氧化铪冷态流态化特征的研究

【摘要】工业上ZrCl4的流态化生产方法已经成熟,本文对HfCl4的固定床氯化生产工艺进行分析后,提出了HfO2的流态化特性研究的课题。用建立模型的方法推导出了影响稳定流态化的各种因素：稳定流态化与分布板压降大小和流速有关；随着气体速度的增大,床层压降呈现下降趋势,分布板压降呈现增大趋势。对于影响分布板阻力的开孔率、厚度、气体速度这三方面做了数值模拟,得到了压强分布云图,湍流强度分布云图,流体流线的流向分布图,数值计算结果表明：分布板的压差随气速的增加呈现指数式增长,分布板的阻力可分为局部阻力和沿程阻力,得到了阻力系数的计算关联式,并且用内径184mmm的空床分别作了不同厚度和开孔率的分布板阻力降实验,得到的结果与数值模拟结果相符。使用数值模拟的方法研究了床高对于流态化的影响。床高与直径的比值较小的情况下,气体在料层中的路径短,难以实现流化床气固混合。床高与床径的比值越大,气泡的直径越大,容易出现腾涌状态,床层高度与直径的比应该在0.7到1.2之间。用数值模拟的方法研究了气泡的形成过程和气泡在混合过程中的作用,以气泡为中心,周围的物料成为一个流动循环,气泡上部的颗粒向上运动,气泡两侧的物料颗粒向下运动,气泡下部的颗粒随着气泡向上运动,越靠近气泡,气含率越高、气固混合状态越好。分别对空床压降和加物料压降进行了测量,获得的实验结果证明了稳态流化关联式的有效性,并且发现：粒度为(74-100)μm的HfO2,当分布板压降大于床层压降1.2倍时,床层开始进入流化阶段。根据上述研究结果,得到了流态化稳定的分布板、料层厚度、气速的三因素图。根据三因素图设计了高密度氧化铪颗粒的实验设备和实验参数。气速从零升到15m3/h的过程中：气流速度小于5m3/h时,床层局部出现气孔,气流速度为(5-8)m3/h,床层处于沟流和完全流态化的过渡态,气流速度大于8m3/h后基本完成了流态化。气速从高到低的过程中,床层在12mm3/h降到6m3/h的区间保持了一个较为稳定的床高和压力波动,因此其临界流化速度为6m3/h,与三因素图大致相符。
【作者】刘坤；
【导师】王力军；陈松；
【作者基本信息】北京有色金属研究总院，冶金物理化学，2014，硕士
【关键词】HfO2；流态化；数值模拟；冷态试验；临界流态化速度；

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