流化床结构传递理论与工业应用

目录
前言
第1章 流态化科学与技术的发展史 1
1.1 引言 1
1.2 近代流态化理论的研究成果 2
1.3 流态化理论的研究现状 3
1.4 近代流态化科技的工业应用 5
1.5 我国流态化科技的发展现状 6
参考文献 10
第2章 流态化家族及其流动结构 16
2.1 经典流态化 16
2.2 流化质量的评价 18
2.2.1 Geldart分类 18
2.2.2 Wang-Li 判据 20
2.2.3 Dn准数判别法 20
2.2.4 床层局部空隙率波形分析法与局部不均匀指数 21
2.3 流态化家族 23
2.3.1 流态化家族图谱 23
2.3.2 固定床 25
2.3.3 散式流态化 25
2.3.4 鼓泡流态化 25
2.3.5 湍动流态化 26
2.3.6 快速流态化 27
2.3.7 稀相流态化输送 29
2.4 流化床的流动结构效应 30
2.4.1 结构的时空多尺度特征 30
2.4.2 流化床中局部流动结构的预测 34
2.4.3 结构与传递和反应性能的关系 34
2.4.4 流化床流动结构的调控——散式化方法 36
2.4.5 小结 37
符号说明 37
参考文献 38
第3章 快速流化床结构-传递关系模型及应用 42
3.1 引言 42
3.2 流化床局部结构与传递关系的意义 42
3.3 快速流化床局部结构参数 43
3.4 快速流化床局部流动结构参数预测模型 45
3.5 快速流化床局部传质结构参数预测模型 53
3.6 快速流化床局部传热结构参数预测模型 55
3.7 快速流化床局部流动结构-传递关系模型 57
3.7.1 快速流化床不均匀结构的分解与合成 57
3.7.2 快速流化床动量传递的曳力系数模型 57
3.7.3 快速流化床质量传递的传质系数模型 59
3.7.4 快速流化床热量传递的给热系数模型 60
3.8 快速流化床结构-传递关系模型的实验验证 61
3.8.1 计算机模拟和文献实验数据的对比 61
3.8.2 计算机模拟和本章 实验数据的对比 70
3.9 关于聚团的分裂与并聚对传质、传热影响的理论分析与讨论 73
符号说明 74
参考文献 77
第4章 鼓泡流化床结构-传递关系模型及实验验证 80
4.1 引言 80
4.2 气固鼓泡流化床结构预测模型 80
4.2.1 鼓泡流化床流动结构参数 80
4.2.2 鼓泡流化床流动结构参数的求解 81
4.3 气固鼓泡流化床局部流动结构-传递关系模型 86
4.3.1 鼓泡流化床不均匀结构的分解-合成方法 86
4.3.2 鼓泡流化床动量传递的曳力系数模型 87
4.3.3 鼓泡流化床质量传递的传质系数模型 88
4.3.4 鼓泡流化床热量传递的给热系数模型 91
4.4 鼓泡流化床结构-传递关系模型的实验验证 95
4.4.1 计算机模拟和实验的方法 95
4.4.2 B类物料的实验结果与模拟结果对比 95
4.4.3 A类物料的实验结果与模拟结果对比 97
4.4.4 C类物料的实验结果与模拟结果对比 100
4.4.5 内构件鼓泡流化床的实验结果与模拟结果对比 104
4.4.6 鼓泡流化床中的传质实验研究与数值模拟 110
4.4.7 基于鼓泡流化床结构曳力系数表达式的结构参数模型与数值模拟 112
4.5 基于鼓泡床结构曳力系数模型的固相停留时间分布的模拟 116
4.5.1 单一粒径颗粒停留时间分布的模拟与验证 117
4.5.2 双粒径颗粒停留时间分布的模拟与验证 122
符号说明 126
参考文献 130
第5章 湍动流化床结构-传递关系模型及CFD模拟 133
5.1 引言 133
5.2 湍动流化床介尺度结构预测模型 134
5.2.1 结构参数 134
5.2.2 动力学方程组的建立 134
5.3 湍动流化床结构与动量传递关系模型 137
5.4 湍动流化床结构与质量传递关系模型 138
5.5 湍动流化床结构与热量传递关系模型 141
5.6 关于两相气体之间的质量交换系数Kcd及热量交换系数αcd的计算 144
5.7 动力学方程组的修正 144
5.8 湍动流化床模型的实验验证 146
5.8.1 动量传递模型的实验验证 146
5.8.2 质量传递模型的实验验证 150
符号说明 155
参考文献 159
第6章 下行流化床结构-传递关系模型及CFD模拟 161
6.1 引言 161
6.2 下行流化床介尺度结构预测模型 164
6.3 气固相互作用曳力系数模型 171
6.4 下行流化床局部传质结构参数预测模型 173
6.5 下行流化床质量传递的传质系数模型 175
6.6 下行流化床局部传热结构参数预测模型 175
6.7 下行流化床热量传递的给热系数模型 177
6.8 介尺度结构参数模型和曳力系数模型的实验验证 178
符号说明 184
参考文献 188
第7章 磁场对流化床结构的影响及操作相图 190
7.1 引言 190
7.2 实验装置及测量方法 190
7.2.1 实验物料 190
7.2.2 实验装置 191
7.2.3 压力的测量 194
7.2.4 二维流化床中气泡的测量 195
7.2.5 三维流化床中气泡的测量 196
