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聚乙烯气固流化床静电场调控及实验研究

徐怡

   聚乙烯气固流化床反应器中,流化颗粒、气体、壁面三者之间反复的摩擦和碰撞,引起静电电荷的产生,并在绝缘体系中不断积累。静电电荷的存在对流化床内的颗粒和流体运动产生影响,同时静电电荷的积累将会导致颗粒团聚、粘壁和熔融结片,严重时会造成反应器停车甚至放电爆炸等安全事故,给工业流化床稳定、连续生产带来众多困扰。由于流化床反应器内气体和颗粒运动的复杂性,使得静电的产生和积累同样具有复杂、难以精确计算和预期的特点,因此通过实验模拟和理论研究,系统地考察流化床反应器内静电的宏观分布及影响分布的因素,从而掌握反应器内静电的分布规律并加以调控,具有较高的理论意义和重要的工业指导价值。 本论文通过建立冷模实验装置,利用自行开发的静电势在线检测装置,按照检测静电分布——调控静电分布——建立静电分布模型的思路,研究气固冷模流化床中的静电分布的机理和作用规律,并对其进行调控。首先检测了气固流化床内的静电势分布,考察了引入不同含量不同粒径的细颗粒、表观气速对气固流化床静电势分布的影响。在此基础上研究了静电引发剂的引入对气固流化床的静电势分布的影响,讨论并获得了静电引发剂的作用机制。与此同时,采用“内圆-外环”分区流化床,考察流场改变对于静电场分布的影响,为静电控制的研究提供思路。最后,结合气固流化床内静电分布的实验和机理,对气固流化床内静电势分布数学模型的建立进行了初步探索。论文主要的研究工作如下: 第一,考察不同含量、不同粒径的细颗粒的引入和表观气速对气固流化床静电势分布的影响。首先研究了引入细颗粒对于气固流化床静电势轴向分布的影响,提出了细颗粒静电作用因子F_b,发现了引入的细颗粒中灰分含量越高、粒径越细,对床层的静电行为影响越为显著,因此,在工业流化床中控制粒径范围对控制静电势具有很大意义。同时考察了表观气速对静电势宏观分布的影响,提出了气泡-颗粒浓度协同作用机理,即气泡活动越剧烈,颗粒所产生的静电荷便越多,静电势值便越高;颗粒浓度越大,单位体积所带的电荷越多,导致静电势值越大,反之亦然。流化床内静电势的分布即为气泡-颗粒浓度协同作用的结果。 第二,研究了静电引发剂对气固流化床静电势分布的变化的影响。针对八种不同静电引发剂进行研究,获得正静电引发剂、负静电引发剂或非活泼液体静电引发剂的加入后,气固流化床中静电势的演变规律。并在此基础上更深入地揭示静电引发剂的作用机理,提出电势-电负性(δU-χ_i)理论,即聚乙烯颗粒与金属氧化物颗粒接触分离之后,聚乙烯颗粒的静电势值变化(δU)与金属离子的(χ_i)值呈负相关。结论能为工业生产中控制静电势水平,静电引发剂种类的选择和数量的确定提供指导。 第三,考察了气固流化床流型改变对静电场分布的调控作用。在自行设计的新型气固流化床中,改变分布板进气结构,实现“内圆-外环”分别进气的模式,在改变流体的流动模式下,调控气固流化床内静电势分布。在常规分布板流化实验时,气固流化床的静电势呈现上部为正,下部为负的分布。在新结构分布板流化实验中,分布板内圆区单独进气时,随着气速的增加,流化床内正静电势区域逐渐扩大;分布板外环区单独进气时,随气速增加,流化床内负静电势区域逐渐扩大。 第四,进行了气固流化床静电势分布的模型建立的初步探索。将气固流化床内带电聚乙烯颗粒的状态,简化为均一带电体,利用泊松方程及其相应的边界条件,描述了气固流化床内静电势分布,建立了较为初步的数学模型。……   
[关键词]:气固流化床;静电电势;静电起电;流动模式;气泡;颗粒;静电引发剂;模型
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:浙江大学2010年