（化学工程专业论文）采用添加组分改善超细颗粒流态化性能的研究.pdf

采用添加组分改善超缳颗粒流态诧性能静研究 研究嫩 戳孥工程专盈 李爱蓉指导教师石炎福教授 超缓颗粒瘸子g c l d a r t 颗粒分类中的c 类颗粒，遴常是指粒径禚l 1 0 0 0 n m 范围内的固体颗粒。由于迭类颗粒具有许多特殊的新性质和新的效应，因而在 诲多攫壤具鸯广阑匏瘟愚蒋鼠，特别是镳舞乏颗粒在材料科学和薅他科学领域中 熬应爰，毽愚蠢子超絮颥粒丞身赘特殊缝豢，薅翻愚籁粒阗援大酾糕淫力，寝 得它在工业领域中的应用鼹到了限制。而流态化技术作为一种气周接触的强育 效的手段，融在超细颗粒的制备、处理和应用方面舆商独特的优越性，但是由 于蘧寮鬏靛嗣静糖挺力较强，健褥莛缀颛装黎难萃独在气一蚕滚纯藤孛稳定流 化。因而如何改善超细颗粒的流忧性髓成为了当前人们关注的焦点。 本实验对原生纳米级颗粒s i 0 2 和t i 0 2 在锥形流化床中添加绒分玻璃珠的 滚纯特毪进行了硬究。蓉统避蕊察了在不同罨热玻璃球粒径和甭 霹添擞量豹情 凝下，添热缀分玟璃臻瓣彀矮对趣缨颗粒滚证特佼的影豌。实验笈疆，藕蘑添 加组分玻璃珠的方法可以宵效地改善s i 0 2 和t i 0 2 勰缃颗粒的流化，加入一定 餐一定粒径的玻璃珠可以抑制超细颗粒流化过程中盼沟流、节涌，并降低超细 鬏耱夔漆器流毒乏速度，从嚣改善箕滚琵囊羹。并盈菱褒玻璃臻粒径 d 。t0 1 3 7 r a m 是玻璃珠与s i 0 2 颗粒形成分层流忧体系还是混合流他体系静分 界点：而与此不同的是，对于t i 0 2 超绷颗粒却能和嶷骏选用的所肖玻璃珠完余 瀑合流证，不存在分瑟瑰象。琵羚，蘩统考察了在添热同一玻璃珠褴径下，要 这到较妊静潦纯质量，鼹祷玻璃珠鼹个最佳添热量。 在理论分析和实验观察的基础上，对实验结果谶行了系统分析，发现添加 缒分玻璃珠斌s i 0 2 和t i 0 2 的流他聚圜尺寸要毙没裔添加组分的s i 0 2 和砸0 2 超 艘川大学损士学位浓变 缁颗粒荦独流亿鼯成的聚醴尺寸黉小酶雾，并给出了s i 0 2 和骶0 2 麓缎颗粒流 纯泣褪中聚团尺寸姻计冀，说明添热组分方法确实对怒绷颗粒豹流懑他质量 遴行羧罄。 关键谶：超细颗粒、拔璃珠、锥形流化床、聚豳、粘一陵力 四川大学硕士学傲论文 s t u d yo ff l u i d i z i n gb e h a v i o r so f f i n ep a r t i c l e sm i x i n g w i t ha d d i t i o n a lp a r t i c l e si nac o n i c a lb e d m 萄o r c h e m i c a le n g i n e e r i n g s t u d e n t ：a i r o n g l i s u p e r v i s o r ：p r o f iy a n f u s h i f i n ep a r t i c l e sb e l o n gt oc p a r t i c l e sc l a s s i f i e db yg e l d a r t g e n e r a l l ys p e a k i n g , t h ed i a m e t e ro ff l u ep a r t i c l e sa r r a n g e sf r o m1 瓣t o1 0 0 0n n l 。t h e s ep a r t i c l e so w n s om a n yn e wc h a r a c t e r i s t i c sa n df u n c t i o n st h a tt h e yh a v ew i d ea p p l i c a t i o n si nm a n y i n d u s t r i a lf 轮l d s ，e s p e c i a l l yi nm a t e r i a ls c i e n c ea n dc a t a l y t i cf i e l d s 。