7.3 磁场对纯磁性物料床层流化结构的影响 197
7.3.1 磁场对气泡大小的影响 197
7.3.2 磁场对气泡形状和气泡频率的影响 198
7.3.3 磁场对气泡上升速度的影响 201
7.3.4 磁场对固含率轴向分布的影响 201
7.3.5 磁场影响气泡性质的机理分析 202
7.4 纯磁性物料床层磁场流化时的操作相图 203
7.4.1 流域转变 203
7.4.2 相邻流域分界线的确定 204
7.5 磁场对混合物料床层鼓泡行为的影响 205
7.5.1 磁场对气泡大小的影响 205
7.5.2 磁场对气泡上升速度的影响 205
7.5.3 磁场对床层压降波动和床高波动的影响 206
7.5.4 床层组成的影响 207
7.5.5 磁场影响气泡性质的机理分析 208
7.6 混合物料床层磁场诱导颗粒分级的研究 209
7.6.1 实验现象 209
7.6.2 Hms和Hts的确定方法 209
7.6.3 操作气速对Hms和Hts的影响 211
7.6.4 混合物料床层组成对Hms和Hts的影响 211
7.6.5 磁场诱导颗粒分级的机理 212
7.7 混合物料床层磁场流化时的操作相图 213
7.8 本章 小结 214
符号说明 215
参考文献 216
附录1 视频拆帧MATLAB程序代码 220
附录2 批量处理录像帧获取气泡参数的MATLAB程序代码 220
第8章 U型气动排料阀动力学模型 223
8.1 引言 223
8.2 立管料腿中的气固流动 223
8.3 排料模式分析 223
8.4 U型气动排料阀的排料动力学模型 224
8.4.1 孔口流控制模型 224
8.4.2 瓶颈道口控制模型 225
8.4.3 流态化排料控制模型 228
8.4.4 协调控制模型 229
8.4.5 移动床料腿的料封能力 237
8.5 模型的实验验证 237
8.5.1 实验装置和实验方法 237
8.5.2 流态化排料控制模型的实验验证 239
8.5.3 协调排料控制模型的实验验证 240
符号说明 244
参考文献 247
第9章 流化床传递-反应耦合模型和简化的曳力模型 248
9.1 引言 248
9.2 气固催化反应时传递-反应耦合模型 249
9.3 气固非催化反应时传递-反应耦合模型 252
9.4 基于传递系数的结构参数模型 257
9.5 参数敏感性分析 264
9.5.1 鼓泡床参数敏感性分析 264
9.5.2 湍动床参数敏感性分析 267
9.5.3 循环床参数敏感性分析 269
9.6 简化的曳力模型验证 271
9.6.1 简化的鼓泡床TC-SP模型模拟结果 273
9.6.2 简化的湍动床TC-SP模型模拟结果 273
9.6.3 简化的循环床TC-SP模型模拟结果 276
9.7 简化的曳力模型意义 277
符号说明 278
参考文献 280
附录TC-SP结构参数模型涉及的中间变量 282
第10章 难选铁矿磁化焙烧 283
10.1 引言 283
10.2 资源和技术现状 284
10.2.1 我国难选铁矿资源利用现状 284
10.2.2 磁化焙烧技术现状 286
10.3 磁化焙烧动力学研究 294
10.4 流态化磁化焙烧技术示范 299
10.4.1 复杂难选铁矿可选性研究 299
10.4.2 焙烧矿磁选工艺研究 301
10.4.3 停留时间调控研究 304
10.4.4 难选铁矿磁化焙烧工艺研究 308
10.4.510 万t/a级难选铁矿流化床磁化焙烧技术示范 309
参考文献 312
第11章 攀西钛铁矿制备人造金红石 315
11.1 引言 315
11.2 钛铁矿制备人造金红石技术现状 316
11.2.1 还原锈蚀法 316
11.2.2 酸浸法 317
11.2.3 国内盐酸法制备人造金红石技术发展现状 318
11.3 氧化还原过程钛铁矿矿相结构转变规律研究 319
11.3.1 攀西钛铁矿流态化氧化研究 321
11.3.2 氧化钛铁矿盐酸浸出行为研究 325
11.3.3 氧化钛铁矿还原-浸出行为研究 332
11.4 攀西钛铁矿制备人造金红石技术中试示范 336
11.4.1 攀西钛铁矿粗细颗粒转化调控研究 336
11.4.2 攀西钛铁矿氧化-还原工艺研究 339
11.4.3 万吨级攀西钛铁矿流态化氧化-流态化还原工艺工程示范 341
参考文献 343
第12章 钒钛磁铁矿的流态化直接还原 345
12.1 引言 345
12.2 国内外钒钛磁铁矿利用现状 345
12.2.1 钠化焙烧-水浸提钒工艺 346
12.2.2 高炉冶炼-铁水提钒工艺 346
12.2.3 直接还原-电炉熔分两步法短流程工艺 347
12.3 钒钛磁铁矿直接还原过程关键问题 350
12.3.1 钒钛磁铁矿组成及其氧化物直接还原特点 350
12.3.2 钒钛磁铁矿直接还原过程黏结失流问题 352
12.4 钒钛磁铁矿流态化直接还原研究进展 354
12.4.1 合理的钒钛磁铁矿直接还原目标金属化率 354
12.4.2 钒钛磁铁矿预氧化强化还原 363
12.5 铁矿流态化直接还原过程防失流研究进展 371
12.5.1 MgO添加剂抑