超细粉体材料的拟散式流化分级研究

论文摘要

在微细粒级粉体加工技术中,颗粒分级是得到合格粒度产品的关键步骤,现代工业对细粒度、窄级别提出了越来越高的要求。目前,各种干式分级技术都难以达到湿式分级的精度。本文根据湿式分级与散式流化的类似性,提出了拟散式流化的分级方式,通过强化颗粒分散和气体均布,提高干式分级的分级效率。依据气固两相流理论设计了拟散式流化分级装置,利用CFD软件对其结构和操作参数进行了优化设计,通过实验研究获得了该装置的分级性能数据。所作的主要研究工作如下:(1)对新型布料装置内颗粒的各种受力进行分析比较,建立了颗粒团聚概率方程。理论计算表明气速为3m/s的气流产生的剪切应力能将干燥物料充分分散的概率为99.99%,保证了颗粒在分级区域中达到良好的分散,实现“拟散式”的目的。通过推导分级器内颗粒运动的理论公式,计算得到其结构的大致参数,为数值模拟提供了几何模型。(2)利用FLUENT6.2对不同结构下的气相流场进行了模拟,优选了进气方式和整流内构件,使流场得到规整。在气相流场模拟的基础上,用相间耦合的随机轨道模型预测了不同粒径颗粒的运动轨迹,并对布料装置进行了结构改进。结合理论计算结果,得到了拟散式流化分级器的最终结构。(3)单级分级实验考察了表观气速、进料量对粒级分配效率和分级精度的影响,结果表明,分级精度随表观气速的增大和进料量的减小而提高,大气速下得到的粒级效率曲线中“鱼钩效应”有所改善。对于特定的分级任务,难以达到清晰切割,粗产品中仍含有大量细颗粒,仅靠单级分级装置无法实现精密分级。(4)实验进行了颗粒物料的循环分级,发现循环五次可将原料中1μm颗粒的含量降低到一次分级的1/10。据此改进了实验设备,实验结果表明,随着分离时间的增加,粗产品中细颗粒含量降低,“鱼钩”越来越小,分级精度得到提高。(5)拟合实验数据,得到了描述粒级效率的模型方程,对模型曲线和实验效率曲线作图并计算方差,可知模型与实验数据吻合较好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 颗粒分级研究进展
• 1.1.1 分级的概念和类别
• 1.1.2 超细分级设备的发展和研究概况
• 1.2 流化分级的概念
• 1.2.1 流态化现象
• 1.2.2 流化形成的条件和流态化体系的特征
• 1.2.3 流态化分级原理
• 1.3 本研究的目的、意义和内容
• 1.3.1 项目研究的目的和意义
• 1.3.2 课题的研究内容
• 1.3.3 本研究的创新之处
• 2 超细粉体分级装置的初步设计
• 2.1 分级系统的设计构思
• 2.1.1 研究范围
• 2.1.2 干式分级机存在问题的理论分析
• 2.1.3 拟散式流化分级技术
• 2.2 分级关键问题的解决
• 2.2.1 分级的关键问题
• 2.2.2 分散的解决方案
• 2.2.3 分离的解决方案
• 2.3 其它部件的设计
• 2.3.1 匀风板设计
• 2.3.2 旋风除尘器设计
• 2.4 本章小结
• 3 超细粉体分级器的CFD 模拟
• 3.1 物理模型与控制方程
• 3.1.1 物理模型的选用
• 3.1.2 计算控制方程
• 3.2 计算区域与网格划分
• 3.3 气相流场的数值模拟
• 3.3.1 数值模拟方法的选择
• 3.3.2 设计模拟方案
• 3.3.3 模拟结果与讨论
• 3.3.4 分级器内流场分布分析
• 3.4 颗粒运动轨迹的数值模拟
• 3.4.1 模拟方法的选择
• 3.4.2 布料装置的模拟与改进
• 3.4.3 分级器内颗粒运动轨迹模拟
• 3.5 本章小结
• 4 实验研究
• 4.1 单级分级实验测试
• 4.1.1 实验装置
• 4.1.2 实验流程
• 4.1.3 实验步骤
• 4.1.4 实验物料分析
• 4.1.5 分级性能计算方法
• 4.1.6 结果分析与讨论
• 4.2 多次分级效果实验
• 4.3 循环式分级效率实验
• 4.3.1 循环式分级
• 4.3.2 实验方法
• 4.3.3 结果分析
• 4.4 分级效率数学模型
• 4.4.1 回归数学模型
• 4.4.2 误差分析
• 4.5 分级器性能评价
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 原料粒度测试结果
• 附录2 改变表观气速后粒度测试数据
• 附录3 改变进料速率后粒度测试数据
• 附录4 改变分离时间后粒度测试数据
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录