流化床操作參數(shù)的優(yōu)化【開(kāi)題報(bào)告】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告</b></p><p><b>　　高分子材料與工程</b></p><p>　　流化床操作參數(shù)的優(yōu)化</p><p>　　一、選題的背景和意義</p><p>　　在一個(gè)超微氣流粉碎設(shè)備中，將顆粒物料堆放好，氣體由設(shè)備下部通入床層，當(dāng)流體（氣體）通過(guò)

2、床層的速度逐漸提高到某值時(shí)，顆粒出現(xiàn)松動(dòng)，顆粒間空隙增大，床層體積出現(xiàn)膨脹。如果再進(jìn)一步提高流體速度，床層將不能維持固定狀態(tài)。此時(shí)，顆粒全部懸浮與流體中，顯示出相當(dāng)不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。隨著流速的提高，顆粒的運(yùn)動(dòng)愈加劇烈，床層的膨脹也隨之增大，但是顆粒仍逗留在床層內(nèi)而不被流體帶出。床層的這種狀態(tài)和液體相似稱為流化床。。流體向上流過(guò)一個(gè)微細(xì)顆粒的床層（塔體），當(dāng)流速低的時(shí)候流體只是穿過(guò)靜止的顆粒之間的空隙，此時(shí)的床體稱為固定床；隨著流速的增加，顆

3、?；ハ嚯x開(kāi)，并可看到少量的顆粒在一定的區(qū)間進(jìn)行震動(dòng)和游動(dòng)，稱為膨脹床；速度再升高達(dá)到使全部顆粒都剛好懸浮在向上流動(dòng)的氣體或者液體中，此時(shí)的床層就是流化床起點(diǎn)。簡(jiǎn)單的說(shuō)固體顆粒在流體作用下表現(xiàn)出類似流體狀態(tài)的現(xiàn)象稱為流態(tài)化。本實(shí)驗(yàn)是研究模擬流化床狀態(tài)，考察流化狀態(tài)的影響因素。</p><p>　　在過(guò)去的幾十年中，流化床反應(yīng)器以其高效傳質(zhì)、傳熱的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于流?固相間反應(yīng)。微小流化床反應(yīng)器具有小尺寸效應(yīng)和實(shí)用、

4、可移動(dòng)及易操作等優(yōu)點(diǎn)，可用于高溫汽化反應(yīng)、熱重分析、及作為揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的催化氧化處理反應(yīng)器。其微小的體積有利于降耗、減排，提高反應(yīng)效率，強(qiáng)化反應(yīng)與傳遞過(guò)程。雖然流化床反應(yīng)器取得了巨大的工業(yè)成功,但這種反應(yīng)器存在著不容忽視的缺點(diǎn)—-反應(yīng)過(guò)程難以控制，反應(yīng)器內(nèi)部容易結(jié)塊，從而嚴(yán)重制約了流化床反應(yīng)器的穩(wěn)定高效生產(chǎn)?？梢?jiàn)微小流化床反應(yīng)器有諸多優(yōu)點(diǎn)，但用作反應(yīng)器尚缺乏系統(tǒng)研究。在氣固流態(tài)化過(guò)程中，固體顆粒的大小和密度以及氣體的密度

5、之差對(duì)流化特性有顯著影響，氣流量、壓差、靜床層高度、分布板參數(shù)的不同對(duì)反應(yīng)裝置內(nèi)氣固接觸、傳熱、傳質(zhì)也都有重要影響，并且直接關(guān)系到反應(yīng)器的生產(chǎn)能力。研究不同顆粒體系的流動(dòng)模式和流化狀況，對(duì)工業(yè)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和優(yōu)化工藝參數(shù)具有重要意義，也是流態(tài)化領(lǐng)域研究的重要課題。</p><p>　　二、研究目標(biāo)與主要內(nèi)容（含論文提綱） </p><p><b>　　研究目標(biāo)：</b>

