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聚苯乙烯颗粒的稀相气力保送系统

聚苯乙烯颗粒的稀相系统:管道横截面上的压降曲线和颗粒分布

在塑料粒料的气力保送进程中,已不雅察到具有相似物理特性的材料可以在压降方面产生分明不同。 在这项义务中,从实验角度展现了具有圆形横截面的载有颗粒的2.7米长水平通道中的压降。 对圆柱形聚苯乙烯珠粒中止实验,均匀直径为3.2mm,质量载荷为0.06-0.11(kg颗粒/ kg气体)。 研讨了空气质量流量在0.085kg / s至0.170kg / s的范围内。 压降曲线显示为空气速度和颗粒载荷的函数。 照顾面法对空气速度,粒子载荷及其交叉关系体现出高度统计学意义。

关键词:气力保送系统; 颗粒状固体; 聚苯乙烯; 粒子分布; 压力损失。

保送管道中的固体活动通常经过应用两种不合的活动技术中止:密相和稀相。 在致密相中,施加高浓度的固体,通常大于30%v / v,速度为1-5m / s。 密相外形具有高的搜集,垄中断和回护成本,由于它需求高气压(压力高于20 mbar / m)。 稀相保送在低于1%v / v的固体浓度和高于20m / s的速度下运转。 稀相方案成本较低,但在低运输速度下会引发不规则的管道磨损,主要是在水平管道的下部。

在稀相中气动保送系统的功用受压降的影响很大,而压降又取决于几个参数,例如材料特性,管道设计和蔼流。

本研讨的目的是取得圆柱形聚苯乙烯颗粒的压降曲线,并分析空气速度和固体载荷对压降的影响。 照顾面法用于分析空气速度和固体载荷对压降照顾的影响。


材料和举措

实验安装


实验安装的圆柱形通道的总长度为4.2米。 通道的第一局部长1.5米,用于在聚合物颗粒的进料点之前取得完全展开的气流。 圆柱形通道的初始局部具有流量调理器,其位于鼓风机后0.9m处,其用于使管流中的速度分布均匀化。 流量调理器还旨在减速构成完全展开的湍流速度分布,其在调理器下游约25个直径处取得(Xiong等人,2005)。

实验安装的主要部件由圆柱形通道组成,放置在颗粒的进料点以后,长2.7米,内径117毫米。 这类配置收容许建立2维活动条件,其中由于颗粒沉降,重力损坏了两相流中的圆柱对称( 图1和2 )。

气力保送气力保送

经过离心式鼓风机()引进空气,其具有100mm直径的半开式叶片,203mm直径的吸进管线和102mm方形排出局部,其衔接至1Hp可变旋转马达,其中两个额外的轴承是添加(均衡鼓风机马达)来评价机械功率。

经过皮托管丈量总压力和静压。 这些管由两根190mm长的“L”形同轴管组成。 内管的内径为3毫米,外管的内径为8毫米,依照ASME尺度制造。 总压力经过皮托管的中心管取得,而静压经过放置在皮托管外管壁中的小孔取得。 动态压力必定为总压力和静压力之间的差值。 皮托管放置在第一个测压环后0.13米处和流量调理器后0.53米处。

在活动调理器以后,分别将第一,第2,第三和第4测压环放置在0.40米,0.60米,1.20米和3.00米处。

借助于带有六个径向叶片的旋转阀将固体从进料收收容器送进保送管,丈量为92mm×42mm,直径为76.2mm。 将固体排放到位于水平气动保送机末真个搜集器模块中。 颗粒分布分析模块由9个方形截面的铝管组成,尼龙袋衔接在其上以搜集固体颗粒( 图3 )。 负载 μ (固体质量流量/空气质量流量)由气流阀和旋转阀的互相作用控制。

