超细颗粒聚团流化及聚团尺寸模型研究

发布时间：2020-02-10 22:57

【摘要】：超细颗粒因粒径小、比表面积大,具有一系列优异的物理和化学性质,被广泛应用于各个领域。流态化技术能有效地对固体颗粒进行混合、输送及改性,在颗粒规模化处理方面具有独特优势。将流态化应用于超细颗粒处理的报道越来越多。超细颗粒由于粒径很小,原生颗粒之间存在着很强的粘性作用力,导致其流态化过程与常规颗粒不同。本文针对SiO2、A1203和TiO2三种超细颗粒,在不同原生粒径和不同静床高度条件下的流化特性进行了研究,并通过引入振动场研究超细颗粒的振动流化行为,同时根据颗粒聚团在流化时所受结合力和分离力,建立了基于动态力平衡的聚团尺寸分布模型。通过传统流化实验研究发现,SiO2超细颗粒的流化随着表观气速升高,分为比例段、屈服段、鼓泡流化段、湍动流化段和飞溅段五个阶段,稳定流化时表现为类似散式流化的状态,与之相比,A12O3和TiO2稳定流化时表现为鼓泡流化状态。原生粒径从30nm增大到45μm时发现,随着原生粒径的增大,颗粒流化能力先减弱后增强,原生粒径5μm超细颗粒的流化能力最弱。浅床层超细颗粒的上行流化气速明显比深床层的低,且稳定时的床层膨胀比略高,但两者的下行流化气速几乎一致。本文还通过“正-反-正”流化实验证明了初始床层结构和内聚力是导致流化滞后现象的原因。在振动流化实验中发现,通过引入振动能,在较低气速下即出现床层突然膨胀、剧烈流化的现象;同时振动能的引入,减弱了超细颗粒流化滞后现象。恒定振频下振幅越大超细颗粒流化效果越好;恒定振幅下,振频的增大对超细颗粒流化行为的影响具有两面性,较低振频下随振频的增加流化效果变好,当超过一临界值时,继续增大振频超细颗粒的流化效果反而变差。振动能的引入对纳米、亚微米级超细颗粒起到改善流化作用,然而对原生粒径较大的超细颗粒流化几乎没有影响;亚微米级超细颗粒的临界振频小于纳米级颗粒。基于颗粒聚团流化时的受力平衡,建立了聚团破碎-聚合动态模型,用以预测超细颗粒流化床内聚团尺寸分布,并与文献中的数据进行对比,大部分误差在20%以内。应用模型对Si02、A1203和Ti02三种超细颗粒在不同原生粒径和不同静床高度下聚团尺寸进行了预测。结果表明:聚团平均尺寸随着原生粒径先增大后减小,原生粒径5μm时形成的聚团平均尺寸最大;随着静床高度的增大,聚团平均尺寸略微增大。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ021

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本文编号：2578278