氧熱法電石生產(chǎn)新工藝的反應(yīng)器設(shè)計(jì)與性能模擬.pdf

1、電石是重要的化工基礎(chǔ)原料，主要用于生產(chǎn)乙炔。所得的乙炔可以合成很多有機(jī)化合物，例如合成橡膠、人造樹(shù)脂等;此外，電石乙炔化工也廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工及冶金工業(yè)等。工業(yè)上合成電石的方法是電熱法，但由于電熱法存在著“高能耗、高物耗、高污染”問(wèn)題，劉振宇等提出氧熱法合成電石新工藝。基于此工藝體系的特點(diǎn)，本文分別開(kāi)展了氣流床反應(yīng)器和復(fù)合床反應(yīng)器設(shè)計(jì)和性能模擬研究，以期為此新工藝的工業(yè)化提供參考依據(jù)。
　　 首先，利用計(jì)算流體軟件FLUENT考

2、察了反應(yīng)器中的單相流動(dòng)特性，分析不同進(jìn)氣流量下氣體軸向速度沿反應(yīng)器高度以及徑向的分布變化并用實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證。結(jié)果表明:(1)在相同的進(jìn)氣流量下，反應(yīng)段的速度比擴(kuò)大段和預(yù)熱段的氣速大。在不同的進(jìn)氣流量下，隨著進(jìn)氣流量的增大，氣體軸向速度變大，但擴(kuò)大段和預(yù)熱段的增大趨勢(shì)比反應(yīng)段小。(2)在相同進(jìn)氣流量下，氣體軸向速度沿反應(yīng)器徑向減小。
　　 其次，利用CFD軟件FLUENT對(duì)已提出的氣流床設(shè)計(jì)概念進(jìn)行數(shù)值模擬，重點(diǎn)研究了體系的流動(dòng)和傳

3、熱特性和不同焦炭粒度對(duì)燃燒火焰中心的影響。結(jié)果表明:(1)氣流床反應(yīng)器的壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布合理。而在溫度場(chǎng)中氣流床內(nèi)的反應(yīng)段，氣體溫度局部達(dá)到3000K以上，電石合成反應(yīng)可以在此區(qū)域發(fā)生。(2)焦炭的粒度增大，火焰中心達(dá)到的溫度降低，火焰中心位置下移。120μm焦炭顆粒是一個(gè)分界點(diǎn)。自此增大焦炭顆粒粒度以后，其火焰中心的溫度減小不明顯，且火焰中心位置幾乎不下移。適宜焦炭粒度為120μm。
　　 最后，對(duì)復(fù)合床反應(yīng)器的流動(dòng)

4、性能和氣流床段的顆粒沉降進(jìn)行了研究，研究表明:(1)反應(yīng)器的整體壓力分布均勻，壓降主要集中在反應(yīng)段的氧氣噴嘴處和固定床段。(2)反應(yīng)段發(fā)生回流，氣流床段中氣體沿壁面向上運(yùn)動(dòng)，并與電石合成生成的CO匯合向反應(yīng)器上部運(yùn)動(dòng)。(3)反應(yīng)段的底部溫度最高，達(dá)到2000～2300K，電石合成反應(yīng)在此區(qū)域內(nèi)發(fā)生。(4)隨著原料球團(tuán)顆粒粒度減小，顆粒在氣流床段的停留時(shí)間增加顯著。球團(tuán)粒度需在30μm以上，才能有效避免顆粒發(fā)生氣流夾帶。(5)當(dāng)原料球團(tuán)顆