工业硅粉流化特性实验.pdf

第2卷埌刊
过程工程学报
2002年11月
The Chinese Journal of Process Engineering
lol.2 Suppl
Nov.2002
工业硅粉流化特性实验
梁卫华,王金福,罗务习,金涌
(清华大学化工系,北京100064
摘要:硅粉是合成有机硅单体(二甲基二氯硅烷)的重要原料,研究硅粉的流化特性具有深厚的工
业应用背景.在直径110mm的等径流化床和直径215m的具有下锥体的变径流化床中,研究不
同粒径分布的硅粉流化特性,发现具有下锥体的流化床有利于宽筛分硅粉的流化.实验测量了不同
表观气这条件下不同粒径分布硅粉流化床层的平均空隙率.对硅粉流化床的压力脉动进行功率谱
分析发现,窄分布大颗粒硅粉具有典型的 Geldart-B类粒的性质,而在宽筛分分布时却发现本应
属于 Geldart-B类颗粒却与30-80m的硅粉的功率谱图相近,这说明加入细硅粉或宽筛分硅粉有
利于改善流化质量
关词:气固流态化;压力脉动;硅粉:有机硅
中日分类号
1前言
有机硅材料主要是一类以Si-0键为主链、在Si原子上再引入有机基团作为侧链的高分子化
合物,其性能优异、功能独特,广泛应用于军工、航天、医疗、化工等领域.近20年来,我国对
有机硅产品的需求逐年快速增长,在汽车、建筑、家电、通讯、轻工、纺织、日化、医药等行业
表现尤为突出.据不完全统计,年均增长速率高达25%国内的有机硅单体,主要是甲基氯硅烷单
体的生产远不能满足市场的需求.这正是制约我
国有机硅生产发展的“瓶颈”问题们.有机硅单体
产品中需求最大的是二甲基二氯硅烷( dimethyl
dichlorosilane),它可以用直接法通过多相催化反应
在流化床内合成.目前围内有机硅生产的技术关
键是有机硅单体的流化床合成,因流化颗粒硅粉
具有独特的性质而使其流化性质与常见的流化体
系存在较大差异.因工业硅粉由颈式破碎机破碎
硅块而成,形状极不规则,带有明显的棱角且粒径
图1硅粉粒电镜照片
分布很宽,如图1所示,因此研究工业硅粉的流化
Fig. Photograph of industrial silicon powder特性有着深厚的工业背景和重要工程应用价值
2实验装置及过程
为了研究有机硅单体合成流化床中硅粉的流化性质,建立了直径110mmn的等径有机玻璃流
化床明和如图2所示的实验装置.实验装置中的流化床主要由环管式气体分布器、不锈钢锥形床、
作简介:梁卫华(976),男,河北州市人,碘士研究生,化学工程专业:王金福,通讯联系人, E-mail: wangif@ notu.org.
增刊
梁卫华等:工业硅粉流化特性实验
直径215m和高1500m的硅硼玻璃管组成.为了保持流化床内硅粉粒径分布稳定,实验装置
配备了由旋风分离器和两个储料组成的回料系统,实验时通过旋风和控制阍门回收夹带出的碓
粉,同时用输送风将收集的硅粉送回主床.在主床上开有测压孔,用于测量床层压降和压力脉动,
压力传感器是一根直径5mm长200mmn的细长探头,为了测得较强的压力脉动信号,探头端放置
在流化床轴线上
实验用硅粉如图1所示,硅粉颈式破碎机破碎硅块
而成,形状极不规则,带有明显的棱角且粒径分布很宽
为了分析不同粒径分布的硅粉的流化特性,将硅粉筛分
为表1所示的5组粒径组份.首先将30-630m的硅粉
筛分为4个粒径段,取1~3粒径段作为窄筛分样品,而
取两种或两种以上的粒径段颗粒混合后组成宽筛分样
品4和5.通过显微镜观察发现同一筛分的硅粉大小和
形状比较接近,其粒径可以其平均粒径表示.样品1颗
I, Gas distributo
粒较小,采用 Malvem Mastersize粒径分析仪得该样
2. Conic bed
品的平均体积粒径.根据 Geldart颗粒分类法啊,显然除
3, Fluidized bed
了样品1属于 Geldart-A类颖粒外,其它样品均属于B8
6 4. Cyclone
5. Valve
类颗粒.
6. Hopper
实验时,在不同的表观气速下记录流化床密相与稀2
7. Conveying gas
8. Pressure sensor
相界面的高度,然后根椐流化床的几何结构尺寸和静止
床高度,计算该气速条件下的空隙率,同时采用
图2实验装示意图
CYG14T型扩散硅压力变送器测量流化床内的压力
Fig. 2 Experimental set-up
脉动,用12位AD板转换为数字信号,由计算机在线采集并进行信号分析,信号采集系统的采样
频率为100Hz,采样长度6000点.实验测得的压力信号值减去直流信号后,采用快速傅立叶变换
(FFT)方法分析压力脉动信号的功率谱.在实验过程的某一时刻关闭回料阌门,收集称旋风捕集
的硅粉质量,测得流化床的扬析夹带量
1建粉拉性质及鰰分分组
Table Ithe properties and size groups of silicon powder
article proportion by weight %)
Average
paricles < 80(um) 80-250(um) 250-400 um400-630(m)sire() m)
Groupi
46.
Group 2
Group 4
3578
Group 5
383
Note: 1 )Measured with the Mnlvem Masterizet.
3实验分析方法
3.1床层空隙率和扬析夹带率
流化床层空隙率是评价流化颖粒流化特性的一个重要参数,较高的空隙率可以增加气体与颖
粒的有效接触面积,加强气固两相间的物质与能量交换,同时床层膨胀率也是设计反应器所需要