负压差移移动床立管料斗架拱实验研究
化学反应工程与工艺
ChemicalReactionEngineeringandTechnology Vol13,No3
Sep,1997
负压差移动床立管料斗架拱实验研究
景山李洪钟
?--——一-___-..,一
(中国科学院化工冶金研宄所,北京100080)
丁p>
摘要通过测量散体颗拉在施压差移动床立管料斗中静态拱宽度爰丹折散体性质,料斗形状和操作条件
对料斗静态拱宽度的影响,得出当散体颗粒
643.5kg,m.??1085kg/m
26.7.??32,9.
22.r??34.6
在衄压差移动床立管的锥形料斗
.a<?281.
中形成静态拱时.其宽度可通过下面的关联式求得:
)(号)…(上). ()zss(导
关键词:堕毪兰堕:萱坚苎壅垦
l前言
虽然Ljj和Leung[.j从理论上分析了移动床立管架拱现象产生的原因,以及景山等:胡
的实验也证明这些理论模型的正确性,但由于此类理论模型涉厦到散体颗粒的流动函数和
流道的流动因子测量和计算,而这些参数测量和计算在工业设计时应用起来相对比较复杂.
为了克服这种不必要的复杂性,本文根据实验测量的散体颗粒静态拱宽度.给出散体颗粒在
负压差立管料斗中拱宽度的经验公式,以便更好地为工业设计服务. 2实验设备和物料
实验所用物料分别为Fcc平衡剂,湿Fcc—I平衡剂(含水量6.8),湿Fcc-?平衡剂 (含水量l3.1)及新鲜Fcc催化剂共4种.在下面讨论的图和表中,符号dryFce-B,wet
Fec—I—B,wetFec—I—B和dryFcc—F分别代表上述四种物料.散体颗粒的物性见表1.
lg96—10—07收到初稿,l997一.4一.8收到修改穑
联幕凡爰第一作者:景山,男,28岁,博士研宽生.
t
—
朗月
.
巷年
37
l9第
第3期景山等.负压差移动床立管料斗架拱实验研究311
表1实验物料的物理参数
Table1Physicalparametersofsamples 在一个内径为90ram,高度为1650mm有机玻璃的立
管中进行散体颗粒的架拱实验,测量段采用半锥度为
10.2.(孔口直径为8.5ram),18.2.(孔口直径为10.5mm)
和28.1(孔口直径为10.7ram)三种有机玻璃漏斗,实验装
置如图l所示.用气体流量计调节和控制立管中的负压差,
其值用U型压差计来测量.
加料时,锥形段口的阀门关闭:等到压差计的读数为零
时.轻微地调节气体流量并缓慢地打开阀门.使得散体在漏
斗形成拱.此时.记录立管最低段的压差及拱在漏斗中所处
图1实验设备图
Fig1Experimental
Apparatus
1一料箱2一立管
3一橱斗4一气室
5一气体流量计
6一压力计7一排气口
位置值,这样,不断地重复上述操作过程+并改变气室的压力读数,记录压差和拱面的位置
值.
3结果与讨论
3.1操作压力的影响
如图2所示+对于4种散体颗粒,料斗中静态拱宽度随立管中压力梯度增大而减小,主
要由于随气体的压力梯度增加+散体颗粒与气体之间的摩擦作用增强所致. 3.2料斗形状影响
如图2(a),(b),(c)和(d)所示:对于Fcc平衡剂,湿Fcc—I平衡剂和新鲜Fcc催化剂+在
相同压力梯度条件下.实验测量半锥度为10.2.和18.2.料斗中静态拱宽度值几乎是一致
的;而当料斗的半锥度为28.1.时,实验测量的静态拱宽度与前两个半锥角料斗的结果相差
较大.同时,可以观察到这三种物料在科斗中所形成拱形状如图3(a)和(b)所示:散体颗粒
在半锥角为10.2.和l8.2.料斗中形成的近似于拱桥形状.而在半锥角为28.1.的料斗中.在
中心附近形成空心形状.相反,湿Fcc一?平衡剂在三种半锥度的料斗中,在相同的压力梯度
条件下.所有的实验结果是一致的.但散体颗粒形成拱状与前面三种物料不同,它表现为正
好与图3(a)的形状相反,如图3(c).其主要原因不再是散体材料和器壁相互作用的结果.而
Fcc一?平衡剂的粘性作用增大所致.
根据Jenike_4提出的整体流动和非整体流动的判据.结合物料特征.当料斗的半锥度为
28.1.时,所有4种散体颗粒均处于Jenike的整体流动和非整体流动判据图的界限.如图4所
示.即在此条件下,散体颗粒可能形成非整体流动,这就是Fcc平衡剂,湿Fee—I平衡剂和新
3l2化学反应工程与工艺1997篮
鲜Fcc催化剂在半锥角为28.r抖斗中形成拱形状不同的原因.上说明料斗的形状对散体
颗粒的拱宽度有很大影响.