6、</p><p>　　雖然流化床反應(yīng)器以其高效傳質(zhì)、傳熱的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于流（氣）?固相間反應(yīng)，并取得了巨大的工業(yè)成功,但這種反應(yīng)器存在著不容忽視的缺點(diǎn)—-反應(yīng)過(guò)程難以控制，反應(yīng)參數(shù)難調(diào)節(jié)，從而嚴(yán)重制約了流化床反應(yīng)器的穩(wěn)定高效生產(chǎn)?？梢?jiàn)微小流化床反應(yīng)器有諸多優(yōu)點(diǎn)，但用作反應(yīng)器尚缺乏系統(tǒng)研究。所以本實(shí)驗(yàn)正是為了有效解決這些問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)一定尺寸和內(nèi)部構(gòu)件的氣-固硫化床反應(yīng)器，并選用4種粒度不同堆積密度不同的硅粉

7、作為材料進(jìn)行模擬流化實(shí)驗(yàn)，研究流化過(guò)程中的壓降、氣數(shù)、床層差、靜床高度等參數(shù)對(duì)流化效果的影響，從而確定不同規(guī)格的硅粉達(dá)到最佳流化效果時(shí)所需要的最佳操作參數(shù)。這為流化床高效生產(chǎn)提供重要依據(jù)。</p><p><b>　　研究?jī)?nèi)容：</b></p><p>　　在氣固流態(tài)化過(guò)程中，固體顆粒的大小和密度以及氣體的密度之差對(duì)流化特性有顯著影響，氣流量、壓差、靜床層高度、對(duì)反應(yīng)

8、裝置內(nèi)氣固接觸、傳熱、傳質(zhì)也都有重要影響，并且直接關(guān)系到反應(yīng)器的生產(chǎn)能力。而其中，氣流量、壓差、床層高度差又直接表示了流化效果的好壞。這3者的關(guān)系如下式所示：</p><p>　　△p=Lmf（1-εmf）（ρs-ρ）g </p><p>　　式中△p--壓差，εmf—臨界孔隙率，ρs—固體密度，ρ—?dú)怏w密

9、度，g—重力加速度，Lmf---開(kāi)始流化時(shí)床層的高度。隨著流速的增大，床層高度和空隙率ε都增加，而Δp維持不變，壓降不隨氣速改變而變化是流化床的一個(gè)重要特征。根據(jù)這一特點(diǎn)，可通過(guò)測(cè)定床層壓降來(lái)判斷流化質(zhì)量?jī)?yōu)劣。整個(gè)流化床階段的壓力降為：</p><p>　　△p=L（1-ε）（ρs-ρ）g</p><p>　　在模擬流化時(shí)通過(guò)儀器測(cè)量即可測(cè)出△p和L，并且已知ρs—固體密度，ρ—?dú)怏w密度，

10、g—重力加速度，即可得出ε—孔隙率，而孔隙率的值就可以確實(shí)流化效果的好壞，從而確定其他參數(shù)的好壞。</p><p><b>　　提綱：</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p><b>　　2 實(shí)驗(yàn)</b></p><p><b>　　3實(shí)

11、驗(yàn)結(jié)果與分析</b></p><p><b>　　4 結(jié)論</b></p><p>　　三、擬采取的研究方法、研究手段及技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案等</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)通過(guò)研究氣流量，壓差，床層高度之間的關(guān)系，即根據(jù)下式</p><p>　　△p=Lmf（1-εmf）（ρs-ρ）g

12、 </p><p>　　式中△p--壓差，εmf—臨界孔隙率，ρs—固體密度，ρ—?dú)怏w密度，g—重力加速度，Lmf---開(kāi)始流化時(shí)床層的高度。隨著流速的增大，床層高度和空隙率ε都增加，而Δp維持不變，壓降不隨氣速改變而變化是流化床的一個(gè)重要特征。根據(jù)這一特點(diǎn)，可通過(guò)測(cè)定床層壓降來(lái)判斷流化質(zhì)量?jī)?yōu)劣。整個(gè)流化床階段的壓力降為：</p><p&

