流化床操作參數的優(yōu)化【開題報告】

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

2、床層的速度逐漸提高到某值時，顆粒出現(xiàn)松動，顆粒間空隙增大，床層體積出現(xiàn)膨脹。如果再進一步提高流體速度，床層將不能維持固定狀態(tài)。此時，顆粒全部懸浮與流體中，顯示出相當不規(guī)則的運動。隨著流速的提高，顆粒的運動愈加劇烈，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。。流體向上流過一個微細顆粒的床層（塔體），當流速低的時候流體只是穿過靜止的顆粒之間的空隙，此時的床體稱為固定床；隨著流速的增加，顆

3、粒互相離開，并可看到少量的顆粒在一定的區(qū)間進行震動和游動，稱為膨脹床；速度再升高達到使全部顆粒都剛好懸浮在向上流動的氣體或者液體中，此時的床層就是流化床起點。簡單的說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。本實驗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>　　在過去的幾十年中，流化床反應器以其高效傳質、傳熱的優(yōu)點被廣泛應用于流?固相間反應。微小流化床反應器具有小尺寸效應和實用、

4、可移動及易操作等優(yōu)點，可用于高溫汽化反應、熱重分析、及作為揮發(fā)性有機化合物(VOCs)的催化氧化處理反應器。其微小的體積有利于降耗、減排，提高反應效率，強化反應與傳遞過程。雖然流化床反應器取得了巨大的工業(yè)成功,但這種反應器存在著不容忽視的缺點—-反應過程難以控制，反應器內部容易結塊，從而嚴重制約了流化床反應器的穩(wěn)定高效生產?？梢娢⑿×骰卜磻饔兄T多優(yōu)點，但用作反應器尚缺乏系統(tǒng)研究。在氣固流態(tài)化過程中，固體顆粒的大小和密度以及氣體的密度

5、之差對流化特性有顯著影響，氣流量、壓差、靜床層高度、分布板參數的不同對反應裝置內氣固接觸、傳熱、傳質也都有重要影響，并且直接關系到反應器的生產能力。研究不同顆粒體系的流動模式和流化狀況，對工業(yè)反應器的設計和優(yōu)化工藝參數具有重要意義，也是流態(tài)化領域研究的重要課題。</p><p>　　二、研究目標與主要內容（含論文提綱） </p><p><b>　　研究目標：</b>

6、</p><p>　　雖然流化床反應器以其高效傳質、傳熱的優(yōu)點被廣泛應用于流（氣）?固相間反應，并取得了巨大的工業(yè)成功,但這種反應器存在著不容忽視的缺點—-反應過程難以控制，反應參數難調節(jié)，從而嚴重制約了流化床反應器的穩(wěn)定高效生產?？梢娢⑿×骰卜磻饔兄T多優(yōu)點，但用作反應器尚缺乏系統(tǒng)研究。所以本實驗正是為了有效解決這些問題，通過設計一個一定尺寸和內部構件的氣-固硫化床反應器，并選用4種粒度不同堆積密度不同的硅粉

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

8、裝置內氣固接觸、傳熱、傳質也都有重要影響，并且直接關系到反應器的生產能力。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—氣體密

9、度，g—重力加速度，Lmf---開始流化時床層的高度。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重要特征。根據這一特點，可通過測定床層壓降來判斷流化質量優(yōu)劣。整個流化床階段的壓力降為：</p><p>　　△p=L（1-ε）（ρs-ρ）g</p><p>　　在模擬流化時通過儀器測量即可測出△p和L，并且已知ρs—固體密度，ρ—氣體密度，

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流化效果的好壞，從而確定其他參數的好壞。</p><p><b>　　提綱：</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p><b>　　2 實驗</b></p><p><b>　　3實

11、驗結果與分析</b></p><p><b>　　4 結論</b></p><p>　　三、擬采取的研究方法、研究手段及技術路線、實驗方案等</p><p>　　本實驗通過研究氣流量，壓差，床層高度之間的關系，即根據下式</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—氣體密度，g—重力加速度，Lmf---開始流化時床層的高度。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重要特征。根據這一特點，可通過測定床層壓降來判斷流化質量優(yōu)劣。整個流化床階段的壓力降為：</p><p&

13、gt;　　△p=L（1-ε）（ρs-ρ）g</p><p>　　在模擬流化時通過儀器測量即可測出△p和L，并且已知ρs—固體密度，ρ—氣體密度，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流化效果的好壞，從而確定其他參數的好壞。</p><p><b>　　實驗裝置及材料：</b></p><p>　　實驗裝置主體結構如圖 2-1

14、 所示， 主要由氣瓶、流化床、流量計、壓差測量儀構成?？紤]到小尺寸下流化床測量精度要求較高而氣量較小，流化氣體由氣瓶提供。由減壓閥出來的氣體經流量計計量后進入混氣室，再經過氣體分布板均勻分布后進入床內， 經顆粒床層后放入大氣。</p><p>　　1.氣瓶2.流量計3.混氣室4.分布板5.流化床體6.數字式微壓差測量儀</p><p>　　圖2-1 實驗裝置簡易圖</p>&

15、lt;p>　　流化床床體由有機玻璃制成。這樣可以直接觀察流化床內部流化情況，和床層高度廢人測量及流化時內部是否發(fā)生溝流或騰涌現(xiàn)象。</p><p>　　本實驗所使用的物料為硅粉，硅粉（Microsilica 或 Silica Fume），也叫微硅粉，學名“硅灰”，又叫硅灰，是工業(yè)電爐在高溫熔煉工業(yè)硅及硅鐵的過程中，隨廢氣逸出的煙塵經特殊的捕集裝置收集處理而成。而買來的硅粉粗細不勻，我們使用標準篩將硅粉分成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上的空眼數目。</p><p>　　數字式微壓差測量儀量程為0～99.999kPa， 精度為1Pa，相對誤差小于±1%。測壓點選擇在混氣室和流化床體，距離分布板下表面10 mm。</p><p><b>　　實驗方案：</b></p>&l

17、t;p>　　實驗前先測量分布板壓降，空床條件下，從0依次增大氣速，待壓降穩(wěn)定后，記錄15 s內壓差儀獲得的壓力數據和床層高度，壓降平均值作為相應氣速下的分布板壓降。床層壓降為相同氣速下實驗壓降與分布板壓降差。實驗前，將一定質量的物料裝入流化床，調節(jié)氣體流速使顆粒達到完全流化狀態(tài)，再緩慢降低氣速至0。實驗時，首先開啟壓差儀并校零，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

18、壓差儀獲得的壓力信號的平均值作為床層升速壓降數據。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據。</p><p><b>　　參考文獻目</b></p><p>　　[1] 沈志恒,陳巨輝等. 高固體流率循環(huán)流化床內氣體–顆粒團聚物流動特性[J]. 中國電機工程學報:2009,29(29):25-29.</p><p>　　[2] 李海

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