《半循環流化床破碎高鈣鎂高鈦渣聚團的基礎研究》是依託重慶大學，由陳恆志擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：半循環流化床破碎高鈣鎂高鈦渣聚團的基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳恆志
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目針對中國特有的高鈣鎂鈦渣在流化氯化過程中由於形成硬聚團無法使用這一問題開展相關的基礎研究。常用的破碎聚團的方法對硬聚團無效，本研究通過探索聚團結構演化與巨觀反應器結構，介觀相結構以及微觀鈦渣顆粒表面結構之間的關係，掌握多尺度調控聚團的規律;考察聚團對氣固相間傳遞效率的影響，建立多相流動傳遞/反應耦合的調控理論,尋求一種多尺度協同作用新的破碎聚團的半循環流化技術方法。主要研究內容有：流化床內氣固雙組分顆粒流動結構和反應動力學的研究；高溫氯化過程鈦渣顆粒表面微結構變化的研究；硬聚團的破碎及多尺度調控規律的研究；氣固雙組分顆粒流動-氯化反應耦合模型的建立。本項目旨在利用半循環流化工藝解決高溫氯化反應形成硬聚團的問題，為高鈣鎂高鈦渣高溫氯化新工藝提供新的技術方法，也為氣固流態化兩相流及反應過程的研究提供新的思路，同時豐富和發展流態化和反應工程理論。
結題摘要
本項目針對中國所特有的高鈣鎂鈦渣高溫沸騰氯化過程中，由於鈦渣顆粒聚集成為“硬聚團”而無法使用這一問題開展相關的基礎研究。採用多尺度分析方法，圍繞流化床內介尺度（氣泡，聚團）特性及其演化規律展開實驗及模擬研究。對鼓泡流化床，循環流化床以及半循環流化床等不同反應器結構內介尺度結構的變化規律進行了深入研究。基本完成了任務書的內容，達到預期目的。主要結論如下：（1）考察了雙組分顆粒流化狀態與混合因子的關係，首次提出了根據雙組分的混合狀態來預測氣泡直徑的關聯式，預測結果與實驗值吻合。建立了氣/固/固三流體歐拉模型，考察了微尺度顆粒性質改變對介尺度氣泡特性的影響。（2）開發能連續處理數千張數字圖片的matlab程式，採用拉格朗日方法計算聚團速度，獲得較為準確的聚團速度值。對上行和下行聚團的運動規律分別進行了深入的研究，上行聚團速度略大於下行聚團速度，大多數聚團速度在[-3,3]m/s。發現循環流化床內聚團數量是單組分重顆粒流化床最多，雙組分次之；雙組分顆粒聚團直徑較單組分聚團的較大，但存在時間較短。 （3）對雙組分顆粒壓力時間序列進行了小波分解，發現半循環流化床內顆粒波動幅度較鼓泡流化床和循環流化床的波動都小, 半循環流化床內輕重組分顆粒分布都更均勻，半循環流化床內聚團密度輕，尺寸小；由於輕組分顆粒的循環，流化床的非均勻性得到較大改善。 （4）高鈦渣高溫氯化硬聚團近似球形，硬聚團主要出現在鈦渣顆粒之間。溫度是影響聚團頻率和直徑最重要的因素，溫度越高，聚團尺寸越大；當氯化轉化率大於90%時，聚團出現頻率較高。建立了高鈦渣顆粒縮核反應動力學模型，並與氣/固/固三流體歐拉模型耦合，模擬研究了流化床內的氯化反應以及氣固的高溫流動，模擬結果與實驗結果基本一致。 （5）採用多尺度方法，建立了基於介尺度結構的曳力模型以取代傳統的平均方式的曳力模型，提高模擬計算結果的精度。將介尺度曳力模型與雙流體模型耦合進行模擬研究，模擬結果明顯優於Wen-Yu曳力模型。 相關研究已發表論文8篇，其中SCI4篇和EI1篇，會議論文兩篇，已投稿兩篇；獲得國家發明專利3項。
