【摘要】：顆粒聚團(tuán)是流化床氣相聚合反應(yīng)器中典型的介尺度結(jié)構(gòu),其形成演化規(guī)律一直都是研究熱點(diǎn)。本文創(chuàng)新性地使用電磁感應(yīng)加熱技術(shù)加熱具有核殼結(jié)構(gòu)的石蠟／石墨復(fù)合顆粒并控制發(fā)熱速率,利用石蠟受熱易粘結(jié)的特性,在冷模實(shí)驗(yàn)中模擬流化床反應(yīng)器內(nèi)的顆粒團(tuán)聚過(guò)程,快速固化捕捉顆粒聚團(tuán)。進(jìn)而取樣分析顆粒聚團(tuán)質(zhì)量、形貌及聚團(tuán)內(nèi)顆粒粒徑分布,結(jié)合使用壓力傳感器在線檢測(cè)顆粒團(tuán)聚過(guò)程中床層壓降、氣泡直徑等參數(shù)的變化,研究顆粒聚團(tuán)的形成演化規(guī)律和調(diào)控機(jī)制。本文將顆粒團(tuán)聚模式區(qū)分為漸變式團(tuán)聚和突變式團(tuán)聚,實(shí)驗(yàn)測(cè)定了操作參數(shù)對(duì)這兩種團(tuán)聚模式的影響規(guī)律,建立了描述漸變式團(tuán)聚的群體平衡模型；重點(diǎn)研究了粒徑和液含量及操作參數(shù)耦合控制下的顆粒突變式團(tuán)聚行為,提出了液含量、床層溫度與顆粒聚團(tuán)質(zhì)量的關(guān)系圖,可以指導(dǎo)顆粒聚團(tuán)的定向調(diào)控,有助于氣相聚合反應(yīng)器的放大設(shè)計(jì)和安全運(yùn)行。本文的主要研究結(jié)論包括：1.建立了基于電磁感應(yīng)的氣固反應(yīng)模擬裝置,并對(duì)其性能進(jìn)行了評(píng)價(jià),證實(shí)了電磁感應(yīng)加熱石蠟／石墨復(fù)合顆粒用于模擬聚合過(guò)程中顆粒反應(yīng)放熱的可行性。研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)改變顆粒的石蠟／石墨質(zhì)量比、粒徑等顆粒性質(zhì)以及電磁感應(yīng)加熱功率等,可實(shí)現(xiàn)氣固反應(yīng)模擬裝置床層溫升速率的可控調(diào)節(jié)；在固定床模擬裝置中,床層徑向溫度分布不均勻,溫度由壁面向中心逐漸遞減,相比固定床模擬裝置,流化床模擬裝置的床層溫升均勻性大幅提高；石蠟／石墨復(fù)合顆粒的感應(yīng)放熱量范圍涵蓋了乙烯平均聚合熱,通過(guò)電磁感應(yīng)加熱石蠟／石墨復(fù)合顆粒可以模擬顆粒聚合反應(yīng)放熱。2.在基于電磁感應(yīng)加熱的氣固反應(yīng)模擬裝置中,成功模擬了顆粒漸變式團(tuán)聚和突變式團(tuán)聚過(guò)程,獲得了操作參數(shù)對(duì)顆粒漸變式團(tuán)聚及突變式團(tuán)聚過(guò)程的影響規(guī)律,并建立了描述漸變式團(tuán)聚的群體平衡模型。研究發(fā)現(xiàn),對(duì)于顆粒漸變式團(tuán)聚,隨著溫升速率的增大、流化氣速的減小,顆粒漸變式團(tuán)聚速率常數(shù)增大；對(duì)于顆粒突變式團(tuán)聚,隨著電磁感應(yīng)加熱時(shí)間的延長(zhǎng)、流化氣速的減小、溫升速率的增大,流化床內(nèi)產(chǎn)生的顆粒聚團(tuán)質(zhì)量、尺寸以及顆粒聚團(tuán)的生成速率均大幅增大。3.在基于電磁感應(yīng)加熱的氣固反應(yīng)模擬裝置中,實(shí)現(xiàn)了顆粒聚團(tuán)的快速固化捕捉,建立了突變式顆粒團(tuán)聚過(guò)程的表征方法,揭示了粒徑對(duì)顆粒突變式團(tuán)聚行為的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)顆粒聚團(tuán)生成時(shí),同步出現(xiàn)整床壓降下降、氣泡直徑變小等現(xiàn)象；整床壓降的下降值可以用于顆粒聚團(tuán)質(zhì)量的定量表征；細(xì)顆粒的團(tuán)聚性能優(yōu)于粗顆粒,細(xì)顆粒-細(xì)顆粒團(tuán)聚及細(xì)顆粒-粗顆粒團(tuán)聚是發(fā)粘顆粒團(tuán)聚的主要形式；粗顆粒含量低于87.5 wt%時(shí),細(xì)顆粒-細(xì)顆粒、粗顆粒-細(xì)顆粒碰撞頻率高于粗顆粒-粗顆粒碰撞頻率；細(xì)顆粒-細(xì)顆粒、細(xì)顆粒-粗顆粒碰撞后團(tuán)聚的概率高于粗顆粒-粗顆粒。4.揭示了不同操作條件下顆粒聚團(tuán)質(zhì)量隨液含量的增大存在的三種變化規(guī)律,并提出了基于相對(duì)固橋力Fr的顆粒聚團(tuán)穩(wěn)定存在判據(jù)和液含量、床層溫度與顆粒聚團(tuán)質(zhì)量的關(guān)系圖,用于指導(dǎo)顆粒聚團(tuán)的定向調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)固橋力大于其他作用力的合力時(shí),固橋可穩(wěn)定形成,顆粒聚團(tuán)穩(wěn)定存在；固橋力的相對(duì)值Fr受操作條件及液含量的影響較大,其他作用力的合力隨液含量的的變化相對(duì)較小,在0.95 m/s的流化氣速下,固橋力與其他作用力的合力相當(dāng)?shù)膮^(qū)域?qū)?yīng)的相對(duì)固橋力變化范圍為6-20；不同流化氣溫度、流化氣速、加熱功率下,顆粒聚團(tuán)質(zhì)量隨著液含量的增加存在單調(diào)增大、先增大后減小(甚至再增大)、單調(diào)減小等三種變化規(guī)律；基于相對(duì)固橋力的顆粒聚團(tuán)穩(wěn)定存在判據(jù)和床層溫度、液含量及流化床內(nèi)形成的顆粒聚團(tuán)質(zhì)量的關(guān)系圖均可用于指導(dǎo)顆粒聚團(tuán)的調(diào)控。
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【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ021.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2453430