流化床靜電感應(yīng)信號(hào)解析及外加電場(chǎng)作用研究.pdf

1、氣固聚乙烯流化床反應(yīng)器因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、傳熱傳質(zhì)速率較高等優(yōu)點(diǎn)，在聚乙烯生產(chǎn)中占據(jù)重要地位。流化床反應(yīng)器中的聚乙烯顆粒為高絕緣性介質(zhì)，顆粒間極易通過摩擦產(chǎn)生靜電荷并積累，一方面使反應(yīng)器內(nèi)的流體力學(xué)行為受到影響，引起顆粒的團(tuán)聚、粘壁和結(jié)片，另一方面反應(yīng)器內(nèi)顆粒靜電感應(yīng)現(xiàn)象的存在，也為工業(yè)流化床流體力學(xué)行為研究帶來新的思路。因此，通過理論分析、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)靜電感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行解析以考察流化床反應(yīng)器內(nèi)的流體力學(xué)行為，具有重大的

2、理論價(jià)值和實(shí)際意義。
　　本論文利用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的靜電在線檢測(cè)裝置，按照靜電感應(yīng)信號(hào)機(jī)理分析——顆粒循環(huán)時(shí)間檢測(cè)——結(jié)片的研究與檢測(cè)——外加電場(chǎng)作用研究的思路，對(duì)流化床內(nèi)靜電感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行解析并對(duì)外加電場(chǎng)的作用進(jìn)行研究。首先，自行開發(fā)一種對(duì)感應(yīng)電荷敏感的感應(yīng)式靜電檢測(cè)儀，并將其應(yīng)用于流化床內(nèi)帶電顆粒的感應(yīng)靜電檢測(cè)，得到流化床內(nèi)感應(yīng)靜電勢(shì)的分布規(guī)律，同時(shí)，通過分析感應(yīng)靜電信號(hào)頻譜分布與顆粒運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，為流化床內(nèi)顆粒流體力學(xué)參數(shù)檢測(cè)

3、提供理論基礎(chǔ);在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)感應(yīng)式靜電檢測(cè)儀信號(hào)的解析，得到感應(yīng)靜電信號(hào)主頻與顆粒循環(huán)時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，為工業(yè)生產(chǎn)中顆粒循環(huán)時(shí)間檢測(cè)提供參考;隨后，研究結(jié)片尺寸和位置對(duì)感應(yīng)靜電勢(shì)值和感應(yīng)靜電信號(hào)主頻的影響，得到感應(yīng)靜電信號(hào)的電勢(shì)值在結(jié)片下降過程中的波動(dòng)規(guī)律以及感應(yīng)靜電信號(hào)主頻與結(jié)片尺寸和位置的關(guān)系，為聚烯烴生產(chǎn)中結(jié)片的檢測(cè)提供理論指導(dǎo);最后，探索外加交流電場(chǎng)對(duì)反應(yīng)器壁面上顆粒粘附現(xiàn)象的影響，得到外加交流電場(chǎng)強(qiáng)度與粘附顆粒量和粘附顆粒粒

4、徑分布的關(guān)系，為減少流化床反應(yīng)器壁面顆粒粘壁量提供思路。
　　本論文的主要研究工作如下:
　　第一，自行開發(fā)一種對(duì)感應(yīng)電荷敏感的的感應(yīng)式靜電檢測(cè)儀，并將其應(yīng)用于流化床內(nèi)帶電顆粒的感應(yīng)靜電檢測(cè)，分析感應(yīng)靜電信號(hào)頻譜分布與顆粒運(yùn)動(dòng)關(guān)系，得到流化床內(nèi)感應(yīng)靜電勢(shì)分布規(guī)律，為流化床內(nèi)顆粒流體力學(xué)參數(shù)檢測(cè)提供理論基礎(chǔ)。通過改變絕緣介質(zhì)厚度、直徑和長(zhǎng)度，考察探頭上摩擦電荷、轉(zhuǎn)移電荷和感應(yīng)電荷量隨探頭幾何結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在探頭上覆蓋厚度

