碳化硅多孔陶瓷的制备与气固分离性能研究

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本文以碳化硅多孔陶瓷的制备与性能研究为目的,以SiC颗粒为骨料,ZrO2为烧结助剂,无压烧结制备了SiC多孔陶瓷,考察了其过滤性能,得到如下结论:  (1)采用碳粉做造孔剂,在SiC粉体中加入ZrO2,通过干压成型和无压烧结工艺制备的SiC多孔陶瓷。锆英石是有SiC氧化生成的SiO2与ZrO2反应生成;烧结温度的提高有助于增大陶瓷的抗弯强度,是因为锆英石在SiC颗粒之间大量形成,加强了颈部连接,使得抗弯强度提高,但是对孔径分布的影响不大,孔隙率会减小;SiC颗粒粒径对陶瓷性能的有着十分明显的作用。颗粒粒径越小,孔隙率基本不变化,但抗弯强度会明显增大,孔径分布变小;烧结助剂含量对陶瓷性能有较大影响,含量越大,氧化锆颗粒会填充在碳化硅颗粒之间,导致孔隙率和孔径减小,而抗弯强度会增大。  (2)随着粉尘浓度增大,过滤压降升高变快;随着颗粒粒径的减小,过滤压降升高的速度变大,孔堵塞增大,但主要的污染原因是滤饼的沉积;陶瓷孔径的变化,对过滤压降的增速影响不大;过滤速度越大,初始的过滤压降变大,过滤压降的增速也增大,同时也加强了孔堵塞。过滤含尘气体时,截留率在过滤初始的阶段较小,随着滤饼的形成,截留率逐渐升高然后稳定;粉尘浓度的增大,会使初始截留率减小,稳定截留率基本相同;颗粒粒径和膜孔径的大小对截留率的影响较大,当颗粒粒径和陶瓷孔径的相比越小,颗粒穿透陶瓷的可能越大,截留率就越小;过滤速度越大,截留率越小。对于陶瓷过滤器的脉冲反吹过程,提高反吹压力、延长反吹时间都可增大清灰效果,但在一定的压力和时间后,反吹效果增大不明显,考虑到气体的耗量和对气体流量的影响,针对实际应用体系,应该综合考虑各方面的因素,确定最佳的反吹参数。  (3)通过实验数据回归得到K-C方程的修正参数,K-C方程的模型计算结果与实验数据较吻合。修正的K-C方程表明:在陶瓷膜制备过程中,支撑体应当在保持良好机械性能的前提下尽可能薄,孔隙率尽可能大,以减小过滤阻力;同理膜层的制备也应尽可能薄以提高气体渗透性能;采用非线性拟合得到kst与dm/dp的关系方程,建立了压降随时间变化的半经验模型,该模型包含尘气体浓度、气体粘度、过滤速率、dm/dp等因素。采用三种不同孔径的多孔陶瓷实验数据进行验证,模型值与实验值存在一定的误差。
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