本文選題：振動流化床干燥　切入點：陶瓷原料　出處：《景德鎮(zhèn)陶瓷學院》2015年碩士論文

【摘要】：陶瓷工業(yè)是一個耗能高、污染大的行業(yè),主要體現(xiàn)在陶瓷粉料制備、燒成等環(huán)節(jié)。隨著國家節(jié)能減排戰(zhàn)略的大力實施,新型節(jié)能的陶瓷粉體造粒干燥技術(shù)研發(fā)勢在必行。相比于現(xiàn)有的濕式球磨噴霧干燥造粒制粉工藝,陶瓷干法造粒干燥制粉技術(shù)具有節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢,在陶瓷工業(yè)有重要的應用前景。振動流化床干燥是陶瓷干法造粒干燥制粉過程的一個重要操作單元,然而其干燥機理復雜,陶瓷原料顆粒物性參數(shù)多,現(xiàn)有干燥機理模型還不能實現(xiàn)對陶瓷原料顆粒振動流化床干燥這一過程的定量描述、特性分析和優(yōu)化控制。本課題以陶瓷原料顆粒振動流化床干燥過程為研究對象,結(jié)合陶瓷顆粒物料特性實驗,基于計算流體動力學方法,采用雙流體模型對干燥過程中熱空氣相和陶瓷原料顆粒相的流動特性進行了數(shù)學描述,分別推導出了恒速干燥階段和降速干燥階段中氣固兩相間熱質(zhì)傳遞方程,建立了由基本控制方程組、顆粒動力學模型、湍流模型、曳力模型及氣固兩相熱質(zhì)傳遞模型等組成的振動流化床干燥過程非穩(wěn)態(tài)二維數(shù)學模型,實現(xiàn)了對陶瓷顆粒振動流化床干燥過程中干燥室內(nèi)兩相湍流運動、傳熱與傳質(zhì)過程的定量描述。通過有限體積法對干燥過程的控制方程組等進行離散和數(shù)值計算,并運用SIMPLE算法對雙流體模型進行了數(shù)值迭代求解。利用C語言編譯了振動模型,并通過UDF模塊引入到計算流體動力學求解器中,分別模擬分析了振動頻率為0 Hz、10 Hz、15 Hz、20 Hz和進口熱空氣速度為0.5 m/s.1 1m/s、1.5 m/s時干燥室內(nèi)顆粒相流動特性,確定了最佳操作參數(shù)。在此基礎上,分別模擬分析了床層高為75 mm、100 mm、125 mm及進口熱空氣溫度為393 K、413 K、433 K、453K時陶瓷顆粒振動流化床干燥過程的傳熱傳質(zhì)特性,模擬結(jié)果表明：1)當振動流化床振幅A=3 mm、振動頻率戶15 Hz、進口空氣速度va=1m/s時,干燥過程中顆粒相流化質(zhì)量較好,顆粒體積分數(shù)分布較均勻,床層較穩(wěn)定,未出現(xiàn)較大的波動或騰涌和“氣栓”現(xiàn)象;2)通過氣固兩相傳熱傳質(zhì)特性模擬分析發(fā)現(xiàn)干燥過程明顯存在恒速干燥和降速干燥兩個階段,且床層高度和入口空氣溫度對干燥速率有較大的影響；3)在約360s時,整個床層中的陶瓷顆粒相濕含量下降緩慢,在0.05～0.07kg/kg之間,顆粒相溫度較高,約為453 K,此時陶瓷原料顆粒相濕含量已符合壓磚機的工藝要求。
[Abstract]:Ceramic industry is a high energy consumption and pollution industry, mainly reflected in ceramic powder preparation, sintering and other links.With the implementation of the national strategy of energy saving and emission reduction, it is imperative to develop new energy-saving ceramic powder granulation and drying technology.Compared with the existing wet ball milling spray drying technology, ceramic dry granulation drying technology has the advantages of energy saving and environmental protection, and has an important application prospect in ceramic industry.Vibratory fluidized bed drying is an important operation unit in the drying process of ceramic dry granulation. However, its drying mechanism is complex, and there are many parameters of particulate matter of ceramic raw material.The existing drying mechanism model can not realize the quantitative description, characteristic analysis and optimization control of the drying process of ceramic particles in vibrating fluidized bed.In this paper, the vibrating fluidized bed drying process of ceramic raw material particles is taken as the object of study, combined with the experiment of ceramic particle material characteristics, based on the computational fluid dynamics method.The two-fluid model was used to describe the flow characteristics of hot air phase and ceramic raw material particle phase in the drying process, and the heat and mass transfer equations between the two phases in the constant drying stage and the decreasing drying stage were derived, respectively.A two-dimensional unsteady mathematical model for the drying process of a vibratory fluidized bed is established, which consists of basic governing equations, particle dynamics model, turbulent model, drag model and gas-solid two-phase heat and mass transfer model.The two-phase turbulent motion, heat transfer and mass transfer in the drying chamber during the drying process of ceramic particles in vibratory fluidized bed are described quantitatively.The governing equations of the drying process are discretized and numerically calculated by the finite volume method, and the two-fluid model is solved numerically by SIMPLE algorithm.The vibration model was compiled by C language and introduced into the computational fluid dynamics solver by UDF module. The particle phase flow characteristics in the drying chamber were simulated and analyzed when the vibration frequency was 0 Hz / 10 Hz / 15 Hz and the inlet hot air velocity was 0.5 m/s.1 / s / 1.5 m / s, respectively.The optimum operating parameters are determined.On this basis, the heat and mass transfer characteristics of ceramic particles during the drying process of vibratory fluidized bed were simulated and analyzed, when the bed height was 75 mm / 100 mm ~ (125) mm and the inlet hot air temperature was 393 K ~ (13) K ~ (413) K ~ (433) K ~ (453) K ~ (453K), respectively.The simulation results show that when the vibration fluidized bed amplitude is 3 mm, the vibration frequency is 15 Hz and the inlet air velocity is va=1m/s, the fluidization quality of particle phase is better, the particle volume fraction is more uniform, and the bed is more stable.Through the simulation analysis of gas-solid two-phase heat and mass transfer characteristics, it is found that there are two stages of constant speed drying and slow drying obviously in the drying process.And the bed height and inlet air temperature have a great influence on the drying rate. When the drying rate is about 360s, the wet content of ceramic particles in the whole bed decreases slowly, and the temperature of the particle phase is higher between 0.05~0.07kg/kg.It is about 453 K, and the wet content of ceramic particle has met the requirement of brick press.
【學位授予單位】：景德鎮(zhèn)陶瓷學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ174.6

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本文編號：1720842