流化床結(jié)構(gòu)傳遞理論與工業(yè)應(yīng)用

目錄
前言
第1章 流態(tài)化科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展史 1
1.1 引言 1
1.2 近代流態(tài)化理論的研究成果 2
1.3 流態(tài)化理論的研究現(xiàn)狀 3
1.4 近代流態(tài)化科技的工業(yè)應(yīng)用 5
1.5 我國(guó)流態(tài)化科技的發(fā)展現(xiàn)狀 6
參考文獻(xiàn) 10
第2章 流態(tài)化家族及其流動(dòng)結(jié)構(gòu) 16
2.1 經(jīng)典流態(tài)化 16
2.2 流化質(zhì)量的評(píng)價(jià) 18
2.2.1 Geldart分類 18
2.2.2 Wang-Li 判據(jù) 20
2.2.3 Dn準(zhǔn)數(shù)判別法 20
2.2.4 床層局部空隙率波形分析法與局部不均勻指數(shù) 21
2.3 流態(tài)化家族 23
2.3.1 流態(tài)化家族圖譜 23
2.3.2 固定床 25
2.3.3 散式流態(tài)化 25
2.3.4 鼓泡流態(tài)化 25
2.3.5 湍動(dòng)流態(tài)化 26
2.3.6 快速流態(tài)化 27
2.3.7 稀相流態(tài)化輸送 29
2.4 流化床的流動(dòng)結(jié)構(gòu)效應(yīng) 30
2.4.1 結(jié)構(gòu)的時(shí)空多尺度特征 30
2.4.2 流化床中局部流動(dòng)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè) 34
2.4.3 結(jié)構(gòu)與傳遞和反應(yīng)性能的關(guān)系 34
2.4.4 流化床流動(dòng)結(jié)構(gòu)的調(diào)控——散式化方法 36
2.4.5 小結(jié) 37
符號(hào)說(shuō)明 37
參考文獻(xiàn) 38
第3章 快速流化床結(jié)構(gòu)-傳遞關(guān)系模型及應(yīng)用 42
3.1 引言 42
3.2 流化床局部結(jié)構(gòu)與傳遞關(guān)系的意義 42
3.3 快速流化床局部結(jié)構(gòu)參數(shù) 43
3.4 快速流化床局部流動(dòng)結(jié)構(gòu)參數(shù)預(yù)測(cè)模型 45
3.5 快速流化床局部傳質(zhì)結(jié)構(gòu)參數(shù)預(yù)測(cè)模型 53
3.6 快速流化床局部傳熱結(jié)構(gòu)參數(shù)預(yù)測(cè)模型 55
3.7 快速流化床局部流動(dòng)結(jié)構(gòu)-傳遞關(guān)系模型 57
3.7.1 快速流化床不均勻結(jié)構(gòu)的分解與合成 57
3.7.2 快速流化床動(dòng)量傳遞的曳力系數(shù)模型 57
3.7.3 快速流化床質(zhì)量傳遞的傳質(zhì)系數(shù)模型 59
3.7.4 快速流化床熱量傳遞的給熱系數(shù)模型 60
3.8 快速流化床結(jié)構(gòu)-傳遞關(guān)系模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 61
3.8.1 計(jì)算機(jī)模擬和文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比 61
3.8.2 計(jì)算機(jī)模擬和本章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比 70
3.9 關(guān)于聚團(tuán)的分裂與并聚對(duì)傳質(zhì)、傳熱影響的理論分析與討論 73
符號(hào)說(shuō)明 74
參考文獻(xiàn) 77
第4章 鼓泡流化床結(jié)構(gòu)-傳遞關(guān)系模型及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 80
4.1 引言 80
4.2 氣固鼓泡流化床結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)模型 80
4.2.1 鼓泡流化床流動(dòng)結(jié)構(gòu)參數(shù) 80
4.2.2 鼓泡流化床流動(dòng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的求解 81
4.3 氣固鼓泡流化床局部流動(dòng)結(jié)構(gòu)-傳遞關(guān)系模型 86
4.3.1 鼓泡流化床不均勻結(jié)構(gòu)的分解-合成方法 86
4.3.2 鼓泡流化床動(dòng)量傳遞的曳力系數(shù)模型 87
4.3.3 鼓泡流化床質(zhì)量傳遞的傳質(zhì)系數(shù)模型 88
4.3.4 鼓泡流化床熱量傳遞的給熱系數(shù)模型 91
4.4 鼓泡流化床結(jié)構(gòu)-傳遞關(guān)系模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 95
4.4.1 計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)的方法 95
4.4.2 B類物料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果對(duì)比 95
4.4.3 A類物料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果對(duì)比 97
4.4.4 C類物料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果對(duì)比 100
