论文题目: 声波测量和流化床聚合反应器多尺度结构的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 化学工程
作者: 侯琳熙
导师: 阳永荣
关键词: 气固流化床反应器,粒径分布,声波测量,多尺度,小波分析,分析,模型,结块
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 气固流化床聚合反应器中流化床层的传递特性参数、反应效果、以及聚合物产品均受到流化床内颗粒性质及其运动状态的影响,而颗粒的性质又足随着反应的变化而变化的。因此,研究流化床聚合反应器的流体力学行为是化学反应工程研究领域的前沿,极富有挑战性。本研究论文以声波的测量和分析为研究手段,从多尺度的角度对流化床聚合反应器中的颗粒生长及其粒径分布、结块状况、起始流化速度、流动模式和料位等参数的变化进行了研究。不仅建立了新的测量和分析方法,而且发现了新的实验现象,提出了新的概念和理论,研究结果具有重要的理论意义,对于工业反应器的安全生产、优化操作和产品开发也具有重要的实用价值。 颗粒流态化时会产生各种各样的信号,它们往往是时空多尺度结构的综合反映。由于各尺度信号相互混杂,妨碍了对过程的了解。虽然传统的流化床参数测量手段,如压力、激光、温度、射线衰减、超声、电导等技术被广泛地应用,但测量信号中所包含的丰富内涵还远未被人们所理解,更何况许多测量手段还由于对测量环境的要求苛刻,对流场的破坏以及对人体的危害,而受到限制。受古人“听音辨琴”的启发,本文将具有检测灵敏、绿色环保、非侵入性和实时监测等特点的声波测量技术应用于流化床各参数的测量。进一步,通过小波分析和R/S分形分析对声波测量信号进行多尺度的分解,论文主要开展了以下四个方面的研究工作: 1.研究比较了声波信号和压力脉动信号的多尺度结构特征。根据各小波尺度下波动信号的Hurst指数变化规律(均小于0.5、均大于0.5或两者都有的),建立了声波信号的尺度划分的标准,认为可将声波信号划分为微尺度(1-5小波尺度)、介尺度(6-7小波)和宏尺度(8-10小波尺度),分别反映颗粒行为、气泡和颗粒团聚物行为、以及平均流动行为等。与压力脉动信号多尺度结构的比较表明,声波信号主要反映微尺度的颗粒信息,而压力信号主要反映介尺度的气泡信息。至于处于介尺度的颗粒团聚物的信号,由于信号强度较弱,其变化只能在声波的介尺度频段得到较明显的体现。 2.研究了流化床聚合反应器在微尺度的特性。在直径分别为100mm和150mm流化床冷模实验装置(带加热装置)中,以及φ1000的HDPE中试流化床聚合反应器、φ3500的LLDPE、φ3500的HDPE和φ5000的Bi-mode PE工业流化床聚合反应器装置中,测量了颗粒流态化产生的声波信号。通过对声波微尺度信
论文目录:
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目录
第一章 绪论
§1．1 气相法聚乙烯工艺
§1．2 本研究的目的和意义
§1．3 本研究的主要工作
第二章 文献综述
§2．1 流化床中流化参数测量的综述
2．1．1 流化床粒径和粒径分布(PSD)
2．1．2 起始流化速度
2．1．3 流化床的流动模式和料位
2．1．4 流化床流化质量的判别
§2．2 气固流化床声波测量技术
2．2．1 声波测量技术的发展
2．2．2 流化床中声波信号的形成
2．2．3 气固流化床声波测量技术的综述
§2．3 声波信号的主要分析方法
2．3．1 颁谱分析
2．3．2 小波分析
2．3．3 小波包分析
2．3．4 分形特征分析
2．3．5 复杂性分析
§2．4 气固流化床的多尺度结构
§2．5 小结
第三章 气固流化床声波实验研究
§3．1 实验装置及物料性质
§3．2 实验设计与方案
3．2．1 采样频率的选取
3．2．2 实验方案
第四章 声波信号的多尺度分形性质研究
§4．1 声波信号的R／S分析
4．1．1 R／S分析基本理论
4．1．2 声波信号的R／S分析
4．1．3 声波信号的功率谱分析
§4．2 基于R／S分析的声波多尺度特征
§4．3 结块声波信号的多尺度R／S分析
§4．4 小结
第五章 微尺度结构的研究
§5．1 声波频率模型
5．1．1 声波频率模型的建立
5．1．2 粒径对主频的影响
5．1．3 探头位置对主频的影响
5．1．4 表观气速对主频的影响
5．1．5 弹性模量对主频的影响
5．1．6 密度对主频的影响
5．1．7 聚合物种类对主频的影响
5．1．8 声波频率模型在工业装置上测量颗粒平均粒径的应用
5．1．9 颗粒频率模型在预测结块方面的应用
§5．2 基于小波分析的粒径分布预测的研究
5．2．1 声波和粒径分布关系的理论分析
5．2．2 流化床颗粒粒径分布的预测
5．2．3 Hou-Yang声波测量模型参数的校正
5．2．4 流化床颗粒结块的预测
5．2．5 流化床牌号切换时的粒径分布
5．2．6 温度变化时粘性颗粒的粒径分布
5．2．7 关于Hou-Yang方程与多尺度行为的讨论
§5．3 小结
第六章 流型转变与微尺度结构的变化
§6．1 起始流化速度的判断标准
6．1．1 Wen-Yu公式法
6．1．2 压差法测量起始流化速度的方法
6．1．3 声波测量+复杂性分析测量起始流化速度
6．1．4 声波测量+小波包分析测量起始流化速度
§6．2 起始流化速度的测定
6．2．1 常温下普通聚乙烯颗粒体系的起始流化速度
6．2．2 常温下双峰聚乙烯颗粒体系的起始流化速度
6．2．3 不同温度下普通聚乙烯颗粒体系的起始流化速度
6．2．4 不同温度下双峰聚乙烯颗粒体系的起始流化速度
6．2．5 声波测量+小波包分析法的进一步应用
§6．3 鼓泡态到湍动态的转型
§6．4 小结
第七章 介尺度结构的研究
§7．1 结块问题的工业背景
§7．2 结块的加入对介尺度结构的影响
§7．3 升温团聚对介尺度结构的影响
7．3．1 升温团聚过程中介尺度的演变
7．3．2 升温团聚过程中的PSD演变规律
7．3．3 升温团聚过程中复杂性测度的变化规律
§7．4 反应结块对介尺度结构的影响
7．4．1 反应结块过程中介尺度的演变
7．4．2 反应结块过程中PSD的变化规律
7．4．3 反应结块过程中复杂性测度的变化规律
§7．5 结块的声波测量模型
7．5．1 结块的声波测量模型的建立
7．5．2 冷模流化床中结块大小的预测
7．5．2 中试流化床反应器中结块大小的预测
7．5．3 工业流化床反应器中结块大小的预测
§7．6 小结
第八章 流化床宏观行为的研究
§8．1 流化床内固体颗粒的流动模式
8．1．1 流化床内颗粒流动模式的研究
8．1．2 流化床不同高度颗粒粒径分布的研究
§8．2 流化床料位高度的研究
§8．3 小结
第九章 结论与展望
§9．1 结论
§9．2 展望
主要符号说明
参考文献
作者简介
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致谢
发布时间: 2006-05-10
参考文献
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