气固流化床中粗黏性颗粒的流化特性研究

发布时间：2020-05-22 10:02

【摘要】：在烯烃气相聚合、固料燃烧等众多工业流态化过程中,流化颗粒通常为粒径毫米级的粗颗粒。由于颗粒自身物性、流化床局部温度过高等原因,流化的粗颗粒常常表现出黏性,颗粒间接触易产生固体桥力,造成黏结团聚,引发失流死床,严重影响工业流化床的运行。为了解决粗黏性颗粒团聚引起的流态化失稳问题,论文从本征的角度出发,结合实验和模拟的研究手段,从微观单颗粒尺度、介观颗粒群尺度和宏观反应器尺度,基于颗粒运动信息和气相压力脉动,研究了粗黏性颗粒的黏性力、黏结特性和流化特性。围绕这一目标,开展了三方面的研究工作:单颗粒的黏结特性实验研究;流化床中粗黏性颗粒的黏结特性研究;流化床中粗黏性颗粒的流化特性研究。取得了以下研究成果:(1)在颗粒尺度上,通过对固体桥生长动态的实时观测,发现单颗粒黏结过程中存在固体桥生长、收缩、致密多种现象;基于无量纲固体桥半径,依据颈长指数,发现随着黏结时间延长,固体桥的生长机制会发生从粘性流动到表面扩散的转变。采用针入度参数计算无量纲固体桥抗拉强度,考虑了材料流变性能对固体桥抗拉强度的影响,结合材料的拉伸强度,发现固体桥抗拉强度在所研究的温度范围内随温度升高先增大后减小。(2)在颗粒群介观尺度上,首先,采用流化床实验和耦合黏附模型的流化床CFD-DEM模拟两种研究手段,基于固体桥力的实验值与模拟值,首次建立了模拟黏性参数(方阱深度)和实验黏性条件(温度)的联系。然后,通过对黏结过程的实验研究和模拟演绎,获得了粗黏性颗粒流黏结过程的架桥规律。整个架桥过程分为四个阶段:颗粒发黏,在碰撞高频区黏结成核;黏结核在分布板-壁面夹角区聚集,形成单边架桥;单边架桥相向生长,架接形成双边架桥,架接初期双边架桥易被气体冲散,恢复单边架桥状态;架接-破碎-再次架接过程反复发生,随着黏结时间的延长,床层黏性整体增强,最终形成稳定的双边架桥,引发死床。(3)在反应器尺度上,获得了不同黏性下粗黏性颗粒流的流型转变规律,并通过S吸引子比较法实现了对粗黏性颗粒流态化的死床预测。随着颗粒黏结性的增强,颗粒间黏性力逐渐增加,粗黏性颗粒流会发生从正常的鼓泡流态化到湍动流态化和失流死床的流型转变。通过床层压降、压力脉动偏差和小波分析可知,初始阶段,颗粒产生黏性,开始黏结成核,床层气泡平均直径增大,气泡和颗粒聚团不断聚并破碎;当黏性升高到一定程度,黏性力增大,床层中气流作用与颗粒的黏性力相当,聚团粒径稳定,流化床会经历短暂的聚团流态化,气泡类似正常的鼓泡流态化;进一步升高黏性,颗粒聚团生长,形成床层尺度的大结块和大气泡,颗粒相团聚破碎剧烈,气相聚并破碎加剧,会出现沟流或节涌的现象;继续升高黏性,流化床会迅速失流死床。
【图文】：

第２章文献综述现出类似液固流化体系的膨胀状态。Ｂ类颗粒在表观气速超过最小流床层即产生气泡，一般呈现出鼓泡流态化。Ｃ类颗粒的尺寸最小，颗吸引力较大，极易聚团，引发沟流，难以正常流态化。Ｄ类颗粒较Ｂ粒径和密度均更大，易产生大气泡甚至引发节涌，难以实现稳定流态１0Ｓ逦逡逑

ＧｅｌｄａｒｔＢ和Ｄ类的两种颗粒在常温下均能正常流态化。但当温度升高，原本无逡逑粘的两种颗粒间会由于固体桥力，黏结在一起，小的形成聚团，大的形成结块，逡逑如图２．２所示。逡逑§邋＾邋ｍ逡逑ＷＭＭＭ：逡逑图２．２高温流化床中的聚团（ａ）玻璃珠，（ｂ）燃烧灰分［１２］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．２邋Ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｓ邋ａｔ邋ｈｉｇｈ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋（ａ）邋ｇｌａｓｓ邋ｂｅａｄｓ，邋（ｂ）邋ＦＢＣ邋ａｓｈ［Ｉ２］逡逑在烯烃气相聚合领域，聚烯烃颗粒发黏，会粘在反应器壁面或形成大结块沉逡逑在反应器底部，，影响反应器内的传质和传热，干扰流化床的稳定运行。下图为工逡逑业聚丙烯卧式反应器中颗粒黏结形成的聚团，其粒径为２？５邋ｃｍ，易导致反应器逡逑局部失流，当其下沉时会造成设备堵塞［６］，此外，聚团还会不断长大，如不及时逡逑破碎和清理，很有可能造成反应器死床［１３］。逡逑４逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ051.13

【参考文献】

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本文编号：2675830