1、毕业论文开题报告 高分子材料与工程 流化床操作参数的优化 一、选题的背景和意义 在一个超微气流粉碎设备中，将颗粒物料堆放好，气体由设备下部通入床层，当流体 （气体） 通过床层的速度逐渐提高到某值时 ， 颗粒出现松动，颗粒间空隙增大，床层体积出现膨胀。如果再进一步提高流体速度，床层将不能维持固定状态。此时，颗粒全部悬浮与流体中，显示出相当不规则的运动。随着流速的提高，颗粒的运动愈加剧烈，床层的膨胀也随之增大，但是颗粒仍逗留在床层内而不被流体带出。床层的这种状态和液体相似称为流化床。流体向上流过一个微细颗粒的床层（塔 体），当流速低的时候流体只是穿过静止的颗粒之间的空隙，此时的床体称为固定床；随着
2、流速的增加，颗粒互相离开，并可看到少量的颗粒在一定的区间进行震动和游动，称为膨胀床；速度再升高达到使全部颗粒都刚好悬浮在向上流动的气体或者液体中，此时的床层就是流化床起点。简单的说固体颗粒在流体作用下表现出类似流体状态的现象称为流态化。 本实验是研究模拟流化床状态，考察流化状态的影响因素。 在过去的几十年中，流化床反应器以其高效传质、传热的优点被广泛应用于流 固相间反应。微小流化床反应器具有小尺寸效应和实用、可移动及易操作等优点， 可用于高温汽化反应、热重分析、及作为挥发性有机化合物 (VOCs)的催化氧化处理反应器。其微小的体积有利于降耗、减排，提高反应效率，强化反应与传递过程。虽然流化床反
3、应器取得了巨大的工业成功 ,但这种反应器存在着不容忽视的缺点 -反应过程难以控制，反应器内部容易结块，从而严重制约了流化床反应器的稳定高效生产。可见微小流化床反应器有诸多优点，但用作反应器尚缺乏系统研究。在气固流态化过程中，固体颗粒的大小和密度以及气体的密度之差对流化特性有显著影响，气流量、压差、静床层高度、分布板参数的不同对反应装置内气固接触、传热 、传质也都有重要影响，并且直接关系到反应器的生产能力。研究不同颗粒体系的流动模式和流化状况，对工业反应器的设计和优化工艺参数具有重要意义，也是流态化领域研究的重要课题。 二、研究目标与主要内容 （含论文提纲） 1 研究目标： 虽然流化床反应器以其
4、高效传质、传热的优点被广泛应用于流（气） 固相间反应，并取得了巨大的工业成功 ,但这种反应器存在着不容忽视的缺点 -反应过程难以控制，反应参数难调节，从而严重制约了流化床反应器的稳定高效生产。可见微小流化床反应器有诸多优点，但用作反应器尚缺乏系统研究。所以本实验正是为了有 效解决这些问题，通过设计一个一定尺寸和内部构件的气 -固硫化床反应器，并选用 4 种粒度不同堆积密度不同的硅粉作为材料进行模拟流化实验，研究流化过程中的压降、气数、床层差、静床高度等参数对流化效果的影响，从而确定不同规格的硅粉达到最佳流化效果时所需要的最佳操作参数。这为流化床高效生产提供重要依据。 研究内容： 在气固流态化过
5、程中，固体颗粒的大小和密度以及气体的密度之差对流化特性有显著影响，气流量、压差、静床层高度、对反应装置内气固接触、传热、传质也都有重要影响，并且直接关系到反应器的生产能力。而其中，气流量、压差 、床层高度差又直接表示了流化效果的好坏。这 3 者的关系如下式所示： p=Lmf（ 1- mf）（ s-） g 式中 p-压差， mf 临界孔隙率， s 固体密度， 气体密度， g 重力加速度，Lmf-开始流化时床层的高度。随着流速的增大，床层高度和空隙率 都增加，而 p维持不变，压降不随气速改变而变化是流化床的一个重要特征。根据这一特点，可通过测定床层压降来判断流化质量优劣。整个流化床阶段的压力降为
6、： p=L（ 1- ）（ s-） g 在模拟流化时通过仪器测量即可测出 p 和 L，并且已知 s 固体密度， 气体密度， g 重力加速度，即可得出 孔隙率，而孔隙率的值就可以确实流化效果的好坏，从而确定其他参数的好坏。 提纲： 1 引言 2 实验 3实验结果与分析 4 结论 2 三、拟采取的研究方法、研究手段及技术路线、实验方案等 本实验通过研究气流量，压差，床层高度之间的关系，即根据下式 p=Lmf（ 1- mf）（ s-） g 式中 p-压差 ， mf 临界孔隙率， s 固体密度， 气体密度， g 重力加速度，Lmf-开始流化时床层的高度。随着流速的增大，床层高度和空隙率 都增加，而 p维
