有機(jī)硅單體合成流化床的多相流模擬與流化特性研究.pdf

1、有機(jī)硅作為一種新型化工材料在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著不可替代的重要作用。鑒于國內(nèi)有機(jī)硅產(chǎn)品的需求量日益增加，國內(nèi)的各個生產(chǎn)廠家都在著手進(jìn)行流化床合成工藝的改進(jìn)和放大，迫切需要對流化床工藝進(jìn)行深入的研究。目前，有機(jī)硅單體合成流化床存在取熱不均和進(jìn)氣不均兩大難題，且一直以來忽略了對寬篩分流化特性的研究，本文所作的主要研究工作如下： (1)在對現(xiàn)有流化床反應(yīng)器內(nèi)部換熱結(jié)構(gòu)及氣體分布器進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，提出了一種適用于強(qiáng)放熱過程的新型流化床

2、反應(yīng)器的設(shè)計思路，構(gòu)思設(shè)計了指管束二級盤式導(dǎo)熱油均布器、雙錐導(dǎo)流式進(jìn)氣分布器、破泡與減少顆粒團(tuán)聚的內(nèi)構(gòu)件。為使反應(yīng)器帶出的粉塵及時回床，構(gòu)思設(shè)計出了催化劑直接回床技術(shù)，包括在反應(yīng)器頂部設(shè)置擴(kuò)大段，在一級旋風(fēng)分離器下部設(shè)置氣體反射器，在反應(yīng)器外設(shè)置料腿向反應(yīng)器底部濃相段直接回料，優(yōu)化了工藝與設(shè)備結(jié)構(gòu)。 (2)應(yīng)用顆粒動力學(xué)理論，考慮了氣體與顆粒、顆粒組分以及組份內(nèi)顆粒間的相互作用，建立了有機(jī)硅流化床內(nèi)氣固流動的計算模型。對于由N相

3、顆粒組分組成的寬篩分物料，假設(shè)各顆粒組分為獨(dú)立的連續(xù)相，各顆粒組分由相應(yīng)的粒徑、密度和彈性恢復(fù)系數(shù)、體積分?jǐn)?shù)等參數(shù)表示，重點(diǎn)從顆粒相間的能量傳遞和耗散以及氣固相間作用考慮模型的封閉。 (3)采用先進(jìn)的CFD模擬軟件FLUENT，運(yùn)用歐拉—?dú)W拉氣固多相流模型和PC—SIMPLE算法，模擬了帶底錐結(jié)構(gòu)的流化床內(nèi)不同粒級硅粉顆粒在不同操作件下的氣固流化特性，分析了氣泡生成、長大和破裂的過程，研究了床內(nèi)氣固兩相流動特性和顆粒分層機(jī)理。為

4、優(yōu)化有機(jī)硅單體合成流化床反應(yīng)器的操作條件提供了依據(jù)。 (4)對單一粒級的硅粉顆粒流化特性的研究表明：擬合出的壓力脈動標(biāo)準(zhǔn)方差與氣速的關(guān)系與理論值吻合較好，說明模擬能夠較好的反映出不同粒徑硅粉顆粒體系的流化特性；對寬篩分顆粒體系的研究表明：隨著床內(nèi)顆粒流化過程的進(jìn)行，粒徑較大的顆粒不容易流化，會聚集在流化床底部，粒徑較小的顆粒容易流化，主要聚集在流化床上部。在床內(nèi)逐漸形成顆粒的分層；通過對不同體系的壓力脈動功率譜研究發(fā)現(xiàn)，較寬篩分