5、為探頭直徑三倍以上的絕緣介質(zhì)時(shí)，探頭上的電荷主要為感應(yīng)電荷，并且該探頭能夠有效反映一個(gè)區(qū)域內(nèi)所有顆粒的整體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，并據(jù)此通過優(yōu)化設(shè)計(jì)開發(fā)出對(duì)感應(yīng)電荷敏感的的感應(yīng)式靜電檢測(cè)儀。將感應(yīng)式靜電檢測(cè)儀用于帶電顆粒檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在分布板附近負(fù)靜電勢(shì)達(dá)到極大值，沿軸向升高，負(fù)靜電勢(shì)逐漸減小，隨后靜電勢(shì)極性反轉(zhuǎn)成正靜電勢(shì)并逐漸增加，在料位處測(cè)得正靜電勢(shì)的極大值，然后正靜電勢(shì)逐漸減小并趨于零。
　　第二，通過對(duì)感應(yīng)式靜電檢測(cè)儀信號(hào)的解析，得到感應(yīng)靜

6、電信號(hào)主頻與顆粒循環(huán)時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，為工業(yè)生產(chǎn)中顆粒循環(huán)時(shí)間檢測(cè)提供指導(dǎo)。基于法拉第電磁感應(yīng)定律，對(duì)靜電感應(yīng)的頻譜信號(hào)進(jìn)行解析，推導(dǎo)感應(yīng)靜電勢(shì)信號(hào)主頻與顆粒循環(huán)時(shí)間之間的函數(shù)關(guān)系為Te=gr/f0(gr為幾何特征常數(shù)，本文實(shí)驗(yàn)條件下gr=5.668)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，流化床內(nèi)顆粒循環(huán)時(shí)間取決于氣泡運(yùn)動(dòng)速度，且隨表觀氣速及床層高度的增加而縮短。
　　第三，研究結(jié)片尺寸和位置對(duì)感應(yīng)靜電勢(shì)值和感應(yīng)靜電信號(hào)主頻的影響，得到感應(yīng)靜電信號(hào)的電勢(shì)值在

7、結(jié)片下降過程中的波動(dòng)規(guī)律以及感應(yīng)靜電信號(hào)主頻與結(jié)片尺寸和位置的關(guān)系，為聚烯烴生產(chǎn)中結(jié)片的檢測(cè)提供理論指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，結(jié)片勻速下降時(shí)會(huì)引起感應(yīng)靜電勢(shì)“V”形波動(dòng)，靜電勢(shì)波動(dòng)與勻速下降結(jié)片之間的函數(shù)關(guān)系為U=C·r-3(C為常數(shù)，C的大小取決于電量、速度、磁導(dǎo)率和探頭截面積);結(jié)片形成后會(huì)引起感應(yīng)靜電信號(hào)主頻的改變，結(jié)片尺寸越大、與靜電檢測(cè)儀距離越近，感應(yīng)靜電信號(hào)主頻越低，但與分布板區(qū)和料位區(qū)相比，位于滯留區(qū)的檢測(cè)儀信號(hào)主頻受結(jié)片的影響較小

8、。
　　第四，探索外加交流電場(chǎng)對(duì)反應(yīng)器壁面上顆粒粘附現(xiàn)象的影響，得到外加交流電場(chǎng)強(qiáng)度與粘附顆粒量和粘附顆粒粒徑分布的關(guān)系，為減少流化床反應(yīng)器壁面顆粒粘附量提供思路。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，外加交流電場(chǎng)能減少流化床的壁面顆粒粘附量，其中絕緣壁面上顆粒的粘附量隨交流電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)的增大而不斷減少，而碳鋼電極上的顆粒粘附量在場(chǎng)強(qiáng)較低時(shí)即會(huì)迅速減少，場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)一步增大對(duì)減少碳鋼電極上的顆粒粘附量的效果不顯著;外加交流電場(chǎng)使流化床的壁面粘附顆粒的粒徑分布增寬，并使