气固流化床中静电的调控研究.pdfVIP

董克增等气固流化床中静电的调控研究 气固流化床中静电的调控研究 董克增，黄正梁，王靖岱，阳永荣 (化学工程国家重点实验室(浙江大学)，浙江大学化学工程与生物工程学系，浙江杭州310027) 摘要：流化床内绝缘颗粒间碰撞摩擦产生静电和电荷积累，影响了反应器的正常操作，譬如静电引发的颗粒 团聚、静电放电、结片甚至爆炸等严重后果，研究流化床内静电的调控具有重要的理论指导意义和工业应用 前景。基于颗粒间的摩擦荷电机理，本文提出了三种流化床静电的调控手段：引入细粉、加入静电引发剂和 电晕消电。结果显示少量细颗粒的加入可以大大降低床内颗粒间的总摩擦面积，显著降低流化床的静电水平。 但同时考虑到细颗粒的加入增加了颗粒间的接触电势差，过量细颗粒的加入导致静电增大。对于本实验体系， 为了降低流化床内的静电水平，细颗粒加入量不宜超过4％wt。其次对静电引发剂的加入提出了电势一电负性 (占／t_x。)理论，得出了金属离子的电负性X。很大程度上决定了聚乙烯颗粒接触分离后的电性，且与静电 电势的变化呈负相关的结论。此外，通过电晕放电作用能够改变床层颗粒带电量。负电晕放电作用后，颗粒 荷质比、床层静电势均下降。在低气速时，床层自身的静电较小，负电晕放电后床层颗粒可能带上相反极性 的电荷。在高气速下，床层自身静电势较大，同等电晕放电作用后床层静电只能减小一部分。本文提出的三 种静电调控手段能够很好地对流化床静电进行双向调控。 关■诃：漉化床静电细粉■电引发剂电●消电 气固流化床具有广泛的工业应用，如重油裂解、烯烃聚合、干燥、造粒等。由于流化床内绝缘颗 粒间碰撞摩擦产生静电和电荷积累，影响了反应器的正常操作，譬如静电引发的颗粒团聚、静电放电、 结片甚至爆炸等严重后果，在工业流化床反应器内控制静电水平，具有重要的现实意义。 目前，文献中提及的降低气固流化床静电危害的方法主要包括改变操作条件，处理反应器内表面， 安装静电消除器，加入抗静电剂，安装接地装置等【l】。然而这些方法都存在一定缺陷，或是缺乏可行 性，或是效率太低，目前还不能大规模在工业反应器上应用。迄今为止工业规模的流化床反应器静电 消除最成功的方法是加入抗静电剂12l。但是，抗静电剂大多是在牺牲催化剂效率的基础上作用的，并 且不能完全消除流化床内静电导致的安全隐患。 对于气固流化床内颗粒的带电行为，颗粒粒径起到了至关重要的因素。不同粒径的颗粒相互接触 分离之后导致粒径不同的颗粒获得了极性相反、电量相同的电荷，即双极带电现象【3巧】。由此，颗粒的 粒径分布很大程度决定了起电的过程和性质。Gardiola等№】研究了颗粒粒径同起电程度之间的关联， 发现起电程度随着粒径尺寸的增加而增加。除此之外，文献报道气固流化床内细小颗粒的加入可以有 效地降低静电荷的积累【7·8]oMehrani等【9】将不同的细小颗粒加入气固流化床，发现由于细小颗粒携带 电荷离开流化床的扬析作用，使得床内的静电荷平衡被破坏。 但是目前对于流态化体系中，考察粒径因素对于静电行为影响因素的研究还停留在基础阶段。而 且对于粒径影响因素的考察不应该作为单独一个变量进行研究，它与其他的物理量有很大的关联性。 如在聚合过程中，催化剂颗粒破碎成细小的粉末，不同粒径的聚合颗粒在众多物理性质方面表现出不 同，包括不同的相对分子质量、表面粗糙度、灰分含量等等。这些因素都会改变颗粒的表面功函数， 从而影响颗粒的带电性质和带电行为【{01。此外，细颗粒的加入改变了颗粒间的碰撞频率和接触面积【111， 进一步影响了床层的荷电水平。 颗粒的电晕荷电在静电除尘、静电涂覆等方面具有广泛应用。电晕放电已成功应用于料仓和包装 64 中国颗粒学会《流态化专业委员会》第七届全国流态化会议 2013年9月 作业中静电的消除。其原理是通过气体的电晕放电，中和绝缘颗粒或包装袋表面的电荷。但目前鲜有 文献研究利用气体电晕放电调控流化床静电【l引。 目前气固流化床中静电的调控研究主要集中于单方向的静电消除研究。例如考察细粉加入对流化 床静电的影响时仅停留在少数细粉可以有效降低流化床静电，但并未考虑过量的细粉会导致床内粒径 变宽，床层静电反而增大。研究流化床内静电的双向调控具有重要