聚合反应器浆液浓度和流型的研究

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1、浙江大学硕士学位论文聚合反应器浆液浓度和流型的研究姓名：黄正梁申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：阳永荣;王靖岱20060601摘要浆液浓度和流动模式作为多相流中基本的流体力学参数，对聚合反应器的设计和操作条件的优化都非常重要。本文运用声发射检测技术对搅拌釜中的浆液浓度、环管流化床复合反应器中的浆液浓度和流动模式进行了研究。通过研究反应器壁面颗粒的运动活跃程度，并把声发射信号的特征参数与浆液浓度和流动模式相关联，实现了聚合反应器中浆液浓度和流型的检测。本论文主要的创新性工作包括：1．利用声发射检测技术，结合小波分

2、解以及固体和液体碰撞壁面产生不同频率的声发射信号机理，建立了搅拌釜中浆液浓度的预测模型E～G模型和R—G模型，模型可以定量描述特征频段的声发射信号的能量值或能量分率值随浆液浓度和搅拌转速的变化规律。E—G模型适用于搅拌釜中当颗粒完全悬浮时，近壁上流区的浆液浓度的测定。R—C模型适用于搅拌釜中当颗粒完全悬浮时，任意位置的浆液浓度的测定，该模型电可以适用于其它体系中浆液浓度的测定。以水和沙子体系为例，对E—C模型进行验证，模型计算值与实验值的平均相对误差为7．62％。以正己烷和聚乙烯体系为例，对R—G模型进行验汪，模型计算

3、值与实验值的平均相对误差为23．4‰以工业聚合反应器中正己烷和聚乙烯体系为例，对月一C模型进行验证，模型计算值与实验值的平均相对洪差为43％。实验结果表明，声发射检测技术能快速、准确地实现浆液浓度的在线检测。2以水和玻璃珠体系为例，结合小波分解以及固体和液体碰撞壁面产生不同频率的声发射信号机理，利用声发射检测技术考察了当环管中流速为7m·s～，反应器的表观浆液浓度为O～O．135g·cm。时，环管流化床复合反应器中的声发射信号与浆液流速和浆液浓度之间的关系。实验发现，频率在10KHz以上的峰是固体颗粒所产生的信号峰。对

4、声发射信号进行八尺度的小波分解，取声发射信号特定频段的能量分率值进行分析。实验结果表明，流化床中的高浓区、环管中的声发射信号特定频段的能量分率值与表观浆液浓度之间均存在一一对应的函数关系，通过分析声发射信号特定频段的能量分率值，可以实现浆液浓度的检测。1l3以水和玻璃珠体系为例，考察了当环管流化床复台反应器的表观浆液浓度为0．15pcm一，环管中流速为7m·s。1时，弯管处周向的声发射信号与二次流之间的关系。实验结果表明，弯管外侧的声发射信号的能量值和特定频段能量分率值均远高于弯管内侧，这说明弯管外侧的浆液浓度值远高于

5、弯管内侧，可阱间接证明二次流的存在。4以水和玻璃珠体系为例，当环管流化床复合反应器的表观浆液浓度为0．03～015pcm一，环管中流速为3～8m·s。1时，利用摄像法和声发射检测技术验证了环管流化床复合反应器对大小颗粒的离析。摄像法和声发射检测的结果均表明，通过控制环管中的流速，环管流化床复合反应器能够很好的实现大小颗粒的分离。并在此基础上提出了浆液浓度分布参数D的概念，D值越大，表明大小颗粒的分离效果越差。实验结粜表明，对某一特定的颗粒体系，当流化床中的流速大于小!；i颚粒的带i¨速度时，流速越火，D越夫，颗粒的离忻

6、效果越差。5以水和玻璃珠体系为例，当环管流化床复合反应秣的表观浆液浓度为015o．cm～，环管中流速为3～7m·s。1时，利用声发射检测技术测量了环管流化床剪n夏应器中的流型。实验发现，流化床中声发射信号沿，卅向的分布是均匀的．沿轴向的分布根据能量的不同存在高低两个区间，而且存在一个最大值，并据此提出了虚拟料位和密集区的概念。虚拟料位的高度随着液速的增加而增加，密集区的位置随液速的变化不大，总体上呈减小的趋势。实验还发现．弯管中声发射信号沿周向的分布是不均匀的，直管中声发劓信号沿周向的分布大体J：是均匀的；声发射信号的

7、能量值随着浆液流动的方向先减小、后增大、再减小、最后趋于稳定，可以近似地看作呈对称分布：由于管径的突然缩小引起的浆液的强烈共混使得上行管中第一点的声发射信号的能量值比其它点大一}二行管和下行管中声发射信号的能量值处在同一个数量级，在重力的作用下，上行管中声发射信号的能量平均值略大于下行管中声发射信号的能量平均值。关键词：声发射检测，小波分解，浆液浓度，流型，二次流，环管流化床复合反应器，搅拌釜AbstractSlurryconcentrationandflowpattern，aSthebasicparametersof

8、themulti—phaSeflow,wereveryimportanttothedesignofthereactorsandtheoptimizedoperationoftheprocess，ReliablemeasuringtechniquesarethereforeneededaswellinacademiaaSinindu