固体颗粒

材料


在测试中使用聚苯乙烯颗粒(PS)并由BASF提供。 聚苯乙烯颗粒的性质列于表1中 。

可离性质

实验


经过将固体质量流速设定为0.085kg / s,0.13kg / s和0.17kg / s(此处分别称为G 1 ,G 2和G 3 )来建立作为空气速度的函数的聚苯乙烯压降特性曲线。 。 速度从5到35米/秒转变,载体上的压力用衔接到倾斜压力计的测压环丈量。 在这些条件下的最小和最大颗粒负载量分别为0.5kg颗粒/ kg空气和7.8kg颗粒/ kg空气。

聚苯乙烯在管道中的分布是依据安装在保送管末真个9管搜集模块中的固体质量必定的; 管道编号如图3所示。 在每一个袋中搜集的质量用于计算每单位面积的质量分数,然后收容许计算聚苯乙烯在管的横截面中关于一切空气速度和固体质量流速的分散。

计算9个搜集器的颗粒密度,并且还使用外表照顾举措处置这些点。 使用软件Statistica v7.0基于使用距离加权最小2乘法的数据内插来天生粒子分布轮廓。 应用该举措是由于它为非对称轮廓提供了更好的数据拟合。

后果与讨论


将水安然安全垂直标的目的上的压降丈量值回一化为 ΔP/ L,其中L是压力抽头之间的距离。 图4显示了聚苯乙烯颗粒在水平标的目的上的压降与载荷和空气速度的关系。 图4中的A'B'局部暗示由全部水平传输线中的空气流(无固体流速G 0 = 0)引发的压降。 由于内部摩擦,空气对壁摩擦和活动扰动,压力随着速度的添加而添加。

气力保送表
图4中的CDE局部暗示固体流速为0.085kg / s(G 1 )时的压降曲线。 高风速(25米/秒)招致尽对较高的压降。 随着空气速度下落并且固体质量流速坚持恒定,压降抵达最小点,然后由于水平管下部的固体沉降而添加。 关于一切固体流速(G 2 = 0.13kg / s和G 3 = 0.17kg / s)不雅察到相反的举动。

照顾面法用于分析垄中断条件对聚苯乙烯颗粒压降的影响。 表2列出了压降的要素扰动分析。 后果显示,在99%的相信水平下,固体载荷和空气速度的2次效应(v 2 )具有统计学意义(p <0.01)。 两种垄中断条件对压降都有积极影响,这意味着固体载荷或空气速度的添加倾向于添加聚苯乙烯珠粒的压降。 在恒定空气速度下,总压力梯度随着固体质量流速的添加而添加。 高固体流速下的压降添加可回因于管道中较高的横截面固体浓度,从而对经过系统的空气活动产生额外的阻力。

气力保送表

空气速度2次项的99%相信水平的正面意义标明,空气速度的添加对压降的影响远大于固体载荷。 空气速度和固体载荷之间的交叉互相作用是负的,这意味着在某些垄中断条件下,可以找到压降的最小值, 如图4所示 。

管道中气流的压降(G = 0)可用公式(1)暗示:

水平管道中两相流的压降(G = 0.085至G = 0.17)可用公式(2)(单位为mm / m)或公式(3)(单位为Pa / m)暗示:
气力保送算法
水平管道中两相流的压降(G = 0.085至G = 0.17)可用公式(2)(单位为mm / m)或公式(3)(单位为Pa / m)暗示:

气力保送算法
其中 ΔP/ ΔL是压降(Pa / m),G是固体流速(kg / s),v是空气流速(m / s)。

为了对任何管道直径广泛无效,可以重新定义等式(3),如公式(4)所示:
气力保送算法
气力保送算法



其中 ΔP/ ΔL是压降(Pa / m),D是管道直径(m),G是固体流速(kg / s),g是重力减速度(m / s 2 ) v是空气流量(m / s), ρa 是空气密度(kg / m 3 )。

经过F检验验证了水平管中聚苯乙烯颗粒压降和水平管中气流压降的回回模型( 表3 )。 F检验的后果显示,计算的F值比列出的F值高出4倍以上(95%相信水平),标明回回模型是无效的,可用于猜想水平管道中聚苯乙烯颗粒的压降。 猜想值和不雅测值的图示于图5中 。