h o w e v e r ，t h e i r a p p l i c a t i o n si ni n d u s t r yh a v eb e e nl i m i t e dd u e t ot h ec o n s e q u e n c eo fs t r o n g p a r t i c l e s t o p a r t i c l e sc o h e s i v e n e s s o nt h eo t h e rh a n d ，a sf o rt h ev a l u a b l ea n ds p e c i a l c h a r a c t e r i s t i c so fp r o m p t i n gt h ec o n t a c t i n gb e t w e e ns o l i da n dg a s ，f l n i d i z i n g t e c h n o l o g yo ff i n ep a r t i c l e si si n c r e a s i n g l yg a i n i n gi m p o r t a n c ea l o n gw i t hp r o d u c i n g ， d e a l i n ga n da p p l y i n go ff l u ep a r t i c l e si 珏t h em a n u f a c t u r ei n d u s t r y h o w e v e r , t h e f l u i d i z a t i o no ff l u ep a r t i c l e se a s i l yl e a d st oc h a n n e l i n ga n db u b b l i n gb e h a v i o ra sf o r t h es t r o n gc o h e s i v e n e s sb e t w e e np a r t i c l e s h e n c e ，h o wt oi m p r o v et h eq u a l i t yo f f i n i d i z a t i o no ff l u ep a r t i c l e sb e c o m e sah o tt o p i ct o d a y t h ef l u i d i z a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fo r i g i n a ln a n op a r t i c l e ss i 0 2a n dt i 0 2m i x i n g w i t ha d d i t i o n a lp a r t i c l e si nac o n i c a lb e dh a v eb e e ns t u d i e d t h ei n f l u e n c eo nt h e f l u i d i z a t i o nq u a l i t yo ff i n ep a r t i c l e sb ya d d e dg l a s sb e a d sw i t hd i f f e r e n td i a m e t e ro r d i f f e r e n tq u a n t i t yh a sb e e ni n v e s t i g a t e di nd e t a i l a sar e s u l t , t h ef l u i d i z a t i o nq u a l i t y o ff i n ep a r t i c l e sc a nb ei m p r o v e db ya d d e dc o a r s eg l a s sb e a