基于磁场协助作用下纳米颗粒的流态化研究

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1、中南大学硕士学位论文磁场协助作用下纳米颗粒的流态化研究姓名：刁润丽申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：周涛20090513中南人学硕士学位论文摘要纳米颗粒属于Geldart颗粒分类中的C类颗粒，通常是指粒径在0．1～100nnl范围内的固体颗粒，这类颗粒具有许多优异的物理和化学性能，因而在许多领域具有广阔的应用前景。但是由于粒径较小而导致颗粒间作用力巨大，易团聚，使其应用受到限制。可以采用流态化技术来改善上述状况，流态化技术作为一种强化气固接触的手段，在超细颗粒制备、处理和应用方面都具有独特的优越性。本实验以非磁性纳米Si02、ZnO、Ti02、A1203及磁性纳米Fe304、Fe、Ni

2、为原料，首先考察他们在直径为5cm的圆柱型有机玻璃流化床中的流化性能，发现在低气速下床层易形成活塞、沟流和大聚团，压降波动较大，增加气速，鼓泡加剧，床中出现分层和扬析现象，聚团尺寸大，固定床较高，床层膨胀较小，流化效果较差。采用外加能量(磁场)的方法来改善纳米颗粒的流化性能，轴向磁场由电磁线圈产生，添加直径2mm的钢珠作为磁响应性物质，磁性大颗粒在磁场的作用下振动，并且颗粒群可以成链排列，类似于具有一定强度的沿磁力线方向排列的链状结构物，从而可以破碎大聚团、活塞和沟流，使气体更均匀地流过床层，抑制鼓泡和扬析的发生，促进流化效果的改善。实验中所用的磁场强度范围是0．0477T一0．0715T，磁

3、性大颗粒的添加量在20％--70％之间，考察了表观气速、磁性大颗粒的添加量及磁场强度对纳米颗粒流化性能的影响。首先研究纳米颗粒单组分在磁场作用下的流化，发现非磁性及磁性纳米颗粒的流化性能均有所改善，但具体情况不同，纳米Si02的流化性能改善较明显，聚团尺寸减小，最小流化速度降低，床层膨胀比增大，可以达到APF流态化类型，ZnO及Ti02的流化性能有所改善，但不是很理想，A1203及磁性Fe304的密度较大、透气性较差，流化性能的改善不明显。采用颗粒混合的方法进一步进行研究，把ZnO、Ti02、A1203与流化性能较好的Si02混合，流化性能较差的磁性Fe304与非磁性纳米颗粒混合。实验发现在磁

4、场的协助作用下，不同种类的纳米颗粒混合后流化性能得到改善，混合较均匀，一定添加量、磁场强度和气速共同作用下床层达均匀流化，压降平稳，膨胀比较大，其中非磁性颗粒组合中ZnO达60％时流化仍较好，Ti02、A1203的添加量则不易超过50％，最后对纳米颗粒流化中的协同作用进行了分析。中南大学硕士学位论文摘要运用Richardson-Zaki方程对混合体系的散式化程度进行了验证、分析。床层静力分析与Ergun公式相结合得到最小流化速度公式，然后提出了APF与ABF两种流态化类型的纳米颗粒混合后其最小流速的计算模型。关键词纳米颗粒，流态化，磁场流化床，磁性大颗粒，聚团U中南大学硕十学位论文ABSTRA

5、CTABSTRACTNanoparticlesinthesizerangeofO．1nnlto100ninbelongtoGeldartgroupCparticles．TheseparticleshavemanyexcellentphysicalandchemicalcharacteristicsSOthattheyhavebeenextensivelyappliedinmanyindustrialfields．However，theirapplicationshavebeenlimitedduetostrongcohesivenessandaggregating．Fluidizationca

6、npromotethecontactofgas—solidandimprovetheflowabilityofnanoparticles．Thefluidizationbehaviorofnon·magneticSi02，ZnO，Ti02，A1203andmagneticFe304、Fe、Ninanoparticlesinplexiglasscolumnwithdiameterof5mmisinvestigated．PlugandchannelinginthetraditionalfluidizedbedCanbeobservedinthelOWsuperficialgasvelocity．T

7、hepressuredropfluctuatesextensively．Bubblingenlargeswithincreasinggasvelocity．Defluidization，elutriationandlargeagglomerateappeared．Tlbed‘ratio‘small．SothefluidizatiqperformancehebedexpansionratioISsm