颗粒在椭圆形回转干馏炉内运动分析.pdf

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1、34化工机械2014年颗粒在椭圆形回转干馏炉内运动分析8张立栋料1朱明亮1刘朝青1王擎1李少华2于鑫3(1．东北电力大学；2．中国大唐电力科学研究院；3．华能吉林发电有限公司长春热电厂)摘要通过实验研究颗粒在不同椭圆滚筒内的运动情况，分析了不同填充率、不同转速和不同颗粒粒径对其的影响。由实验得出：颗粒在椭圆不同位置的运动情况并不一致，随着长短轴之比变大，运动趋于平缓；填充率降低会引起颗粒运动模式过渡区同变大，进入小瀑布模式所需转速增加；颗粒粒径增大，颗粒在筒内受重力、摩擦力的影响变得更加明显，在长轴垂直水平位置，所受惯性影响更加显著

2、，并出现明显的多种模式相结合的运动形式。关键词回转干馏炉椭圆滚筒低转速运动模式中图分类号TQ051．8+92文献标识码A文章编号0254-6094(2014)01-0034-05颗粒物质正逐渐被人们所认知、研究，厚美瑛等对颗粒物质的基本性质、基本现象进行了阐述，对较常见的粮仓效应、加压膨胀特性、应力分布与成拱现象、崩塌现象以及振动引起的巴西果效应与成各种图案效应等现象进行系统描述¨q1。在对颗粒进行研究的领域内，混合质量优异对产品质量有着至关重要的影响M1，主要因素有运动空间、颗粒物性及运动速度等。目前国内外学者对这方面的研究主要采

3、用数值模拟及实验等方法对不同振动下颗粒运动及回转装置内颗粒运动模式进行分析‘5。j，其中最典型的是巴西果效应，从中发现诸多振动所引起的现象呻“⋯。对于回转装置内颗粒运动模式的研究，在圆形回转装置上的较多，主要通过不同颗粒物性、不同转速等实验因素对颗粒在回转装置内运动情况的影响进行分析¨卜14。。武锦涛等通过实验与数值模拟对移动床中颗粒的运动进行研究，得出影响颗粒运动速度与内部受力的主要原因。15I。此外，国外对方形回转容器、椭圆形滚筒内不同物性颗粒混合与分离情况进行了分析，并对不同混合装置内颗粒随时间推移所形成的混合花纹与偏析现象进

4、行系统分析¨”18J。为了研究椭圆形混合装置对油页岩固体热载体干馏炼油过程的影响情况，应首先分析颗粒在椭圆形干馏炉中的运动状态。因此，本实验对椭圆形回转装置内不同长短轴比的椭圆筒形、不同转速、不同填充率和不同颗粒粒径下颗粒的运动模式进行对比分析，总结低转速时椭圆形回转装置内颗粒的运动模式，为研究椭圆滚筒内油页岩与固体热载体间混合机理打下基础。1实验装置及实验方法1．1实验装置及物料物性本实验所使用的实验台如图1所示，调速仪调节范围为0—50r／min，实验薄滚筒依据长短轴之比的不同分为两类(长短轴之比10．0：9。0和10．o：8．

5、5)。实验物料采用直径为l、3mm的轴承钢GCrl5钢球颗粒，其硬度为HRC62～66，密度为7．859／cm3，弹性模量为21．14MPa，颗粒间摩擦系数为0．15；滚筒材料为中碳钢，其硬度约为HRC55，与钢球问摩擦系数为0．15。s国家潜在油气资源(油页岩勘探开发利用)产学研用合作创新建设项目，吉林省重大科技发展计划项目(20096034)和东北电力大学博士科研启动基金项目(BSJXM2011-02)。一张立栋，男，1980年8月生，副教授。吉林省吉林市，132012。第41卷第1期化工机械35图1实验装置l——实验台；2——

6、调速仪；3——电机4——实验薄滚筒；5——图像采集装置(高清DV)6——计算机1．2实验方案设计实验主要方案(实验工况)见表1。此外为了研究不同粒径颗粒对运动形式的影响，采用3ram钢球颗粒重复进行10．0：9．0椭圆形滚筒实验。表1实验工况2实验结果与讨论颗粒在圆筒形混合器内的运动根据其不同物料与转速大致有6种形态¨9I，笔者观察实验过程中转速对颗粒运动影响情况和长短轴随时间的变化，提取长轴垂直水平面时颗粒的运动图像进行处理，并对比分析异同点。2．1不同转速下颗粒运动情况图2所示为粒径1mm的颗粒在10．0：9．0椭圆滚筒不同转速

7、时的运动情况。转速6r／min时颗粒总体运动形式呈圆形运动模式中的rolling(滚动)模式，20、40r／min转速下颗粒总体运动形式呈现cascading(小瀑布)模式。图2中箭头代表颗粒运动趋势，A区域为颗粒下落层，B区域为涡心，C区域为相对静止层，曲线口为下落层与其他两个区域的分界线。对3种转速下颗粒的运动情况对比可知：颗粒群上表面在不同转速下表现各不相同，随着转速的提高上表面由直线逐渐变为大弧度曲线；颗粒在下落层两端所表现出的运动弧度随转速的增加而增大，涡心变长。这些现象与颗粒在圆形滚筒中相应运动模式下的运动现象基本相同。

8、图2不同转速下颗粒的运动情况2．2不同位置下颗粒运动情况在不同位置下颗粒运动变化与圆形滚筒间差异很大(图3)：随着滚筒转动，颗粒表层与椭圆中心距离会发生周期性变化，颗粒表层所处位置在滚筒纵向(即颗粒层与长轴垂直位置)位置时最高，横向(