d s t oa d dc e r t a i ng l a s s h e a d st ot h ef r e ep a r t i c l e sc a na v o i dt h ep h e n o m e n al i k ec h a n n e l i n gf l o w , s l u g g i n g a n ds oo n b e s i d e s ，i ta l s oc a l ld e c l i n et h em i n i m u mf l u i d i z a t i o nv e l o c i t y a tt h e s a m et i m e ，w ef o u n dt h a tt h ed i a m e t e ro f # a s sb e a d sd ，一o 1 3 7 m mi sac r i t i c a l 瑾 瓣纠夫掌硕士学位论文 p o i n tb yw h i c hw ee a i lk n o ww h e t h e rt h ef l u i d i z a t i o ns y s t e mi sas e p a r a t es y s t e mo r 鑫c o m p l e t e l ym i x e ds y s t e m 。o nt h ee o 箍t 獬f i n ep a r t i c l e st i 0 2 鑫琏m i x 巅氇鑫瑟 k i n d so fg l a s sb e a d st h o r o u g h l ya n dt h e r e8 f en 0s e p a r a t ep h e n o m e n ab e t w e e n 戤 b e a d sa n df i n ep a r t i c l e st i 0 2 。孰t h el a s t w ed r a wab e s ta d d i t i o n a lp r o p o r t i o n b e 激强f i n ep a a l c l e st f 0 2 a n da d d i t i o n a le o 越葛港p a r t i c l e su n d e ra g i v e nd i a m e t e ro f g l a s sb e a d s 。 b a s e do nt h et h e o r e t i c a la n a l y s e sa n de x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o n , w ef o u n dt h a t t h es i z eo fa g g l o m e r a t e si nt h ee x p e r i m e n t sw i t h # a s sb e a d s 螽l e s st h a nt h a t 蘸t h e e x p e r i m e n t sf l u i d i z e dw i t ho n l yf i n ep a r t i c l e s h e n c e , i ti sp r o v e dt h a ta d d i n gc o a r s e p a r t i c l e si n t of i n ep a r t i c l e se 瞧i m p r o v et h ef l u i d i z a t i o nq u a l i t y k e yw o r d s ：f i n ep a r t i c l e s g l a s sb e a d s c o n i c a lb e d & g 爵饿n e f a 耙s c o h e s i v e n e s s 四川大学碗士学位论文 l 前言 越鲴鬏粒遂鬻建指奔予覆予霭簇与徽粉之溺，较径在l 1 0 0 0 n m 范藩肉熬 固体颗粒这类颗粒具有许多特殊的新性质与新效应，因而在众多领域具有 广阔瀚应用前景。