems in a laboratory flotation chamber under various hydrodynamic conditions by using the digital image anemometry (PIV) technique and numerical simulations (CFD).The obtained dates were used to check the distribution of the gas phase in the flotation chamber and to assess the energy consumption of the rotor.

PL

Proces mechanicznego mieszania jest powszechną operacją w procesach technologicznych wielu gałęzi przemysłu, również w przetwórstwie minerałów. Oddzielenie cennego minerału od skały płonnej w komorze flotacyjnej powoduje zużycie energii elektrycznej wynoszące 1-10 kW/m3 i w zależności od rodzaju maszyny flotacyjnej. Powietrze jest wprowadzane do komory flotacyjnej, a pęcherzyki są rozpraszane za pomocą układu wirnik-stojan, który jednocześnie miesza zawiesinę z pęcherzykami powietrza. Sprawność flotacji zależy od kształtu zbiornika, konstrukcji wirnika i stojana, a także warunków pracy, takich jak prędkość wirnika, szybkość napowietrzania i właściwości zawiesiny. Dążąc do zmniejszenia zużycia energii przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej sprawności procesu, optymalizacja kształtu układu stojan-rotor ma kluczowe znaczenie. Układ ten określa rozkład pęcherzyków w komorze flotacyjnej i występowanie elementarnych aktów flotacji. W artykule przedstawiono wyniki eksperymentów z pomiarów pola prędkości układów woda i woda-powietrze w laboratoryjnej komorze flotacyjnej w różnych warunkach hydrodynamicznych, wykorzystując technikę cyfrowej anemometrii obrazowej (PIV) oraz symulacje numeryczne (CFD). Uzyskane dane posłużyły do sprawdzenia rozkładu fazy gazowej w komorze flotacyjnej oraz do oceny zużycia energii przez wirnik. W artykule przedstawiono wyniki eksperymentów z pomiarów pola prędkości układów woda i woda-powietrze w laboratoryjnej komorze flotacyjnej w różnych warunkach hydrodynamicznych, wykorzystując technikę cyfrowej anemometrii obrazowej (PIV) oraz symulacje numeryczne (CFD). Uzyskane dane posłużyły do sprawdzenia rozkładu fazy gazowej w komorze flotacyjnej oraz do oceny zużycia energii przez wirnik.

Słowa kluczowe

EN

two-phase flow; mixer tank; high-speed rotor; PIV technique; CFD simulation

PL

przepływ dwufazowy; zbiornik mieszający; wirnik szybkoobrotowy; technika PIV; symulacja CFD

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 1, no. 1
• Strony: 189--193
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Młynarczykowska Anna

• Department of Environmental Engineering, Faculty of Civil Engineering and Resource Management, AGH University of Krakow, Mickiewicza 30, Krakow, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-8072-5113

Bibliografia

• 1. Brożek, M., Młynarczykowska, A. (2012). The distribution of air bubble size in the pneumo-mechanical flotation machine. Archiv Min. Sci., 57(3), 729–740. doi 10.2478/v10267-012-0047-9
• 2. Młynarczykowska, A., Oleksik, K., Tupek, K Dispersion of air bubbles in a flotation cell under predetermined hydrodynamic conditions. E3S Web of Conferences. 8, 01012, 1. ISSN 2267-1242. doi: 10.1051/ 3 e sconf/2016 0 01012
• 3. Brożek, M., Młynarczykowska, A. (2007).Analysis of kinetics models of batch flotation. Physicochemical Problems of Mineral Processing. 41, 51-35. ISSN: 0137-1282
• 4. Koh, P.T.L, M.P. Schwarz, M,P.(2007). CFD model of self-aerating flotation cell. Int. J. Mineral Process. 85: 16–24. https://doi.org/10.1016/j.minpro.2007.08.006
• 5. Tiitinen, J., Vaarno, J., Grnstrand, S. (2003). Numerical modeling of an Outokumpu flotation device. 3rd Int. Conf. on CFD in the Minerals and Process Industries, Melbourne, Australia
• 6. Szczygiel, I., A. Fic, A., Sachajdak, A., M. Rojczyk, M., Buliński, Z.,Mańka, A. (2013). Numerical simulation of single phase flow in a flotation machine. Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences. 20: 145–156. . doi: 10.5151/meceng-wccm2012-19492
• 7. Jaszczur M., Młynarczykowska A., Hanus R. (2016). An analysis of the velocity field distribution inside the flotation chamber. Journal of Physics: Conference Series 745, 032121. doi:10.1088/1742-6596/745/3/032121
• 8. Basavarajappa, M. , Miskovic, S. (2016). Investigation of gas dispersion characteristics in stirred tank and flotation cell using a corrected CFD-PBM quadrature-based moment method approach. Minerals Engineering 95, 161–184. http://dx.doi.org/10.1016/j.mineng.2016.06.026

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2026).