4.4.5 內(nèi)構(gòu)件鼓泡流化床的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果對(duì)比 104
4.4.6 鼓泡流化床中的傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬 110
4.4.7 基于鼓泡流化床結(jié)構(gòu)曳力系數(shù)表達(dá)式的結(jié)構(gòu)參數(shù)模型與數(shù)值模擬 112
4.5 基于鼓泡床結(jié)構(gòu)曳力系數(shù)模型的固相停留時(shí)間分布的模擬 116
4.5.1 單一粒徑顆粒停留時(shí)間分布的模擬與驗(yàn)證 117
4.5.2 雙粒徑顆粒停留時(shí)間分布的模擬與驗(yàn)證 122
符號(hào)說(shuō)明 126
參考文獻(xiàn) 130
第5章 湍動(dòng)流化床結(jié)構(gòu)-傳遞關(guān)系模型及CFD模擬 133
5.1 引言 133
5.2 湍動(dòng)流化床介尺度結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)模型 134
5.2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù) 134
5.2.2 動(dòng)力學(xué)方程組的建立 134
5.3 湍動(dòng)流化床結(jié)構(gòu)與動(dòng)量傳遞關(guān)系模型 137
5.4 湍動(dòng)流化床結(jié)構(gòu)與質(zhì)量傳遞關(guān)系模型 138
5.5 湍動(dòng)流化床結(jié)構(gòu)與熱量傳遞關(guān)系模型 141
5.6 關(guān)于兩相氣體之間的質(zhì)量交換系數(shù)Kcd及熱量交換系數(shù)αcd的計(jì)算 144
5.7 動(dòng)力學(xué)方程組的修正 144
5.8 湍動(dòng)流化床模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 146
5.8.1 動(dòng)量傳遞模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 146
5.8.2 質(zhì)量傳遞模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 150
符號(hào)說(shuō)明 155
參考文獻(xiàn) 159
第6章 下行流化床結(jié)構(gòu)-傳遞關(guān)系模型及CFD模擬 161
6.1 引言 161
6.2 下行流化床介尺度結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)模型 164
6.3 氣固相互作用曳力系數(shù)模型 171
6.4 下行流化床局部傳質(zhì)結(jié)構(gòu)參數(shù)預(yù)測(cè)模型 173
6.5 下行流化床質(zhì)量傳遞的傳質(zhì)系數(shù)模型 175
6.6 下行流化床局部傳熱結(jié)構(gòu)參數(shù)預(yù)測(cè)模型 175
6.7 下行流化床熱量傳遞的給熱系數(shù)模型 177
6.8 介尺度結(jié)構(gòu)參數(shù)模型和曳力系數(shù)模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 178
符號(hào)說(shuō)明 184
參考文獻(xiàn) 188
第7章 磁場(chǎng)對(duì)流化床結(jié)構(gòu)的影響及操作相圖 190
7.1 引言 190
7.2 實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)量方法 190
7.2.1 實(shí)驗(yàn)物料 190
7.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置 191
7.2.3 壓力的測(cè)量 194
7.2.4 二維流化床中氣泡的測(cè)量 195
7.2.5 三維流化床中氣泡的測(cè)量 196
7.3 磁場(chǎng)對(duì)純磁性物料床層流化結(jié)構(gòu)的影響 197
7.3.1 磁場(chǎng)對(duì)氣泡大小的影響 197
7.3.2 磁場(chǎng)對(duì)氣泡形狀和氣泡頻率的影響 198
7.3.3 磁場(chǎng)對(duì)氣泡上升速度的影響 201
7.3.4 磁場(chǎng)對(duì)固含率軸向分布的影響 201
7.3.5 磁場(chǎng)影響氣泡性質(zhì)的機(jī)理分析 202
7.4 純磁性物料床層磁場(chǎng)流化時(shí)的操作相圖 203
7.4.1 流域轉(zhuǎn)變 203
7.4.2 相鄰流域分界線的確定 204
7.5 磁場(chǎng)對(duì)混合物料床層鼓泡行為的影響 205
7.5.1 磁場(chǎng)對(duì)氣泡大小的影響 205
7.5.2 磁場(chǎng)對(duì)氣泡上升速度的影響 205
7.5.3 磁場(chǎng)對(duì)床層壓降波動(dòng)和床高波動(dòng)的影響 206
7.5.4 床層組成的影響 207
7.5.5 磁場(chǎng)影響氣泡性質(zhì)的機(jī)理分析 208
7.6 混合物料床層磁場(chǎng)誘導(dǎo)顆粒分級(jí)的研究 209
7.6.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 209
7.6.2 Hms和Hts的確定方法 209
7.6.3 操作氣速對(duì)Hms和Hts的影響 211
7.6.4 混合物料床層組成對(duì)Hms和Hts的影響 211