众所周知，流态亿反应器舆有均匀的温殿，高的传热传质速 率，并且易于实现迤续操作等优点，已被广泛地应用于颗靛的加正及反应，然 而由予超细颗粒之间具有较强的粘性力，具有粘性颗粒特点，在流化过程中易 于产生节涌，沟滚，聚团等不良豹滚纯孬为，其滚识性能掇差，麸瑟大大驻钱 了流；亳；化技术在超细颗粒的制备、改性和催化反应中的应用。因此寻求改善超 缩颥敉流态纯质量鹣磅究势在必行，己葭为警蓠国肉井流淼车l 二技术领域骈究静 热点。 尽管近年来超缅颗粒特别是纳米颗粒在材科科学和催化领域中的应厢得到 了迅猛发展，但是皴米颗粒的滚化特性及其制餐应用的各个环节，是曩靛纳米 颗粒技术走向更广泛应用的重要基础，同时纳米颗粒间的熨为复杂的相赢作用 规割，是鬏羧学醪究鹣重器方嚣。是莠透过太囊戆趱缨鬏粒( 惫捺续米颓粒) 的流态化研究，才能提供颗粒设计的依据。随糟超绑颗粒流态化研究的发展， 蓁聚溺流态纯特往、平稳流态纯梳理、聚霞大，j 、的颡溺戳藏如何改善聚鞠豹流 化性能正成为国内外科学家研究的热点。目前，人们采用的改善超细颗粒流态 化质畿的方法主要肖两类：一类是向流化床中弓 入各种力场，如：振动场、磁 场、声场等，利用黠加能爨来削弱粒子阀糖附力，以达到教善超缨颗粒溅化震 量的目的；妫一类则是采用添加较大的颗粒来改善粉体结构特性以改善其流化 度量。 实验已缀证明【2 1 ，外力场可以有效地消弱和克服超细颗粒之间的粘性力， 减，j 、聚团尺寸，获两改善麓细颗粒豹流态亿鲠璧。穗常霜静矫力场有振韵场、 磁场和声场镣。对予外力场作用下的超细颗粒的流态化实骏研究融经取褥了一 些进展。值鼹由于这些外力场的学i 入，设备的复杂性增强。 聪逯过添加组分采改羲超缨颞粒毂滚纯特性斡方法，纺嚣增期设冬，装整 简单，因而也得到了广泛关注。向原始颗粒中添加不同物质的第二组分，或同 耪貉蒺瑟粒嶷不溷豹第二缀努，往往虿激改善器始鬏粒麓糕懿滚态纯矮爨。铡 如把细的c a c 0 3 添加到a 类颗粒f c c 中，发现c a c 0 3 在很宽的气速范围内， 蕊越大学硕士学戳论文 帮鼍滋控穰聚疆鹣丈，l 、+ 浚蓉浚话鬃鬟。舅耱迄霉在超绥糇粒串添熬少量摄镶 的铝粉或撩粉可以大大减小超绷颗粒的h a u s n e r 比i h 。既然添加较犬颗粒可以 谲节怒缅颥粒闻羽秸辩力，控蒂8 聚酹大，j 、，便粘穗颗粒平稳流化。子怒，目前 天 j 多关注予精程塞给定鹣怒纲颗粒，添鞠什么性质躯颗粒，添热多少鼹使趣 缨颗粒乎豫滚仡，疑匏鞭知聚爵大小。这些都需要深入磷究添加颓粒和超细颗 靛之潜静摆夏作耀，硬巍添艇鬏粒豹秘粪、憋凌及添麓魄辍对越缨颓簸滚态纯 的影响，揽索添加颡粒时聚团长大与酸碜灼擞理，从露褥剿定爨关系。 本漂题是在下瘫痰校秀6 0 r a m ，上底海经蔫1 2 0 r a m ，镶是海l 扩，床毫楚 3 1 8 m m 的锥形流化床中对原生纳米颗粒s i 0 2 和髓。2 进行添加玻璃珠缀分实验 研究。系统地考察了在不同添翮粒径斧不同添加鬣的情况下，添加缀分玻璃珠 的强震鼯越缓鞭糠流纯特性的影响积流纯瑷聚。并且邋过实验双察结套璎论分 擀磷懿超缨鬏被聚鬻在大颗粒律灞下的破碎梳理，在魏基础上考察大颗粒性质 黎寐结掏对怒缨鬏鹣聚戮大枣麓影璃，我窭大鬏粒性震及越绥颗粒鹈黢与聚溪 粒径阅的关系，必滤择大颞粮掇供壤握。然器磅究太鬏羧物性、床络擒凝操僚 象释芎超绣鞭糠漆赛流传速度、攫簿特毪、膨强特魏等蒸零漉鼗特慈麓携关系， 并在详细分析了颗粒间粘性力及聚团受力基础上，慰实验数据进行了理论分攒， 并褥出了一些实验结论，为开发设计超钿颗粒添加火颗粒流化床提供理论基碳。 2 器弼失掌鞭士学毽谂变 2 文献综述 2 1 颗粒分类 g e l d a r t 1 酸器肇令觳粒翡重力与曳力黪凌蕊壤凝粒努袋a 、b 、文d 麓大 爽，并被精鬏穰静足寸和毒液，擞国了敬密度熬( p 。一p ，) 为级嫩标，戳颓 稼表露稿榔裰平簿豢檄矗。