聚乙烯颗粒在流化床反应器中的运动行为研究

发布时间：2017-04-09 08:00

  本文关键词：聚乙烯颗粒在流化床反应器中的运动行为研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文针对聚乙烯颗粒通过气固法(干法)氯化和氯磺化生产氯磺化聚乙烯的技术特点和目前的工艺方法,研究了聚乙烯颗粒在气固法流化床反应器中的颗粒运动行为。根据聚乙烯这类轻质颗粒具有比重轻、摩擦易带静电、以及在流化床运动过程中的凝聚性小、膨胀比大、黏弹性高的特点,设计了适合于聚乙烯气固法氯化的流化床反应器结构。对聚乙烯颗粒在流化床中的运动行为进行了冷模实验,研究了两种分布板结构对流化床内气固两相流动特性的影响,以及防静电装置对颗粒黏附量的抑制作用。采用流体力学模拟软件FLUENT,运用基于颗粒动力学理论的欧拉-欧拉气固多相流模型以及SIMPLE算法,建立了质量、动量和能量耦合传递的二维数学模型,模拟分析了新型流化床内的气固流化特性以及不同分布板锥角对床层内颗粒流化特性的影响。主要工作内容如下:(1)根据聚乙烯颗粒的特点,设计了适用于聚乙烯气固法氯化的流化床反应器的结构,其实验设备的主要尺寸包括床体总高900mm,反应段直径120mm,扩大段直径280mm,旋风分离器标准直径D=90mm;(2)研究了流化床内聚乙烯颗粒摩擦起电的规律,从预防静电的产生、增加静电导流装置两方面设计了几种减少静电的方法;(3)实验研究了两种气体分布板情况下流化床内压降变化、气泡的运动行为、固含率的径向和轴向分布、流体速度径向和轴向速度分布;(4)通过模拟软件FLUENT模拟分析了流化床内压降、气泡运动、固含率、流体速度分布及变化规律,颗粒运动轨迹,并与实验进行对比,验证了模型的准确性;(5)运用FLUENT软件模拟锥形分布板锥角变化对床层内气固两相流动特性的影响。实验及模拟结果表明:聚乙烯颗粒在流化床内相比B类颗粒膨胀比大,气固两相界线明显;增加内部导电装置以及增加空气湿度能明显降低床内静电积累;分布板压降随表观气速的增加而升高,床层压降随床层高度的增加而下降;床内颗粒浓度呈现中心低两侧高,下部高上部低的变化趋势;流体速度中心高两侧低,下部高,上部低;气固两相在流化床内存在从中心向两侧的循环运动;锥形分布板较平型分布板气泡的破碎聚并频率更高,气泡尺寸更小,更利于气固两相的传质传热;模拟结果与实验结果比较吻合,证明了所选模型以及方程的正确性;模拟结果显示锥型分布板的最佳锥角范围在40°~60°之间;实验结果对轻比重颗粒流态化的研究具有重要的指导意义,也为聚乙烯气固法合成氯磺化聚乙烯的研究提供了理论依据。
【关键词】：聚乙烯 气固法氯化 氯磺化聚乙烯 流化床 气体分布板 欧拉-欧拉多相流模型
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ052;TQ325.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 前言12-13
• 1 文献综述13-25
• 1.1 氯磺化聚乙烯的应用与合成工艺13-17
• 1.1.1 氯磺化聚乙烯和氯化聚乙烯的结构与理化性质13
• 1.1.2 我国氯化聚乙烯和氯磺化聚乙烯的生产现状与应用13-14
• 1.1.3 氯化聚乙烯和氯磺化聚乙烯的工艺合成方法与路线14-17
• 1.2 气固法生产CPE和CSM的进展与存在的问题17-18
• 1.2.1 气固法合成CPE和CSM的研究进展17
• 1.2.2 气固法合成CPE和CSM存在的问题17-18
• 1.3 流态化技术及其发展18-21
• 1.3.1 流态化的概述18
• 1.3.2 颗粒的Geldart分类18-19
• 1.3.3 流态化的分类19-20
• 1.3.4 流化床反应器的应用现状20-21
• 1.4 流体力学软件（CFD）在流态化中的应用21-22
• 1.4.1 计算流体力学(CFD)简介21
• 1.4.2 流态化反应过程模拟的研究进展21-22
