Abstract The rotary kiln is an essential device in chemical and metallurgical industries, with applications in a wide range of solids manufacturing processes. In particular, in the preparation of industrial chemical catalysts, the kiln has become a popular reactor for continuous calcination of catalysts ranging from millimeter-sized extrudates to micron-sized powders. As granular and powder flow behaviors are difficult to characterize, the design and scale-up of rotary calcination processes are often performed empirically. The goal of this research is to improve the fundamental understanding of powder flow in rotary kilns to aid in optimization of the continuous calcination process. For successful calcination to occur, the residence time of the particles must exceed the time required for heating and subsequent treatment. For uniform treatment of the feed, the particles must also exhibit low axial dispersion. In this work, the mean residence time and axial dispersion coefficient for a cohesive fluid catalytic cracking powder were determined in a pilot plant kiln by measuring the residence time distribution. This study utilized a pulse test developed by Danckwerts. Results were fit to the Taylor solution of the axial dispersion model and compared to the Sullivan prediction for mean residence time. It was found that the mean residence time decreases as the feed rate, kiln incline, and rotation rate increase. It was also found that the axial dispersion coefficient increases with speed of rotation and angle of incline. However, the axial dispersion coefficient decreases as the feed rate is increased.

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烧结回转窑中黏结粉体停留时间分布的测量

摘要 回转窑是化工和冶金工业中必不可少的设备，在固体制造过程中有着广泛的应用。特别是在工业化学催化剂的制备中，窑已成为连续煅烧从毫米级挤出物到微米级粉末的催化剂的流行反应器。由于颗粒和粉末流动行为难以表征，旋转煅烧工艺的设计和放大通常是凭经验进行的。这项研究的目标是提高对回转窑中粉末流动的基本理解，以帮助优化连续煅烧过程。为了成功进行煅烧，颗粒的停留时间必须超过加热和后续处理所需的时间。为了对进料进行均匀处理，颗粒还必须表现出低的轴向分散。在这项工作中，粘性流化催化裂化粉末的平均停留时间和轴向分散系数是在试验装置窑中通过测量停留时间分布来确定的。这项研究利用了 Danckwerts 开发的脉冲测试。结果适合轴向分散模型的泰勒解，并与 Sullivan 预测的平均停留时间进行比较。发现平均停留时间随着进料速度、窑倾斜度和旋转速度的增加而减少。还发现轴向色散系数随着旋转速度和倾斜角度而增加。然而，轴向色散系数随着进给速度的增加而降低。在这项工作中，粘性流化催化裂化粉末的平均停留时间和轴向分散系数是在试验装置窑中通过测量停留时间分布来确定的。这项研究利用了 Danckwerts 开发的脉冲测试。结果适合轴向分散模型的泰勒解，并与 Sullivan 预测的平均停留时间进行比较。发现平均停留时间随着进料速度、窑倾斜度和旋转速度的增加而减少。还发现轴向色散系数随着旋转速度和倾斜角度而增加。然而，轴向色散系数随着进给速度的增加而降低。在这项工作中，粘性流化催化裂化粉末的平均停留时间和轴向分散系数是在试验装置窑中通过测量停留时间分布来确定的。这项研究利用了 Danckwerts 开发的脉冲测试。结果适合轴向分散模型的泰勒解，并与 Sullivan 预测的平均停留时间进行比较。发现平均停留时间随着进料速度、窑倾斜度和旋转速度的增加而减少。还发现轴向色散系数随着旋转速度和倾斜角度而增加。然而，轴向色散系数随着进给速度的增加而降低。粘性流化催化裂化粉末的平均停留时间和轴向分散系数是在试验装置窑中通过测量停留时间分布来确定的。这项研究利用了 Danckwerts 开发的脉冲测试。结果适合轴向分散模型的泰勒解，并与 Sullivan 预测的平均停留时间进行比较。发现平均停留时间随着进料速度、窑倾斜度和旋转速度的增加而减少。还发现轴向色散系数随着旋转速度和倾斜角度而增加。然而，轴向色散系数随着进给速度的增加而降低。粘性流化催化裂化粉末的平均停留时间和轴向分散系数是在试验装置窑中通过测量停留时间分布来确定的。这项研究利用了 Danckwerts 开发的脉冲测试。结果适合轴向分散模型的泰勒解，并与 Sullivan 预测的平均停留时间进行比较。发现平均停留时间随着进料速度、窑倾斜度和旋转速度的增加而减少。还发现轴向色散系数随着旋转速度和倾斜角度而增加。然而，轴向色散系数随着进给速度的增加而降低。结果适合轴向分散模型的泰勒解，并与 Sullivan 预测的平均停留时间进行比较。发现平均停留时间随着进料速度、窑倾斜度和旋转速度的增加而减少。还发现轴向色散系数随着旋转速度和倾斜角度而增加。然而，轴向色散系数随着进给速度的增加而降低。结果适合轴向分散模型的泰勒解，并与 Sullivan 预测的平均停留时间进行比较。发现平均停留时间随着进料速度、窑倾斜度和旋转速度的增加而减少。还发现轴向色散系数随着旋转速度和倾斜角度而增加。然而，轴向色散系数随着进给速度的增加而降低。