盏×10/Pa_m
(a)
一
盏×10-3/Pa?m
(c)
譬×10,Pa-m
(b)
盏xllPa?m
(d)
图2立管压力梯度对实验测量的拱宽度影响
Fig2TheeffoctoIthepressuregradientinstandpipeonthewidthofarching
(a)DryFCC-B~(b)WetFCC一1一B;(c)WetFCC—I—B;(d)DryFee—F
第3期罱山等负压差移动床立管料斗颦拱实验研究313
()(b)(
c)
图3敞体颗粒在料斗中的拱形牡
Fig3Theshapeofarchinginhoppers 3.3物料特征的影响
如表1所示,由于新鲜Fee催化剂和Fcc平衡剂的休止角及密度相差较大,在相同压力
梯度条件下,如图4(a)所示,实验测量新鲜Fee催化剂的静态拱宽度比Fee平衡剂太;而对
于增湿的Fcc还原剂,在相同压力梯度条件下,如图4(b)所示,实验测量的拱宽度相差不
太,休止角较大的Fcc平衡剂一I的拱宽度相对较大
如图2(d)所示.对于依止角较大的Fcc平衡剂一I.实验测量的拱宽度在实验所用三种
半锥角料斗中变化不太,上说明在散体颗粒特性中,物料的密度和粘性对静态拱宽度的影
响很大.
一
鬈×1/Pa—m,×lO/Pa-m
图4散体颗粒性质对拱宽度的影响
Fig4E~'fectofthepropertiesofpowderOilthewidthofarching
34经验公式提出
综上所述.影响散体颗粒在料斗中形成拱宽度的主要因素有散体颗粒本身特征(,t和
314化学反应工程与工艺1997年
Pb),料斗形状因素和壁面摩擦角以及操作条件等.因此.用(鲁).(告).
(._盅)和()四个无因次量来关联.
其中:(鲁):描述散体颗粒的粘性与剪切性质之比 ():料斗形状与壁面摩擦性质之比
这样,对196个实验数据点关联的结果
如下:
()=o.238(-9.".
?
(芳)()
对于三个无田次量的相关系数分别为
0.956,0.959和0.964.关联的实验结果
见图5,大多数实验数据和拟合酌拱宽
度误差为土20范围内.此式主要应用
于在本实验范围内.
4结论
当散体颗粒
643.5kg/m??1085kg/m
26.7.??32.9
22.4.??34.6
在负压差移动床立管的锥形料斗
图5计算的拱宽度与实验的结果相比较
Fig5Thecomparisonofthewidthofarching
bybetweenexperimentandcatculatEon
<t:t?28.1.
中形成静态拱时其宽度可通过下面的关联式求得 (鲁)-o.zss((刍)"().
致谢:感谢中国石油化工总公司对此研究工作资助j
第3期景山等.负压差移动床立管料斗架拱实验研究315
n——立营直径,12)
‰——实验测量的拱宽度,m
‰——计算拱宽度,m
g一一重力加建度9.8lm/s
d户/d^——立管中气体压力梯度.Pa/m
符号说明
参考文献
希腊字母
——
回锥形料斗的半锥角,
——
散体颢l盘的有效摩攘角,
——
靛捧曩牲与壁面摩擀角,
——
散体颢粒的休止角,
尸b——靛体颗粒堆积密度,kg/m
1LLHZPowderTechno【.i994,78:i79,187
2LeungLS,JonePJ.PowderTechnol,1978,2O:1454160 3JentkeAWJo]lansonjR.andCarson』W.TransASMEjEngInd,1973,99:1,16
ANEXPERIMENTALSTUDY0NTHEARCHINGIN
M0VING—BEDSTANDPIPEAGAINST
THENEGATIVEPRESSUERGRADIENTS
JingShanLiHongzhong
(InstituteofChemicalMetallurgy,Beijing100080) ABSTRACTInthispaper,thewidthofarchinginthehopperconneciedwithastandpipe
ismeasuredunderthenegativepressuredropcondition,andtheeffectthepropertiesof
powders,theshapeofthehopperandtheoperationconditiononthewidthisdiscussed.A
correlationtocalculatethewidthofstaticarchingwasgivenontheconditionsforpowders
643.5kg/m?pb?1085kg/m. 26.7.??32.9.
22.4.?a?34.6.
andthehalf—angleofcone 0o<?28.1.
asfollowings: ()-o-zss(()"(). Keywords;Negativepressuredrop,Moving—bedstandpipe.Hopper,Thewidthof
staticarching
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