【摘要】：顆粒聚團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。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,在冷模實驗中模擬流化床反應(yīng)器內(nèi)的顆粒團聚過程,快速固化捕捉顆粒聚團。進而取樣分析顆粒聚團質(zhì)量、形貌及聚團內(nèi)顆粒粒徑分布,結(jié)合使用壓力傳感器在線檢測顆粒團聚過程中床層壓降、氣泡直徑等參數(shù)的變化,研究顆粒聚團的形成演化規(guī)律和調(diào)控機制。本文將顆粒團聚模式區(qū)分為漸變式團聚和突變式團聚,實驗測定了操作參數(shù)對這兩種團聚模式的影響規(guī)律,建立了描述漸變式團聚的群體平衡模型；重點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聚行為,提出了液含量、床層溫度與顆粒聚團質(zhì)量的關(guān)系圖,可以指導(dǎo)顆粒聚團的定向調(diào)控,有助于氣相聚合反應(yīng)器的放大設(shè)計和安全運行。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,并對其性能進行了評價,證實了電磁感應(yīng)加熱石蠟／石墨復(fù)合顆粒用于模擬聚合過程中顆粒反應(yīng)放熱的可行性。研究發(fā)現(xiàn),通過改變顆粒的石蠟／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,通過電磁感應(yīng)加熱石蠟／石墨復(fù)合顆�？梢阅M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聚和突變式團聚過程,獲得了操作參數(shù)對顆粒漸變式團聚及突變式團聚過程的影響規(guī)律,并建立了描述漸變式團聚的群體平衡模型。研究發(fā)現(xiàn),對于顆粒漸變式團聚,隨著溫升速率的增大、流化氣速的減小,顆粒漸變式團聚速率常數(shù)增大；對于顆粒突變式團聚,隨著電磁感應(yīng)加熱時間的延長、流化氣速的減小、溫升速率的增大,流化床內(nèi)產(chǎn)生的顆粒聚團質(zhì)量、尺寸以及顆粒聚團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,實現(xiàn)了顆粒聚團的快速固化捕捉,建立了突變式顆粒團聚過程的表征方法,揭示了粒徑對顆粒突變式團聚行為的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)顆粒聚團生成時,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質(zhì)量的定量表征；細顆粒的團聚性能優(yōu)于粗顆粒,細顆粒-細顆粒團聚及細顆粒-粗顆粒團聚是發(fā)粘顆粒團聚的主要形式；粗顆粒含量低于87.5 wt%時,細顆粒-細顆粒、粗顆粒-細顆粒碰撞頻率高于粗顆粒-粗顆粒碰撞頻率；細顆粒-細顆粒、細顆粒-粗顆粒碰撞后團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,并提出了基于相對固橋力Fr的顆粒聚團穩(wěn)定存在判據(jù)和液含量、床層溫度與顆粒聚團質(zhì)量的關(guān)系圖,用于指導(dǎo)顆粒聚團的定向調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)固橋力大于其他作用力的合力時,固橋可穩(wěn)定形成,顆粒聚團穩(wěn)定存在；固橋力的相對值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；基于相對固橋力的顆粒聚團穩(wěn)定存在判據(jù)和床層溫度、液含量及流化床內(nèi)形成的顆粒聚團質(zhì)量的關(guān)系圖均可用于指導(dǎo)顆粒聚團的調(diào)控。
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【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ021.1

【參考文獻】

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本文編號：2453430