气力保送

气力保送

当空气流速很高时,固体完全悬浮在空气流中。 随着空气速度的下落,固体挪动得更慢,并倾向于沉降在管道的下部。 当空气速度短少以坚持一切颗粒悬浮时,颗粒末尾在管道底部沉降,直到横截面完全堵塞(Rhodes,2000)。 此时,固体沿管道底部以密相保送。 这一点标志着气动保送的稀相和密相之间在水平线上的界线。

Vásquez等。 (2008)研讨了4mm聚乙烯颗粒(硬颗粒和软颗粒)的压降曲线,速度在15和30m / s之间,固体载荷/空气质量在0.5和2.5之间。 Vásquez等人取得的后果。 (2008)相似于本文取得的聚苯乙烯颗粒的压降。 Vásquez等。 (2008)声称添加的压降局部是由于颗粒在经过保送系统的进程中必需多次重新减速。 其余,猛烈的弹跳添加了固体和空气之间的轴向速度不同,添加了颗粒上的阻力。

Tomita和Asou(2009)研讨了聚乙烯颗粒在水平管道中以10分低的速度(<8 m / s)保送。 他们不雅察到高压力损失,就像本研讨呈报的低气流速度一样,也可以经过相似于公式(3)的方程拟合。 Pahk和Klinzing(2008)对聚苯乙烯颗粒不雅察到相反的典型后果,但是在空中气速度和稍大的颗粒直径(3.9mm)下不雅察到。

水平管道中气动保送的压降也可以经过思索气流速度,管道直径,气体密度,颗粒负载和颗粒摩擦系数的公式来拟合。 但是,颗粒摩擦系数难以计算,并且其估计存在若干相关性。 通常,颗粒摩擦系数取决于气流速度,颗粒速度,管道直径,气体密度,颗粒负荷,阻力系数,颗粒直径和蔼体粘度(Klinzing等,1997)。 这里提出的用于预算聚苯乙烯颗粒的水平气力保送中的压降的等式可以用作更复杂的等式的交换。

图6显示,即使阔别最小压降点,也可以在管的横截面中出现不均匀的颗粒分布。 在最高风速(23 m / s)和最低固体流速(0.085 kg / s)下,固体大局部在管道底部4周运输,83%的聚苯乙烯颗粒存在于搜集器中7 ,8和9( 图3 )。 在任何垄中断条件下,聚苯乙烯颗粒在管道中的保送不均匀分布。 当气动保送在高风速和低聚乙烯流速下运转时,发现了最好分布。 即使如此,68%的颗粒沿管道底部挪动,只需16%的颗粒被搜集在管道的上层。

气力保送
在该义务中取得的管的横截面中的颗粒分布相似于经过诸如扩大激光多普勒测速仪(LDA)的先进技术取得的水平管流的颗粒密度分布。 Lu等人。 (2009)经过使用扩大的LDA技术研讨了玻璃珠的运输,并报导了相似于本文取得的颗粒分布。

这里应用的一切条件的斯托克斯数高于1,标明颗粒运动与载气流有关,由于它没法照顾其转变。 关于两相流计算的最低斯托克斯数是1.53,在5m / s的空气流速下取得,其接近于颗粒的快速和慢照顾工夫与空气速度转变之间的实践界线。 关于两相流计算的最高斯托克斯数是10.7,在空气流速为35m / s时取得。

后果标明,作为空气速度和固体质量流量函数的压降曲线必需与管道横截面中颗粒分布的数据相结合,以加强稀相气动的设计和分析。保送系统。


结论


聚苯乙烯在管道中的水平气动保送中出现不均匀的颗粒分布。 圆柱形聚苯乙烯颗粒的保送主要在管的下部,即使在低固体载荷和空中气速度下也是如此。 当系统在高风速和低聚苯乙烯负载下运转时,发现了最好分布。 后果标明研讨颗粒分散和系统特点曲线的重要性



参考

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