本文關(guān)鍵詞：聚乙烯顆粒在流化床反應(yīng)器中的運動行為研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文針對聚乙烯顆粒通過氣固法(干法)氯化和氯磺化生產(chǎn)氯磺化聚乙烯的技術(shù)特點和目前的工藝方法,研究了聚乙烯顆粒在氣固法流化床反應(yīng)器中的顆粒運動行為。根據(jù)聚乙烯這類輕質(zhì)顆粒具有比重輕、摩擦易帶靜電、以及在流化床運動過程中的凝聚性小、膨脹比大、黏彈性高的特點,設(shè)計了適合于聚乙烯氣固法氯化的流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)。對聚乙烯顆粒在流化床中的運動行為進行了冷模實驗,研究了兩種分布板結(jié)構(gòu)對流化床內(nèi)氣固兩相流動特性的影響,以及防靜電裝置對顆粒黏附量的抑制作用。采用流體力學模擬軟件FLUENT,運用基于顆粒動力學理論的歐拉-歐拉氣固多相流模型以及SIMPLE算法,建立了質(zhì)量、動量和能量耦合傳遞的二維數(shù)學模型,模擬分析了新型流化床內(nèi)的氣固流化特性以及不同分布板錐角對床層內(nèi)顆粒流化特性的影響。主要工作內(nèi)容如下:(1)根據(jù)聚乙烯顆粒的特點,設(shè)計了適用于聚乙烯氣固法氯化的流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu),其實驗設(shè)備的主要尺寸包括床體總高900mm,反應(yīng)段直徑120mm,擴大段直徑280mm,旋風分離器標準直徑D=90mm;(2)研究了流化床內(nèi)聚乙烯顆粒摩擦起電的規(guī)律,從預(yù)防靜電的產(chǎn)生、增加靜電導(dǎo)流裝置兩方面設(shè)計了幾種減少靜電的方法;(3)實驗研究了兩種氣體分布板情況下流化床內(nèi)壓降變化、氣泡的運動行為、固含率的徑向和軸向分布、流體速度徑向和軸向速度分布;(4)通過模擬軟件FLUENT模擬分析了流化床內(nèi)壓降、氣泡運動、固含率、流體速度分布及變化規(guī)律,顆粒運動軌跡,并與實驗進行對比,驗證了模型的準確性;(5)運用FLUENT軟件模擬錐形分布板錐角變化對床層內(nèi)氣固兩相流動特性的影響。實驗及模擬結(jié)果表明:聚乙烯顆粒在流化床內(nèi)相比B類顆粒膨脹比大,氣固兩相界線明顯;增加內(nèi)部導(dǎo)電裝置以及增加空氣濕度能明顯降低床內(nèi)靜電積累;分布板壓降隨表觀氣速的增加而升高,床層壓降隨床層高度的增加而下降;床內(nèi)顆粒濃度呈現(xiàn)中心低兩側(cè)高,下部高上部低的變化趨勢;流體速度中心高兩側(cè)低,下部高,上部低;氣固兩相在流化床內(nèi)存在從中心向兩側(cè)的循環(huán)運動;錐形分布板較平型分布板氣泡的破碎聚并頻率更高,氣泡尺寸更小,更利于氣固兩相的傳質(zhì)傳熱;模擬結(jié)果與實驗結(jié)果比較吻合,證明了所選模型以及方程的正確性;模擬結(jié)果顯示錐型分布板的最佳錐角范圍在40°~60°之間;實驗結(jié)果對輕比重顆粒流態(tài)化的研究具有重要的指導(dǎo)意義,也為聚乙烯氣固法合成氯磺化聚乙烯的研究提供了理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：聚乙烯 氣固法氯化 氯磺化聚乙烯 流化床 氣體分布板 歐拉-歐拉多相流模型
【學位授予單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ052;TQ325.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 前言12-13
• 1 文獻綜述13-25
• 1.1 氯磺化聚乙烯的應(yīng)用與合成工藝13-17
• 1.1.1 氯磺化聚乙烯和氯化聚乙烯的結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)13
• 1.1.2 我國氯化聚乙烯和氯磺化聚乙烯的生產(chǎn)現(xiàn)狀與應(yīng)用13-14
• 1.1.3 氯化聚乙烯和氯磺化聚乙烯的工藝合成方法與路線14-17
• 1.2 氣固法生產(chǎn)CPE和CSM的進展與存在的問題17-18
• 1.2.1 氣固法合成CPE和CSM的研究進展17
• 1.2.2 氣固法合成CPE和CSM存在的問題17-18
• 1.3 流態(tài)化技術(shù)及其發(fā)展18-21
• 1.3.1 流態(tài)化的概述18
• 1.3.2 顆粒的Geldart分類18-19
• 1.3.3 流態(tài)化的分類19-20
• 1.3.4 流化床反應(yīng)器的應(yīng)用現(xiàn)狀20-21
• 1.4 流體力學軟件（CFD）在流態(tài)化中的應(yīng)用21-22