7.6.5 磁場(chǎng)誘導(dǎo)顆粒分級(jí)的機(jī)理 212
7.7 混合物料床層磁場(chǎng)流化時(shí)的操作相圖 213
7.8 本章 小結(jié) 214
符號(hào)說(shuō)明 215
參考文獻(xiàn) 216
附錄1 視頻拆幀MATLAB程序代碼 220
附錄2 批量處理錄像幀獲取氣泡參數(shù)的MATLAB程序代碼 220
第8章 U型氣動(dòng)排料閥動(dòng)力學(xué)模型 223
8.1 引言 223
8.2 立管料腿中的氣固流動(dòng) 223
8.3 排料模式分析 223
8.4 U型氣動(dòng)排料閥的排料動(dòng)力學(xué)模型 224
8.4.1 孔口流控制模型 224
8.4.2 瓶頸道口控制模型 225
8.4.3 流態(tài)化排料控制模型 228
8.4.4 協(xié)調(diào)控制模型 229
8.4.5 移動(dòng)床料腿的料封能力 237
8.5 模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 237
8.5.1 實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法 237
8.5.2 流態(tài)化排料控制模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 239
8.5.3 協(xié)調(diào)排料控制模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 240
符號(hào)說(shuō)明 244
參考文獻(xiàn) 247
第9章 流化床傳遞-反應(yīng)耦合模型和簡(jiǎn)化的曳力模型 248
9.1 引言 248
9.2 氣固催化反應(yīng)時(shí)傳遞-反應(yīng)耦合模型 249
9.3 氣固非催化反應(yīng)時(shí)傳遞-反應(yīng)耦合模型 252
9.4 基于傳遞系數(shù)的結(jié)構(gòu)參數(shù)模型 257
9.5 參數(shù)敏感性分析 264
9.5.1 鼓泡床參數(shù)敏感性分析 264
9.5.2 湍動(dòng)床參數(shù)敏感性分析 267
9.5.3 循環(huán)床參數(shù)敏感性分析 269
9.6 簡(jiǎn)化的曳力模型驗(yàn)證 271
9.6.1 簡(jiǎn)化的鼓泡床TC-SP模型模擬結(jié)果 273
9.6.2 簡(jiǎn)化的湍動(dòng)床TC-SP模型模擬結(jié)果 273
9.6.3 簡(jiǎn)化的循環(huán)床TC-SP模型模擬結(jié)果 276
9.7 簡(jiǎn)化的曳力模型意義 277
符號(hào)說(shuō)明 278
參考文獻(xiàn) 280
附錄TC-SP結(jié)構(gòu)參數(shù)模型涉及的中間變量 282
第10章 難選鐵礦磁化焙燒 283
10.1 引言 283
10.2 資源和技術(shù)現(xiàn)狀 284
10.2.1 我國(guó)難選鐵礦資源利用現(xiàn)狀 284
10.2.2 磁化焙燒技術(shù)現(xiàn)狀 286
10.3 磁化焙燒動(dòng)力學(xué)研究 294
10.4 流態(tài)化磁化焙燒技術(shù)示范 299
10.4.1 復(fù)雜難選鐵礦可選性研究 299
10.4.2 焙燒礦磁選工藝研究 301
10.4.3 停留時(shí)間調(diào)控研究 304
10.4.4 難選鐵礦磁化焙燒工藝研究 308
10.4.510 萬(wàn)t/a級(jí)難選鐵礦流化床磁化焙燒技術(shù)示范 309
參考文獻(xiàn) 312
第11章 攀西鈦鐵礦制備人造金紅石 315
11.1 引言 315
11.2 鈦鐵礦制備人造金紅石技術(shù)現(xiàn)狀 316
11.2.1 還原銹蝕法 316
11.2.2 酸浸法 317
11.2.3 國(guó)內(nèi)鹽酸法制備人造金紅石技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 318
11.3 氧化還原過(guò)程鈦鐵礦礦相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變規(guī)律研究 319
11.3.1 攀西鈦鐵礦流態(tài)化氧化研究 321
11.3.2 氧化鈦鐵礦鹽酸浸出行為研究 325
11.3.3 氧化鈦鐵礦還原-浸出行為研究 332
11.4 攀西鈦鐵礦制備人造金紅石技術(shù)中試示范 336
11.4.1 攀西鈦鐵礦粗細(xì)顆粒轉(zhuǎn)化調(diào)控研究 336
11.4.2 攀西鈦鐵礦氧化-還原工藝研究 339
11.4.3 萬(wàn)噸級(jí)攀西鈦鐵礦流態(tài)化氧化-流態(tài)化還原工藝工程示范 341
參考文獻(xiàn) 343
第12章 釩鈦磁鐵礦的流態(tài)化直接還原 345
12.1 引言 345
12.2 國(guó)內(nèi)外釩鈦磁鐵礦利用現(xiàn)狀 345
12.2.1 鈉化焙燒-水浸提釩工藝 346
12.2.2 高爐冶煉-鐵水提釩工藝 346
12.2.3 直接還原-電爐熔分兩步法短流程工藝 347
12.3 釩鈦磁鐵礦直接還原過(guò)程關(guān)鍵問(wèn)題 350
12.3.1 釩鈦磁鐵礦組成及其氧化物直接還原特點(diǎn) 350
12.3.2 釩鈦磁鐵礦直接還原過(guò)程黏結(jié)失流問(wèn)題 352
12.4 釩鈦磁鐵礦流態(tài)化直接還原研究進(jìn)展 354
12.4.1 合理的釩鈦磁鐵礦直接還原目標(biāo)金屬化率 354
12.4.2 釩鈦磁鐵礦預(yù)氧化強(qiáng)化還原 363
12.5 鐵礦流態(tài)化直接還原過(guò)程防失流研究進(jìn)展 371
12.5.1 MgO添加劑抑