13、gt;　　△p=L（1-ε）（ρs-ρ）g</p><p>　　在模擬流化時(shí)通過(guò)儀器測(cè)量即可測(cè)出△p和L，并且已知ρs—固體密度，ρ—?dú)怏w密度，g—重力加速度，即可得出ε—孔隙率，而孔隙率的值就可以確實(shí)流化效果的好壞，從而確定其他參數(shù)的好壞。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)裝置及材料：</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)裝置主體結(jié)構(gòu)如圖 2-1

14、 所示， 主要由氣瓶、流化床、流量計(jì)、壓差測(cè)量?jī)x構(gòu)成?？紤]到小尺寸下流化床測(cè)量精度要求較高而氣量較小，流化氣體由氣瓶提供。由減壓閥出來(lái)的氣體經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后進(jìn)入混氣室，再經(jīng)過(guò)氣體分布板均勻分布后進(jìn)入床內(nèi)， 經(jīng)顆粒床層后放入大氣。</p><p>　　1.氣瓶2.流量計(jì)3.混氣室4.分布板5.流化床體6.數(shù)字式微壓差測(cè)量?jī)x</p><p>　　圖2-1 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)易圖</p>&

15、lt;p>　　流化床床體由有機(jī)玻璃制成。這樣可以直接觀察流化床內(nèi)部流化情況，和床層高度廢人測(cè)量及流化時(shí)內(nèi)部是否發(fā)生溝流或騰涌現(xiàn)象。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)所使用的物料為硅粉，硅粉（Microsilica 或 Silica Fume），也叫微硅粉，學(xué)名“硅灰”，又叫硅灰，是工業(yè)電爐在高溫熔煉工業(yè)硅及硅鐵的過(guò)程中，隨廢氣逸出的煙塵經(jīng)特殊的捕集裝置收集處理而成。而買來(lái)的硅粉粗細(xì)不勻，我們使用標(biāo)準(zhǔn)篩將硅粉分成4

16、組樣品，分別為150—200目，200—250目，250—300目，300—400目，目是指每平方英寸篩網(wǎng)上的空眼數(shù)目。</p><p>　　數(shù)字式微壓差測(cè)量?jī)x量程為0～99.999kPa， 精度為1Pa，相對(duì)誤差小于±1%。測(cè)壓點(diǎn)選擇在混氣室和流化床體，距離分布板下表面10 mm。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)方案：</b></p>&l

17、t;p>　　實(shí)驗(yàn)前先測(cè)量分布板壓降，空床條件下，從0依次增大氣速，待壓降穩(wěn)定后，記錄15 s內(nèi)壓差儀獲得的壓力數(shù)據(jù)和床層高度，壓降平均值作為相應(yīng)氣速下的分布板壓降。床層壓降為相同氣速下實(shí)驗(yàn)壓降與分布板壓降差。實(shí)驗(yàn)前，將一定質(zhì)量的物料裝入流化床，調(diào)節(jié)氣體流速使顆粒達(dá)到完全流化狀態(tài)，再緩慢降低氣速至0。實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先開(kāi)啟壓差儀并校零，然后從0依次增大氣速至顆粒完全流化，在每一氣速下停留60s，使床層壓力趨于穩(wěn)定，記錄床層高度，取15s內(nèi)

18、壓差儀獲得的壓力信號(hào)的平均值作為床層升速壓降數(shù)據(jù)。再依次降低氣速至0采用同樣的采集方法得到降速壓降數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)目</b></p><p>　　[1] 沈志恒,陳巨輝等. 高固體流率循環(huán)流化床內(nèi)氣體–顆粒團(tuán)聚物流動(dòng)特性[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào):2009,29(29):25-29.</p><p>　　[2] 李海

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