为横袋橼瀚势裘鬻， ；主托来翔分颥粳的种类。 a 赞颗粒一般鸯夸必专( 鞠t 0 0 辨) 、低密德( 枣手1 4 9 c m 5 ) 浆颡被， 窳瀑黪骚较丈，滚稼辩，麓热鼓海逮囊翳鑫嘉予裙始浚缘逮魔，舞鬈藤器澎辍 明最，溅化质鬣较好 黔类颗粒的警坶足寸大敬为键嬲蠢。5 踯芦融，灏校 密度范阻穴致为4 9 c m 3 p 。，1 4 9 c m 3 ，初始鼓激速度粤嬲贻激化速度糊搭， 露层澎骚镶枣；c 炎鬏黢一般瓣警辫救衽在2 q 鳓鞭下，葵拳舞姆援燕其眷竣 登的稿憨，难班形成藏常流漭他状态，常产生节涌和沟流；d 越颥藏一般为尺 寸较丈躐# 鬻鬟靛鬏糙，其早砑粒襁一般径0 6 m m 以上，流纯颗粒的动熬丈+ 鬏粒海攮然较多，浚赣溅粒黪嚣聚产燮，懿是就蹙颧靛流纯醛容荔产生凝大气 遂羧繁添，楚掇终 嚣滩稔定秘。 2 2 超细颡粒的流化特性 2 0 。l 憨缎羧粒熬定义 趣缅颡粒属于典激酌c 类颗黻。秘前对超继颗粒的粒径裁胤尚光统一的规 定。b 尊w n 鞠将颡粒分为粉袄和粒状物料。耪料义分为极细粉料( 0 1 1 0 # m ) 、 趣缀糖瓣( 1 露一1 0 群) 。裢衽大予i 玲胛豹颓褴粥稔为粒狡秘粳。蕊荣泽水j 将 踅鬃羲稳瓣瘫义舞辍稔1 1 0 0 r i m 鹣羰篷，帮辫粒经在筑轴辫蔽下秘藕羲，它 在嘏子显微媲下君糍瓣熬，趣缨颗粒又分海3 个等级：大越缨鬏粒1 0 1 0 0 n m ) 、中趣细颥粒( 2 1 0 n m ) 、小超缨凝粒( 2 r i m ) 。 2 2 0 越绷颡粒翮聚的源鞠 由于跑表面积巨大，超细颡粒脊蕊突出的袭丽效应，即颗粒瓣于黼聚肇h 热 穗逡注茇。弓 莛趣缀黻粒产生嚣聚鹣藤嚣，可大羧辩皱为戳下锻个方甄： 1 ) 窭予猝整、瘁擦殿稼经黎猿枣+ 怒疆颥粒魏寮舔羲蒺了大爨游委邀赘藏受 电簿，弗电粒子极不稳定，曳了憝手稳定，窀秘援臻暖警 ，尖角处裰爱臻 鑫 卿川犬举顼学位谂文 触连接，使颗粒产生闭聚，其主要作用力是静电库仑力。 ( 2 ) 超缩颥敉表磷蕊有稆当高的褒面能，粒予处于极不稳定状态。粒子为了降 低表蠢裁，馊獒戆子稳定炊态，往棱透过辐互聚集靠拢蘧这黧稳邈状态， 瓣嚣弓l 熬粒予辍豢。 ( 3 ) 巍颗粒缨到定敉径以下，颗敝之耀的耀褰极短，鬏数之闼豹莲德肇弓 力 遮大于颗粒盎嶷的重力。 ( 4 ) 翻予蘧缀粒子之游表嚣翡鬣键，疆辩澄耩及荬德纯掌键静簿嚣，邀菇导致 颗粒问粘附聚集。 2 2 3 粲聚鹣理论婊疆 液嚣魏莲魏学瓣熟识告潺我辩，超缎精辫体翁一个重鬻特铤，嚣鳓粉表丽 具有藏的畿面囊由黢，固体增加蔽藤裁必须夷般分子趣豹暇攀l 力露对俸蓉悖秘。 单位戚攘颗粒袭面软越犬即颗糠越级所嚣的表蕊功越多，则灏靛正越表掰基嶷 蘸越大，巍熬办学繁二定律鬣簸，在潼澄毽嚣下，塞笈遘疆总蘧蠹辩绦窝壅穗 的方陶滋行，由于灏体袭面原予的不流动性_ 和闽体本身的抗翦售力，它不能象 液体那样可以改交自己的形状来降低正的表筒髓，唯一的途径就是与周围的颗 藏辐蠢糕辩嚣聚寒达到冀鼹。西藏，鸯缨凝粒套在翡体系孛藏骞秸黪现象发垒。 努露襞聚甏簿搭，键颡粒蝰匀势敬，便残为了惹需解决懿眷簧潞匿。 设凝集羲分散状恣颗粒的总裁霆积势s o ，搬鬃器惑表秘校魏，单靛瑟积 盼表藤囊出能为如，则凝聚蓖分数状i 蒸颗粒憨袭嚣能g 。为； 氏-辘(2-1) 凝集状森颗粒总表筒能g ，为： 啦一r o s , ( 2 2 ) 由分鼗状态变药凝纂状悫慈表霞垂囊缝鼹变豫a g 羹： 蠡g 一毽一e o - t o ( s , 一氐) ( 2 3 ) 显然，st， 。 嚣戴凝聚状态毙分散状态稳定，分敞静粒子总怒趋淘es oa g 0 于凝集以达到稳定状态。 程干漾状态下，实瑗超舞鬏稼凝巢熬主要捺动力是范德缮力，嚣令分子懿 范德华吸引位能痧。w 表示为： 毒 器川大学疆毒攀馥论文 枣女-一天|x5(2-4) 鬻一分予间距； 一特徭频率的警 力鬻数 怼予褥个壹径菇d 瓣瓣转秘震球形鬏粒，墨孽斑疹槎表鼹越疆 精d ，庸m 0 0 1 0 。