用于電石生產(chǎn)新型反應(yīng)器的開發(fā)及流動(dòng)性能研究(已改無錯(cuò)字)
2023-07-24 14:23:46 本頁面
【正文】 反應(yīng)器自 20世紀(jì)中葉被發(fā)明出來以后，其發(fā)展非常迅速，由于流化床氣固結(jié)構(gòu)簡單、操作性能好、反應(yīng)效率高，它已經(jīng)在工業(yè)上得到了廣泛的運(yùn)用和發(fā)展，尤其在石油化工中的作用越來越大。隨著社會(huì)科技的進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)的需要，對(duì)流化床反應(yīng)器內(nèi)的氣相以及固體顆粒的分布的準(zhǔn)確度和精度要求很高。通過先進(jìn)的檢測技術(shù)，既可以對(duì)流化床的流動(dòng)性能有深入的了解，同時(shí)也促進(jìn)了測試手段的進(jìn)步和發(fā)展。反應(yīng)器內(nèi)顆粒性質(zhì)的測量方法有下面幾種： （1）顆粒直徑。對(duì)顆粒直徑的測量有很多方法，有直接測量也有間接的測量法。直接測量是根據(jù)固體顆粒的幾何尺寸進(jìn)行的，例如篩分法和顯微鏡法等等；間接測量則是先確定與固體顆粒尺寸有關(guān)性質(zhì)參數(shù)，然后用前人已經(jīng)確定的公式計(jì)算顆粒大小，如沉積法等。激光粒度分析法，它即可分析固體顆粒，也可以分析噴霧顆粒、干粉樣品、濕泥樣品，這種方法與計(jì)算機(jī)配合可使分析過程非常迅速。顯微鏡分析法：它可以通過電鏡直接掃描固體顆粒，速度快、精度較高。自動(dòng)計(jì)數(shù)器法：該方法進(jìn)行粒度的測定時(shí)是通過測量顆粒對(duì)載體典型值或者載體光性質(zhì)的效應(yīng)來完成的，包括電阻變化法和光學(xué)法；電阻計(jì)數(shù)器用于快速測定電解液里的顆?；蛘咭旱蔚牧６?，光學(xué)計(jì)數(shù)器是應(yīng)用光學(xué)測量原理對(duì)顆粒進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)和粒度大小測定的。圖像分析儀法：該方法可在短時(shí)間內(nèi)提供完整的粒度分布和形狀資料，可得到形狀、面積、最長尺寸、最小尺寸等。沉降法：當(dāng)被分析的固體顆粒較小時(shí)（小于 mm），此方法可以廣泛的運(yùn)用。 （2）顆粒密度。固體顆粒密度分為顆粒密度，堆積密度，真密度等。最常用的固體顆粒測試方法為浸入法，把已知質(zhì)量的顆粒放入已知容積的水中，測出顆粒的體積，顆粒密度用顆粒的質(zhì)量除以體積即可。 （3）顆粒形狀。顆粒有很多種形狀，可分為以下幾種：球形，滾圓形，多角形，不規(guī)則形，粒狀形，片狀形，枝狀形等，球形是最常見的一種顆粒形狀。 氣流床反應(yīng)器中流動(dòng)性能參數(shù)的測量及分析。氣流床內(nèi)的流動(dòng)性能的測量主要是氣固兩相運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分析。具體而言，主要研究氣流床內(nèi)壓力的變化、氣體和固體顆粒在床內(nèi)的運(yùn)動(dòng)速度、固相濃度沿軸向及徑向的分布等。 （1）壓差的測量。壓差能直接或間接地反映出床內(nèi)固體顆粒的濃度、速度、氣泡變化的行為[35]。床層壓差最簡單的辦法是用 U型液壓計(jì)來測量。其簡單、方便、直觀，但是存在著觀察誤差大，工作效率低等缺點(diǎn)。近年來，研究人員大都采用差壓傳感器對(duì)床層壓降記性測量，差壓傳感器可以在線實(shí)時(shí)采集床層內(nèi)部壓力變化的情況，準(zhǔn)確、迅速、方便，已經(jīng)被大量的運(yùn)用在相關(guān)的領(lǐng)域。 （2）氣體速度的測量。床層內(nèi)局部平均氣速的測定是以一個(gè)比較麻煩的問題，因?yàn)榇矊託饬鞔嬖诨亓鞯葐栴}。近年來，由于科技的進(jìn)步，一些高端設(shè)備被引入此領(lǐng)域來，例如采用美國 TSI 公司生產(chǎn)的 TSIIFA300 型熱線熱膜風(fēng)速儀來測量局部氣體速度，此方法方便快捷準(zhǔn)確，缺點(diǎn)是設(shè)備比較昂貴。 （3）固體顆粒濃度的測量。電容層析成像測量方法在以往的研究中被大量的運(yùn)用[36]。其主要的原理是，通過電容值的變化，了解床層內(nèi)固體顆粒濃度的變化情況，此方法比較復(fù)雜，難于操作。隨著科技的進(jìn)步，最近幾年光纖顆粒濃度測量方法[37]被不少研究人員采用。光纖測試儀存在著精度高，測試速度快等優(yōu)點(diǎn)。最常見的設(shè)備是中科院過程所研制的 PC(V)6A系列光纖測試儀，此儀器已被業(yè)內(nèi)廣泛運(yùn)用。此外，還有學(xué)者用放射技術(shù)來測量床層內(nèi)部的顆粒濃度的大小[38]。 （4）顆粒速度的測量。固體顆粒運(yùn)動(dòng)速度的測量技術(shù)主要有攝像法[39]、光纖速度測量系統(tǒng)、多普勒激光測速儀[40]等。近些年來，由于光纖技術(shù)的迅速發(fā)展及普及，光纖技術(shù)也被運(yùn)用在測量固體顆粒運(yùn)動(dòng)的速度上。由中科院過程所研制的 PC6D型光纖測試系統(tǒng)被廣泛運(yùn)用在反應(yīng)器內(nèi)部顆粒速度的測量上，此方法簡單快捷，精度較高，且設(shè)備小巧靈活。 本課題的研究內(nèi)容及意義 本實(shí)驗(yàn)的研究內(nèi)容 本課題根據(jù)新型電石生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，首先選取淤漿鼓泡床反應(yīng)器進(jìn)行初步研究。固體顆粒通過葉輪給料器被風(fēng)吹進(jìn)反應(yīng)器，液相間接進(jìn)料對(duì)電石生產(chǎn)的反應(yīng)（固+固=液＋氣）進(jìn)行冷模實(shí)驗(yàn)。以自來水代替高溫下液態(tài) CaC2，CPVC顆粒代替 CaO。通過改變進(jìn)料氣體的表觀速度、固體濃度、對(duì)比有無內(nèi)構(gòu)和改變靜液高度來研究淤漿床反應(yīng)器內(nèi)傳遞性能的各參數(shù)變化，包括全床層平均氣含率、床層局部平均氣含率、固相含率軸向分布、大小氣泡分布。 在探索淤漿鼓泡床反應(yīng)器的基礎(chǔ)上，本文又繼續(xù)探索了另一種用于電石生產(chǎn)的反應(yīng)器氣流床反應(yīng)器。在冷態(tài)條件下，本文研究其多相流動(dòng)特性，重點(diǎn)考察和分析了床層的壓降、床層內(nèi)局部氣速沿軸向及徑向的分布和在氣固兩相條件下床層內(nèi)固體顆粒濃度的分布規(guī)律，據(jù)此分析反應(yīng)器的可行性，為新型電石反應(yīng)器的下一步研發(fā)提供借鑒。 本課題的意義 當(dāng)前，我國乙炔的生產(chǎn)方法主要是電弧法，此法存在耗能極大，污染高等缺點(diǎn)。本文根據(jù)電石生產(chǎn)新工藝，針對(duì)該工藝，首先選取淤漿鼓泡床反應(yīng)器進(jìn)行初步研究，相對(duì)于以前的實(shí)驗(yàn)，本課題從電石的制取方法和實(shí)驗(yàn)手段上進(jìn)行新的探索和嘗試，并且結(jié)合電石生產(chǎn)的特性和淤漿床反應(yīng)器的特性，對(duì)將淤漿床反應(yīng)器應(yīng)用于電石生產(chǎn)進(jìn)行初步研究，從嶄新的應(yīng)用角度研究多相傳遞對(duì)淤漿床反應(yīng)器反應(yīng)性能的影響。作為開發(fā)的第二步提出氣流床反應(yīng)器技術(shù)，也即在反應(yīng)器內(nèi)分區(qū)進(jìn)行炭燃燒和電石合成反應(yīng)，此反應(yīng)器分為預(yù)熱區(qū)、過渡區(qū)、反應(yīng)區(qū)三個(gè)部分，此反應(yīng)器不但能使生產(chǎn)效率提高而且能夠降低能耗，減少環(huán)境污染，有很好的推廣應(yīng)用市場。通過對(duì)兩種反應(yīng)器的研究論
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