• 1.4.1 計算流體力學(CFD)簡介21
• 1.4.2 流態(tài)化反應(yīng)過程模擬的研究進展21-22
• 1.5 課題的研究目的和內(nèi)容22-25
• 1.5.1 課題研究的目的22
• 1.5.2 課題研究的內(nèi)容22-25
• 2 聚乙烯氯化冷模實驗的設(shè)計25-39
• 2.1 流化床反應(yīng)器的設(shè)計開發(fā)25-30
• 2.1.1 本課題流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)特點25-27
• 2.1.2 流化床殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計計算27-29
• 2.1.3 分布板的設(shè)計計算29-30
• 2.2 旋風分離器的設(shè)計30-31
• 2.3 實驗方法及檢測手段31-34
• 2.3.1 流化床固含率的測量方法31-32
• 2.3.2 流化床內(nèi)固體顆粒濃度的測定方法32
• 2.3.3 壓降測定方法32-33
• 2.3.4 流化床不同床層高度氣體流速的測定33
• 2.3.5 粒徑分析方法33-34
• 2.3.6 壓力脈動的測定方法34
• 2.4 實驗步驟與過程34-36
• 2.4.1 實驗設(shè)備搭建34-35
• 2.4.2 實驗步驟35-36
• 2.5 整個工藝流程中試路線的設(shè)計36-37
• 2.6 流化床內(nèi)的靜電效應(yīng)37-38
• 2.7 本章小結(jié)38-39
• 3 冷模實驗結(jié)果與討論39-61
• 3.1 摩擦起電的研究39-42
• 3.1.1 表觀氣速對起電量的影響39-40
• 3.1.2 顆粒粒徑對摩擦起電量的影響40-41
• 3.1.3 設(shè)置靜電消除裝置41
• 3.1.4 增加空氣濕度41-42
• 3.2 壓降的變化規(guī)律42-43
• 3.2.1 床層壓降隨表觀氣速的變化42-43
• 3.2.2 全床壓降隨床層高度的變化43
• 3.3 固體顆粒濃度的變化43-50
• 3.3.1 不同表觀氣速下顆粒濃度的徑向分布43-47
• 3.3.2 不同表觀氣速下顆粒濃度的軸向分布47-49
• 3.3.3 不同高度床層中心的顆粒濃度軸向分布49-50
• 3.4 流體速度分布50-52
• 3.4.1 不同床層高度流體速度徑向分布50-51
• 3.4.2 不同床層高度下流體速度分布51-52
• 3.5 壓力脈動情況52-57
• 3.5.1 錐形分布板不同表觀氣速壓力脈動信號與功率譜圖52-54
• 3.5.2 平型分布板不同表觀氣速壓力脈動信號與功率譜圖54-56
• 3.5.3 聚乙烯流化床與玻璃微珠流化床流化特性比較56-57
• 3.6 床層高度變化57-58
• 3.7 流化床的揚析夾帶量58
• 3.8 本章小結(jié)58-61
• 4 流化床內(nèi)氣固兩相流的模擬與分析61-77
• 4.1 氣固反應(yīng)多相流模型的建立61-65
• 4.1.1 控制方程61-63
• 4.1.2 本構(gòu)方程63-65
• 4.2 幾何模型的建立65-66
• 4.3 網(wǎng)格的劃分66
• 4.4 初始邊界條件的設(shè)置66-67
• 4.6 模擬結(jié)果分析與討論67-75
• 4.6.1 模型驗證67-70
• 4.6.2 不同表觀氣速下流化床內(nèi)固含率分布云圖70-71
• 4.6.3 不同時間流化床內(nèi)固含率分布云圖71-72
• 4.6.4 不同表觀氣速下流化床內(nèi)速度云圖72-74
• 4.6.5 不同時刻流化床內(nèi)流體運動軌跡74-75
• 4.7 本章小結(jié)75-77
• 5 流化床反應(yīng)器分布板結(jié)構(gòu)的模擬與優(yōu)化77-85
• 5.1 分布板錐角結(jié)構(gòu)平面圖77-78
• 5.2 網(wǎng)格的劃分與邊界條件的設(shè)置78
• 5.3 模擬結(jié)果與討論78-84
• 5.3.1 不同錐角分布板流化床內(nèi)固含率分布云圖78-80
• 5.3.2 不同錐角分布板流化床內(nèi)速度分布云圖80
• 5.3.3 不同錐角靜壓與速度波動80-83
• 5.3.4 分布板上方固體顆粒速度徑向分布83
• 5.3.5 分布板上方固含率徑向分布83-84
• 5.4 本章小結(jié)84-85
• 6 結(jié)論與展望85-87
• 參考文獻87-93
• 附錄93-95
• 致謝95-97
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文目錄97-99

【參考文獻】

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本文編號：294775