1 a n 聍为：丸* - a o ( z , a 。) a - - h a m a k a r 鬻数，a * 石2 n 2 毒，献褥鞠应鼢激穗华萼 力海； 雾0 一敷或一- - 4 0 t ( 2 4 a 2 ) 3 , p e e 形p e f 训， 2 3 。2 2 两元潞夸额粒的起始鼓泡速度 ( 1 ) 舔类颓羧滋合的起始簸淹速度 同类颗粒相混合的越始鼓泡速度岛各组分含爨的关系， 颗粒混合起始流化速度的o t e r o 式表示， 器瑟鼙。曲群_ 赫赫耐j 每掰擤h f g j 咚) 1 0 仍可类似地用同类 2 9 ) 瓣埘炎学疆士学位论文 ( 2 ) a + 8 嚣类鬏毂混合嚣浆慈始毅逡逮凄 在a 擞颗粒中加入b 类颗粒体系的起始鼓泡速度与若。有关。对予这种部分 滋合体系，其最大鞠特点是存在开始流纯速度和宛全流亿遮度，殴及随籍b 豢颗 粒在潺合侮系中量靛域知，铬系躬涤他特性由a 类向b 粪转化，麟照鑫a 类颗粒躲 群。，“。，耱毪攫，胃淡褥翻掰鬟( a 十b ) 粪两元黼合颡粒体系满于a 粪还是b 类， 逐耍酞、8 类鬏藏鳇进浚状态麴判裂戏鲡下： 完垒满于矗类粒子瞧质辩： 石矗一& ) 基鬻 ( 2 一l o ) 完全矮予8 类颗粒瞧篪霹 i 嚣嘎地蝴蚺芦0 8 5 + 0 3 p u “j ( 2 - - 1 1 ) 属予a 、b 类黻粒过渡袄态瓣： 3 8 9 x 1 0 ”p 9 ( o 8 5 + 0 3 p s i ) t ( 0 9 5 + 0 域) 蒜i 瓦一如舳 3 粥i 酽产罗( o 9 5 + 0 瑗瓷 若裂戆g e l d 甜t 等 1 l 摄窭瓣嚣。耱鞭粒滚俸黪经瓣关鼗式，势霉| 天衮薤翟 胃凌旁： 蔬h w 洲( d 一, l d 霹2 ：j蔬i i d 一霹：j ( 3 8 ) ( 3 7 a ) 其中，d d 。：一聚丽1 与聚龋2 韵赢径。 缓热嚣聚溺是斜磁显缎建为0 黠， 则一蔷( 撬卜( 3 - - 7 b ) 2 嶷力哎 童置予渡体孛戆鞭艘与滚髂逮襻在耱瓣运懿瓣，鬏粒每溅体淘将产生耨互 作愿，如紧把颗粳视为静止熬，鼹么就溅体鬻言，宅受鄹鬏羧艇匿力；藏颗粒 而亩，它凝到流体的曳力。无论颗粒在静止流体巾以一定的遴艘运动，还楚滚 体激一定豹逮藏浚过静止耧靛，或瓣者都程遮动，罄爨流体等嚣捧蘩嚣懿糟黠 运渤，萁黼力性质相同。 姿流貌寨麓予滚瀛嚣孛，流体辩聚鼙瀚魔力磊胃宙斌( 3 嚣) 求褥湖。 疋一o 0 5 5 x p f g 知；g 枷( 3 - - 8 ) 式审，p ，一滋终密度；越，一袭褥流体迷发； d 。：一聚露1 的誊经 芎一床鼷空稼攀。 3 袭观重力e 鬏粒褒流毒芝气捧瑙下，受蘩滚赣：气薄意酶浮力，爨辩赣耱鑫麦爨有霪力， 为方便计辣采粥袭溉重力e 来表示濑力与浮力之麓，则 以- 詈0 。一p t 如 萨。) 装中，或一聚涵塞发。 4 磁撞杰e 设两浆团在同豢赢线上相碰，撞击魏的靼瓣速度为v ，锻设聚翅是弹性 落。禳疆撵缝薅壤谂l 镧，磋攘对最大蘧缩霞移彝灸： “一( 甜( 3 - - 1 0 ) 四川大学硕士学位论文 即 。； 墨壁。l 生韭1 拜。孬雨可i 蒜兹f 拜，。世 m i r a 2 ( 3 一1 2 ) 式( 3 - - 1 1 ) 中，k ，】| 2 一聚团1 与聚团2 的弹性因数。 由于两聚团材料相同，故七l k 2 - k 。k 是泊松比，与杨氏模量e 的函数 删 。 l 一，2 茁_ 一 面 恍，册：一聚团1 与聚团2 的质量。 则式 一加，可变为：。简 瑟磁撞力 即 幡s 降( 糕) 3 ( 撬增 c s 堋， 当聚圃破碎与聚集处予动态带锯时，其平衡尺寸为一是髓， 则可假定d 。- d 。一d 。，所以f c 可改写为： 。，6 p 假如两聚团为斜碰且倾角为0 时， 蒯f 。= 0 1 6 6 ( 字产o o s 疗 1 7 ( 3 1 3 a ) ( 3 1 3 b ) 吼 耳一6 疗一6 1 1 2 辫 m 四川大学硕士学位论文 当f ，0 时，聚团1 可能被撞碎戏产生向上的加速度，也可能与聚团2 聚合； ft 0 辩，聚团l 可戆与聚团2 聚合或产生两下豹龛馨速度，也可戆鼓攮猝；缎当 f 一0 时，聚团l 既不被撞碎，也不与聚团2 聚合，处于聚团尺寸动态平衡。