生物化工醇废液燃烧和膨胀特性的实验研究

摘要

生物化工醇是用玉米等植物作为原料生产的一种化工产品。其生产过程中会产生大量的废液，若直接排放，对环境有很大危害。通常的处理方法是将生物化工醇废液喷入碱回收炉中燃烧，回收碱金属盐，并循环利用，同时回收热能。由于生物化工醇废液具有钠含量高、燃烧时体积膨胀大等特殊性质，因此，有必要研究其燃烧和膨胀特性。
　　本文首先用CHN元素分析仪等实验仪器对生物化工醇废液的成分和物性进行了研究，发现生物化工醇废液中的钠含量较高。并利用热重分析仪对它的热解特性和燃烧特性进行了分析。研究表明，其热解和燃烧的过程都分为四个阶段。第一和第四阶段基本相同，但第二和第三阶段差别较大。用Coats-Redfern法和Avrami-Erofeev方程计算燃烧的动力学参数，发现不同反应阶段，活化能大小不同。活化能越大，频率因子也越大，两者存在补偿效应。
　　其次，利用马弗炉，通过测量体积的方法，研究了废液质量、炉膛温度和加热时间对生物化工醇废液的膨胀特性的影响。实验发现，废液质量越小，膨胀指数越大。加热温度较低时，加热时间越长，最大膨胀指数越大；但当加热温度较高时，加热时间越长，最大膨胀指数越小。
　　最后，利用竖直管式炉，通过高速摄像机拍照的方法，观察炉膛温度、气氛、液滴直径以及固形物含量对生物化工醇废液的膨胀特性和燃烧特性的影响。并对反应产物表面进行扫描电镜分析和X射线能谱分析。实验结果表明，除600℃外，其他温度下废液在氮气比在空气中的膨胀指数高。忽略温度和气氛的影响，在原液液滴为2.5mm时的最大膨胀指数最大。忽略液滴直径的影响，在氮气气氛下，原液的最大膨胀指数随着温度的上升先增大后减小。在空气气氛下，膨胀指数随着温度的升高先降低后增大。实验还发现，温度越高，膨胀时间越小。膨胀最大时，对应的加热时间并不一定是最长的。膨胀时间与着火时间的变化趋势基本相同，但膨胀时间要延迟1-2s。火焰持续时间会随着液滴直径的增加而增大。除此以外，温度越高，着火时间越早，火焰持续时间越短。900℃、空气气氛下的反应产物表面形貌呈现针刺状，而其他研究工况下的产物表面大多呈现熔融态并含有固体颗粒，膨胀过程中固形物表面会出现大量孔隙。

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第1章 绪 论

1.1引言

1.2研究背景

1.2.1玉米生物化工醇应用背景

1.2.2黑液液滴在碱回收炉中的燃烧过程

1.3黑液燃烧特性研究现状

1.4黑液膨胀特性研究现状

1.5本文研究内容

第2章 实验方法及实验方案

2.1膨胀特性实验方法

2.1.1竖直管式炉实验方法

2.1.2高速摄像机

2.1.3高温马弗炉实验方法

2.1.4干燥样品的制备

2.1.5膨胀特性表示方法

2.2其他实验仪器

2.2.1 CHN元素分析仪

2.2.2微机全自动量热仪

2.2.3电感耦合等离子体光谱发生仪（ICP-AES）

2.2.4热重分析仪

2.2.5扫描电子显微镜（SEM）

2.2.6 X射线能谱仪

2.3本章小结

第3章 生物化工醇废液热解和燃烧特性研究

3.1生物化工醇废液样品分析

3.2生物化工醇废液热解特性

3.2.1热解的TG-DTG曲线

3.2.2升温速率对废液热解特性的影响

3.3生物化工醇废液的燃烧特性

3.3.1燃烧的TG-DTG曲线

3.3.2着火特性

3.3.3燃烧的动力学参数

3.4本章小结

第4章 生物化工醇废液膨胀特性的实验研究

4.1马弗炉内废液膨胀特性的研究

4.1.1废液质量的影响

4.1.2温度和加热时间的影响

4.2竖直管式炉内废液膨胀特性的研究

4.2.1试验工况

4.2.2液滴膨胀特性实验研究

4.2.3两种实验条件下最大膨胀指数的比较

4.2.4液滴燃烧特性的实验研究

4.2.5反应产物表面形貌特性分析

4.2.6 X射线能谱分析

4.3本章小结

结论

未来工作展望

参考文献

声明

致谢