• 1.5 课题的研究目的和内容22-25
• 1.5.1 课题研究的目的22
• 1.5.2 课题研究的内容22-25
• 2 聚乙烯氯化冷模实验的设计25-39
• 2.1 流化床反应器的设计开发25-30
• 2.1.1 本课题流化床反应器的结构特点25-27
• 2.1.2 流化床壳体结构设计计算27-29
• 2.1.3 分布板的设计计算29-30
• 2.2 旋风分离器的设计30-31
• 2.3 实验方法及检测手段31-34
• 2.3.1 流化床固含率的测量方法31-32
• 2.3.2 流化床内固体颗粒浓度的测定方法32
• 2.3.3 压降测定方法32-33
• 2.3.4 流化床不同床层高度气体流速的测定33
• 2.3.5 粒径分析方法33-34
• 2.3.6 压力脉动的测定方法34
• 2.4 实验步骤与过程34-36
• 2.4.1 实验设备搭建34-35
• 2.4.2 实验步骤35-36
• 2.5 整个工艺流程中试路线的设计36-37
• 2.6 流化床内的静电效应37-38
• 2.7 本章小结38-39
• 3 冷模实验结果与讨论39-61
• 3.1 摩擦起电的研究39-42
• 3.1.1 表观气速对起电量的影响39-40
• 3.1.2 颗粒粒径对摩擦起电量的影响40-41
• 3.1.3 设置静电消除装置41
• 3.1.4 增加空气湿度41-42
• 3.2 压降的变化规律42-43
• 3.2.1 床层压降随表观气速的变化42-43
• 3.2.2 全床压降随床层高度的变化43
• 3.3 固体颗粒浓度的变化43-50
• 3.3.1 不同表观气速下颗粒浓度的径向分布43-47
• 3.3.2 不同表观气速下颗粒浓度的轴向分布47-49
• 3.3.3 不同高度床层中心的颗粒浓度轴向分布49-50
• 3.4 流体速度分布50-52
• 3.4.1 不同床层高度流体速度径向分布50-51
• 3.4.2 不同床层高度下流体速度分布51-52
• 3.5 压力脉动情况52-57
• 3.5.1 锥形分布板不同表观气速压力脉动信号与功率谱图52-54
• 3.5.2 平型分布板不同表观气速压力脉动信号与功率谱图54-56
• 3.5.3 聚乙烯流化床与玻璃微珠流化床流化特性比较56-57
• 3.6 床层高度变化57-58
• 3.7 流化床的扬析夹带量58
• 3.8 本章小结58-61
• 4 流化床内气固两相流的模拟与分析61-77
• 4.1 气固反应多相流模型的建立61-65
• 4.1.1 控制方程61-63
• 4.1.2 本构方程63-65
• 4.2 几何模型的建立65-66
• 4.3 网格的划分66
• 4.4 初始边界条件的设置66-67
• 4.6 模拟结果分析与讨论67-75
• 4.6.1 模型验证67-70
• 4.6.2 不同表观气速下流化床内固含率分布云图70-71
• 4.6.3 不同时间流化床内固含率分布云图71-72
• 4.6.4 不同表观气速下流化床内速度云图72-74
• 4.6.5 不同时刻流化床内流体运动轨迹74-75
• 4.7 本章小结75-77
• 5 流化床反应器分布板结构的模拟与优化77-85
• 5.1 分布板锥角结构平面图77-78
• 5.2 网格的划分与边界条件的设置78
• 5.3 模拟结果与讨论78-84
• 5.3.1 不同锥角分布板流化床内固含率分布云图78-80
• 5.3.2 不同锥角分布板流化床内速度分布云图80
• 5.3.3 不同锥角静压与速度波动80-83
• 5.3.4 分布板上方固体颗粒速度径向分布83
• 5.3.5 分布板上方固含率径向分布83-84
• 5.4 本章小结84-85
• 6 结论与展望85-87
• 参考文献87-93
• 附录93-95
• 致谢95-97
• 攻读学位期间发表的学术论文目录97-99

【参考文献】

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