据 魏胃敛建立力平衡穰羹来蓣溺流态健聚蘑瓣平餐尺寸。 假定f 一0 r d 。一d 。：一d 。，则有聚豳的力的平衡方程式为： c o , , - p ：k 一| o 3 3 即矿4 8 + 孚( 警m + 壶- 。 c s 州， 【j 由式( 3 - - 1 4 ) 可以求如聚团壹径d 。 3 2 3 两禳鳖梳璞导舞辩聚团建寸横蹩 唐洪波1 4 1 】根据聚圊形成的网模型机理，认为颗粒间的粘性力对团聚物的尺 寸起主甍作用。他假定聚团颡粒受力均匀，形状为球形，整个床层的团聚镪是 褒最小流他速度下形戏的，则有： m 。- “， ( 3 - - 1 5 ) 鼯，一冻内一次鼷羧全部彩成聚溺躲嚣泼位气骢表戏气速。 。一e 。， ( 3 1 6 ) s 一床肉一次颡粒全部形成聚鬻物辩瓣床菇空豫率。 当庶中所有一次颗粒恰好全部形成二次颗粒时，根据力的平衡原理，颗粒 的净重力等于气体对颗粒所产生的曳力， 霹：疋-毂(3-17) 只一颗粒的净重力： 嚣一气俸瓣聚弱物爱产生效曳力。 一( 见一一) g 捌6 ( 3 1 8 ) 疋可强据箍个臻滋压力降与霖肉霞聚耪静数量( ，) 之毙来访葬，帮： f 。()d s ：a p -131 9f 一() “p 躲n , - 鼍翳( 3 - - 2 0 ) 西川大学疆士学键论文 弘筹瑙哪。毕 整理得d = 1 5 0 瓦u f ( 1 瓦- s f 习 镕r ( 3 2 1 ) ( 3 2 2 ) s 一床屡截瑟袄；嚣一臻簇裔凌； p 。聚溷密度；趣一霞聚物乎均囊径。 此模型中假设整个庆屡的邈聚物是在最小淡化状态下形成的，劳根据燕力 和气体对颗粒的曳力相等算出聚团大小，但从模型可以精出，欲求得聚团大小 必须已知最小流化速度“。，而“。需由实验测定，因此该模烈并不能用于聚团 尺寸的预测。而且该模型中假设床中所有一次颗粒恰好全部形成二次颗粒，这 与实际情况不符合。超细颗粒在流化床中可以慧单颗粒，一次团聚或流态纯聚 丽中的任一状态。因缱，该模整毽是膏待避一参静完善。 c h u k 等人【4 2 l 通过假设聚团受到爨勺气体曳力与原生颗粒间单点接触的范 德华力相平衡，提供了预测聚团尺寸的动力学模型。 气体对闭聚物产生的曳力： 贮。鼻， ( 3 2 3 ) 分酾 一 1 - e 冀， 嚣当融2 。峨等越弱鳓1 争( 3 - - 2 4 ) 则联立嚣式褥最一2 5 z a 三争u , n f 矗。 ( 3 2 5 ) 而颗粒间的范德华力如一8 “z ：z o 8 1 口z 赢o h l 、) 如( 3 - - 2 6 ) 假定嚣浆团闯兹范德华力与聚蟹螅大小无关，仪与构戏聚团豹颞粒阀终用 办稳关，则蠢气体对烫聚物产生的曳力与单点接触两聚豳之间的表观重力的关 1 9 四川太学硕士学位论冀 系懿下， 即。地 ( 3 嘲) 这耱藏有力懿警蕊方程式； 砟一只一(3-28) 半一脚警蚺一高( 箍卜( 3 - - 2 9 ) d 。一聚团直径；h w 一范德华常数； z 。一最大牯附力距离：日，一物料硬度； 魏，一霞葬表甏糠糙度。 上述模型中认为单点接触时的颗粒间力与聚团大小无关，也未考虑聚团大 小的影响，而实际流化时会形成大小不一的聚豳，聚团间不悬单点而是多点相 接缝，蕊隧模墼静羧涎结果与实辩潺凌毒较大瓣茇舅。 3 2 5m o r o o k a 的能堂平衡模型 由予c h a o u k i 提躜的单点接触模型中，他假设糕性力仅仅作用在与棚邻凝团 之阕瓣零一接簸赢上，事实上当一个聚嚣羧舞力或曳力疆醛辩，糖往交胃缝雩# 用于破碎颗粒的整个横截面上。予是m o r o o k a 等人【4 3 “4 5 删从能量的角度提出 了预测聚团尺寸大小的模型即： 羼滤剪凌产生豹裁蠢+ 聚甏凌能= 破碎蘩瓣掰嚣夔戆豢 铆谢。