7、持不变，压降不随气速改变而变化是流化床的一个重要特征。根据这一特点，可通过测定床层压降来判断流化质量优劣。整个流化床阶段的压力降为 ： p=L（ 1-）（ s-） g 在模拟流化时通过仪器测量即可测出 p 和 L，并且已知 s 固体密度， 气体密度， g 重力加速度，即可得出 孔隙率，而孔隙率的值就可以确实流化效果的好坏，从而确定其他参数的好坏。 实验装置及材 料： 实验装置主体结构如图 2-1 所示， 主要由气瓶、流化床、流量计、压差测量仪构成。考虑到小尺寸下流化床测量精度要求较高而气量较小，流化气体由气瓶提供。由减压阀出来的气体经流量计计量后进入混气室，再经过气体分布板均匀分布后进入床内，
8、 经颗粒床层后放入大气。 1.气瓶 2.流量计 3.混气室 4.分布板 5.流化床体 6.数字式微压差测量仪 图 2-1 实验装置简易图 3 流化床床体由有机玻璃制成。这样可以直接观察流化床内部流化情况，和床层高度废人测量及流化时内部是否发生沟流或腾涌现象。 本实验所使用的物料为硅粉， 硅 粉（ Microsilica 或 Silica Fume），也叫微硅粉，学名 “ 硅灰 ” ，又叫硅灰，是工业电炉在高温熔炼工业硅及硅铁的过程中，随废气逸出的烟尘经特殊的捕集装置收集处理而成。 而买来的硅粉粗细不匀，我们使用标准筛将硅粉分成 4组样品，分别为 150 200 目， 200 250 目， 25
9、0 300 目， 300 400 目， 目是指每平方 英寸 筛网上的空眼数目 。 数字式微压差测量仪量程为 099.999kPa， 精度为 1Pa，相对误差小于 1%。测压点选择在混气室和流化床体，距离分布板下表面 10 mm。 实验方案： 实验 前先测量分布板压降，空床条件下，从 0依次增大气速，待压降稳定后，记录15 s 内压差仪获得的压力数据和床层高度，压降平均值作为相应气速下的分布板压降。床层压降为相同气速下实验压降与分布板压降差。实验前，将一定质量的物料装入流化床，调节气体流速使颗粒达到完全流化状态，再缓慢降低气速至 0。实验时，首先开启压差仪并校零，然后从 0依次增大气速至颗粒完全
10、流化，在每一气速下停留 60s，使床层压力趋于稳定，记录床层高度，取 15s 内压差仪获得的压力信号的平均值作为床层升速压降数据。再依次降低气速至 0 采用同样的采集方法得到降速 压降数据。 四、 参考文献目 1 沈志恒 ,陈巨辉等 . 高固体流率循环流化床内气体 颗粒团聚物流动特性 J. 中国电机工程学报 :2009,29(29):25-29. 2 李海红 ,王利红 ,申兰芹 . 磁铁矿生物流化床操作参数的优化 J. 河北工程大学学报 :2007;3(24):23-25. 3 洪若瑜 ,李洪钟等 . 基于双流体模型的流化床模拟 J. 化工学报 ,1995;3(46):349-356. 4 邓
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14、.01.15 流化床反应器设计和确立关键部分分布板的工艺参数 3 2010.12.10-2011.01.15 制造模拟流化床的反应器 4 2010.12.10-2011.01.15 流化材料的确立和材料准备 5 2010.12.10-2011.01.15 第一组材料开始实验 6 2010.12.10-2011.01.15 第二组材料开始实验 7 2010.12.10-2011.01.15 第三组材料开始实验 8 2010.12.10-2011.01.15 第四组材料开始实验 9 2011.02.20-2011.02.28 实验数据处理确立最佳流化参数 10 2011.02.28-2011.03.05 论文框架 5 11 2011.03.05-2011.03.15 论文初稿 12 2011.03.15-2011.05.15 论文修改、定稿 六、研究的主要特点及创新点 流化床床体由有机玻璃制成。即美观又便宜，而且可以直接观察流化床内部流化情况，和床层 高度废人测量及流化时内部是否发生沟流或腾涌现象，使实验既符合要求又利于观测和操作，大大节省了必要劳动时间和材料。 本次实验首次采用了 32mm直径的流化床体进行实验，即可以为实际工业生产提供重要可靠数据和操作参数又可以为以后优化扩大设备作必要的铺垫。
