流化床靜電感應信號解析及外加電場作用研究.pdf

1、氣固聚乙烯流化床反應器因其具有結構簡單、性能穩(wěn)定、傳熱傳質速率較高等優(yōu)點，在聚乙烯生產(chǎn)中占據(jù)重要地位。流化床反應器中的聚乙烯顆粒為高絕緣性介質，顆粒間極易通過摩擦產(chǎn)生靜電荷并積累，一方面使反應器內(nèi)的流體力學行為受到影響，引起顆粒的團聚、粘壁和結片，另一方面反應器內(nèi)顆粒靜電感應現(xiàn)象的存在，也為工業(yè)流化床流體力學行為研究帶來新的思路。因此，通過理論分析、數(shù)學推導和實驗驗證，對靜電感應信號進行解析以考察流化床反應器內(nèi)的流體力學行為，具有重大的

2、理論價值和實際意義。
　　本論文利用具有自主知識產(chǎn)權的靜電在線檢測裝置，按照靜電感應信號機理分析——顆粒循環(huán)時間檢測——結片的研究與檢測——外加電場作用研究的思路，對流化床內(nèi)靜電感應信號進行解析并對外加電場的作用進行研究。首先，自行開發(fā)一種對感應電荷敏感的感應式靜電檢測儀，并將其應用于流化床內(nèi)帶電顆粒的感應靜電檢測，得到流化床內(nèi)感應靜電勢的分布規(guī)律，同時，通過分析感應靜電信號頻譜分布與顆粒運動的關系，為流化床內(nèi)顆粒流體力學參數(shù)檢測

3、提供理論基礎;在此基礎上，通過對感應式靜電檢測儀信號的解析，得到感應靜電信號主頻與顆粒循環(huán)時間的函數(shù)關系，為工業(yè)生產(chǎn)中顆粒循環(huán)時間檢測提供參考;隨后，研究結片尺寸和位置對感應靜電勢值和感應靜電信號主頻的影響，得到感應靜電信號的電勢值在結片下降過程中的波動規(guī)律以及感應靜電信號主頻與結片尺寸和位置的關系，為聚烯烴生產(chǎn)中結片的檢測提供理論指導;最后，探索外加交流電場對反應器壁面上顆粒粘附現(xiàn)象的影響，得到外加交流電場強度與粘附顆粒量和粘附顆粒粒

4、徑分布的關系，為減少流化床反應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)一種對感應電荷敏感的的感應式靜電檢測儀，并將其應用于流化床內(nèi)帶電顆粒的感應靜電檢測，分析感應靜電信號頻譜分布與顆粒運動關系，得到流化床內(nèi)感應靜電勢分布規(guī)律，為流化床內(nèi)顆粒流體力學參數(shù)檢測提供理論基礎。通過改變絕緣介質厚度、直徑和長度，考察探頭上摩擦電荷、轉移電荷和感應電荷量隨探頭幾何結構的演化規(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時，探頭上的電荷主要為感應電荷，并且該探頭能夠有效反映一個區(qū)域內(nèi)所有顆粒的整體運動趨勢，并據(jù)此通過優(yōu)化設計開發(fā)出對感應電荷敏感的的感應式靜電檢測儀。將感應式靜電檢測儀用于帶電顆粒檢測，發(fā)現(xiàn)在分布板附近負靜電勢達到極大值，沿軸向升高，負靜電勢逐漸減小，隨后靜電勢極性反轉成正靜電勢并逐漸增加，在料位處測得正靜電勢的極大值，然后正靜電勢逐漸減小并趨于零。
　　第二，通過對感應式靜電檢測儀信號的解析，得到感應靜

6、電信號主頻與顆粒循環(huán)時間的函數(shù)關系，為工業(yè)生產(chǎn)中顆粒循環(huán)時間檢測提供指導?；诜ɡ陔姶鸥袘桑瑢o電感應的頻譜信號進行解析，推導感應靜電勢信號主頻與顆粒循環(huán)時間之間的函數(shù)關系為Te=gr/f0(gr為幾何特征常數(shù)，本文實驗條件下gr=5.668)。實驗發(fā)現(xiàn)，流化床內(nèi)顆粒循環(huán)時間取決于氣泡運動速度，且隨表觀氣速及床層高度的增加而縮短。
　　第三，研究結片尺寸和位置對感應靜電勢值和感應靜電信號主頻的影響，得到感應靜電信號的電勢值在

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

8、。
　　第四，探索外加交流電場對反應器壁面上顆粒粘附現(xiàn)象的影響，得到外加交流電場強度與粘附顆粒量和粘附顆粒粒徑分布的關系，為減少流化床反應器壁面顆粒粘附量提供思路。實驗發(fā)現(xiàn)，外加交流電場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場強的增大而不斷減少，而碳鋼電極上的顆粒粘附量在場強較低時即會迅速減少，場強進一步增大對減少碳鋼電極上的顆粒粘附量的效果不顯著;外加交流電場使流化床的壁面粘附顆粒的粒徑分布增寬，并使