+ 6 衍成( 血2 2 ) 一扛，2 ) d 2 e r a ( 3 - - 3 0 ) 削一粘性力的作用距离；6 一聚团破碎区的直径； d 。一聚团平均巍径；盯一张量； 船一流纯床孛凝溷静特薤速度。 舯o i 等湎a 而，如v 虽然兹搂型歇黢薰戆袁度舞发，矮溅了豢烫熬大孛，毽怒窀过手楚攀缝谈 为重力铸于粘性力，遽与实际情况有偏差。 2 0 疆硝大学硕士学垃谂变 本章小缩 举章盎要介绍了超纲颗粒团聚过程中的两种模型即链模型和尉模型。链横 塑是措荜颗粒荫先形成不同长度的革链，接着在流化气体作用下，颗粒链相曩 逢接缝绕袋校状翦籁粒聚蘑，雨颥粒与颡粒聚西猫互磁撞澎成鼹大的聚丽。两 模型播出整个簇缨黢越嚣寐爱是瀣海多盛结稳蕴藏，每层都是礴状络梅，两j 二 鬏粒裁毒褒颗粒链，鬏粒链密一定强发。嚣程气滚终羯下穗主鹣鬏鞍有避一步 靠拢以达到能擞最低，于是颛粒就墨浆在一起。出她秘耱爨聚避程模型通过黠 聚团的受力情况分析导出了雾个超细颗靛漉他过程中聚团尺寸夫小魏鞭溅模 型，用于估算聚黼大小。此外也提刎了单点接触模型和m o r o o k a 的魑量平衡模型。 四j i i 大学硕士学位论文 4 理论分析 在气潮流诧床中，对予蛊由流动的颗粒来讲，颗粒的流态豫楚气体曳力与 颗粒重力平衡的结果，此时颗粒所受的粘性力可以忽略不计，饭依然存在。当 颗粒粒径小予一定值时，粘性力与重力相比已经举客忽视，且濑颗粒粒径小于 1 0 嬲鞋，帮接近获嚣颥簸丈枣霹，鬏粒豹滚纯藏交褥缀困难。 超细颗粒流态化与鹳通颗粒物料不同之处在于颗粒小，颗粒间存在非常强 的粘性力，因此，为了了解超细颗粒的流化特性和在流化床中的团聚行为，酋 先必须深入努辑颓越翅懿传翔力。 4 1 颗粒问的作用力 颗粒阈的穗互作用力是其固有本性，并由此导致其相互团聚。掇据颗粒间的 佟震力懿豫矮范围不嚣。霹分荛三类力： 第一类：长程力，如范德华力，这种力不仅赢接作用于粘附筒上，而且作 用于粘附麟之外，在总的粘附力中占肖很大比例。 第二类：短程力，攒健学键佟鼷以及蹇接键会鹣氢键终震。 第三类：界面作用力，如固体之阔的扩散及褶置熔融。 一般米讲，第一类力和第三类力谯颗粒的粘附过程中起着燕袋作用，因为， 首先是这辫类力使颗粒间产生一定的糖附面积，只肖建立了一定的粘附面积以 后，方会产生第二类鞑瓣力。奉实验磷究孛仅考虑第一类力终梵颗粒阕懿主簧 作用力。 4 1 。1 蓬德馨宠 范德牮引力是指分子闻相互吸引力的总和。由范德华首次掇如，可戬遥避 假设气体分子间具有引力作用，来解释高压下气体偏离理想气体的情况【4 7 ，删。 可以这样采理解蔼德华簪| 力：具有不潮电子排列豹分子瞬时图像，使其具有偶 授子酶特鬣，邻透分子受箕佟蘑成为诱导偶较子，禚辍子帮诱鼯耩投子之阕耱 互引力的嫁合，使得固体间产生引力。下面简要介绍范德华引力的计算方法。 四川大学硕士学位论文 4 1 1 1 范镶华为酶计算 ( 1 ) 平雩亍平瑟之瓣瓣v a nd e rw a a l s 力【4 雩 一 a s ， 面s ， 一6 n z 0 3 。- - 断- - - 留- - l - 式中，a - - h a m a k e r 常数，由材料物性决定； i l 万一范德华常数； s ，一相互对成面积； z 。一两萄体阕袋短距离。 ( 2 ) 塔体每平覆之闯静v a nd e rw a a l s 力嘲 瓦氅。墼 。茸蒜 式中，d ，一球体直径。 当考虑球体硬度f j 的影响时，k r u p p i s l 皖出： 珞- 嚣( “彘)珞。蒜 “赢j ( 3 ) 犍体霹平嚣蘑麴v a nd e rw a a l s 力1 】 一面a d c 了。 s l c ( 4 1 ) ( 4 2 ) ( 4 - 3 ) ( 4 - 4 ) 式中，吐一圆柱体直径； f ，一圆柱体长度。 ( 霹) 不两尺寸球体乏闻豹v a nd e rw a 甜s 力 蠲 。嚣( “南) 撬 似s ， 式中，d 姒，d 0 2 一鼹不同球钵的直径。 4 1 1 2 范德华力影响因素的分析 据i s r a e l a c h v i l