聚合反應(yīng)器漿液濃度和流型的研究.pdf

1、漿液濃度和流動模式作為多相流中基本的流體力學(xué)參數(shù)，對聚合反應(yīng)器的設(shè)計和操作條件的優(yōu)化都非常重要。本文運用聲發(fā)射檢測技術(shù)對攪拌釜中的漿液濃度、環(huán)管流化床復(fù)合反應(yīng)器中的漿液濃度和流動模式進行了研究。通過研究反應(yīng)器壁而顆粒的運動活躍程度，并把聲發(fā)射信號的特征參數(shù)與漿液濃度和流動模式相關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了聚合反應(yīng)器中漿液濃度和流型的檢測。本論文主要的創(chuàng)新性工作包括： 1.利用聲發(fā)射檢測技術(shù)，結(jié)合小波分解以及固體和液體碰撞壁面產(chǎn)生不同頻率的聲發(fā)射

2、信號機理，建立了攪拌釜中漿液濃度的預(yù)測模型E-Cs模型和R-Cs模型，模型可以定量描述特征頻段的聲發(fā)射信號的能量值或能量分率值隨漿液濃度和攪拌轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。E-Cs模型適用于攪拌釜中當(dāng)顆粒完全懸浮時，近壁上流區(qū)的漿液濃度的測定。R-Cs模型適用于攪拌釜中當(dāng)顆粒完全懸浮時，任意位置的漿液濃度的測定，該模型也可以適用于其它體系中漿液濃度的測定。以水和沙子體系為例，對E-Cs模型進行驗證，模型計算值與實驗值的平均相對誤差為7.62％。以正己

3、烷和聚乙烯體系為例，對R-Cs模型進行驗證，模型計算值與實驗值的平均相對誤差為23.4％。以工業(yè)聚合反應(yīng)器中正己烷和聚乙烯體系為例，對R-Cs模型進行驗證，模型計算值與實驗值的平均相對誤差為43％。實驗結(jié)果表明，聲發(fā)射檢測技術(shù)能快速、準(zhǔn)確地實現(xiàn)漿液濃度的在線檢測。 2.以水和玻璃珠體系為例，結(jié)合小波分解以及固體和液體碰撞壁面產(chǎn)生不同頻率的聲發(fā)射信號機理，利用聲發(fā)射檢測技術(shù)考察了當(dāng)環(huán)管中流速為7 m·s-1，反應(yīng)器的表觀漿液濃度為

4、0～0.135g·cm-3時，環(huán)管流化床復(fù)合反應(yīng)器中的聲發(fā)射信號與漿液流速和漿液濃度之間的關(guān)系。實驗發(fā)現(xiàn)，頻率在10 KHz以上的峰是固體顆粒所產(chǎn)生的信號峰。對聲發(fā)射信號進行八尺度的小波分解，取聲發(fā)射信號特定頻段的能量分率值進行分析。實驗結(jié)果表明，流化床中的高濃區(qū)、環(huán)管中的聲發(fā)射信號特定頻段的能量分率值與表觀漿液濃度之間均存在一一對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，通過分析聲發(fā)射信號特定頻段的能量分率值，可以實現(xiàn)漿液濃度的檢測。 3.以水和玻璃珠體

5、系為例，考察了當(dāng)環(huán)管流化床復(fù)合反應(yīng)器的表觀漿液濃度為0.15 g·cm-3，環(huán)管中流速為7 m·s-1時，彎管處周向的聲發(fā)射信號與二次流之間的關(guān)系。實驗結(jié)果表明，彎管外側(cè)的聲發(fā)射信號的能量值和特定頻段能量分率值均遠高于彎管內(nèi)側(cè)，這說明彎管外側(cè)的漿液濃度值遠高于彎管內(nèi)側(cè)，可以間接證明二次流的存在。 4.以水和玻璃珠體系為例，當(dāng)環(huán)管流化床復(fù)合反應(yīng)器的表觀漿液濃度為0.03～0.15 g·cm-3，環(huán)管中流速為3～8m·s-1時，利用

6、攝像法和聲發(fā)射檢測技術(shù)驗證了環(huán)管流化床復(fù)合反應(yīng)器對大小顆粒的離析。攝像法和聲發(fā)射檢測的結(jié)果均表明，通過控制環(huán)管中的流速，環(huán)管流化床復(fù)合反應(yīng)器能夠很好的實現(xiàn)大小顆粒的分離。并在此基礎(chǔ)上提出了漿液濃度分布參數(shù)D的概念，D值越大，表明大小顆粒的分離效果越差。實驗結(jié)果表明，對某一特定的顆粒體系，當(dāng)流化床中的流速大于小顆粒的帶出速度時，流速越大，D越大，顆粒的離析效果越差。 5.以水和玻璃珠體系為例，當(dāng)環(huán)管流化床復(fù)合反應(yīng)器的表觀漿液濃度為

7、0.15g·cm-3，環(huán)管中流速為3～7 m·s-1時，利用聲發(fā)射檢測技術(shù)測量了環(huán)管流化床復(fù)合反應(yīng)器中的流型。實驗發(fā)現(xiàn)，流化床中聲發(fā)射信號沿周向的分布是均勻的，沿軸向的分布根據(jù)能量的不同存在高低兩個區(qū)間，而且存在一個最大值，并據(jù)此提出了虛擬料位和密集區(qū)的概念。虛擬料位的高度隨著液速的增加而增加，密集區(qū)的位置隨液速的變化不大，總體上呈減小的趨勢。實驗還發(fā)現(xiàn)，彎管中聲發(fā)射信號沿周向的分布是不均勻的，直管中聲發(fā)射信號沿周向的分布大體上是均勻的