氧热法电石反应器流动及传热性能模型化设计研究

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1、北京化工大学硕士研究生学位论文El期：二O一四年六月三日北京化工大学学位论文原创性声明一本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：益迪日期：丝!生：12』：翌上关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家

2、有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。口论文暂不公开(或保密)注释：本学位论文属于暂不公开(或保密)范围，在上年解密后适用本授权书。留非暂不公开(或保密)论文注释：本学位论文不属于暂不公开(或保密)范围，适用本授权书。作者签名：亟近日期：冱f生：筮丕：2主导师签名：么华弪日期：垫!垫。垒垦!哆学位论文数据集f中图分类号T002l学科分类号530．2440论文编号1001020140045密级公开学位授予单位代码10010学位授予单位名称北京化工大

3、学作者姓名黄迪学号2011200045获学位专业名称化学工程与技术获学位专业代码081700课题来源自然科学基金项目研究方向多相流反应工程论文题目氧热法电石反应器及其模型化研究电石合成，氧热法，离散单元法，数值模拟，关键词复合床反应器，布料器，颗粒流论文答辩日期2014．5．30母论文类型基础研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长指导教师刘辉教授北京化工大学化学工程评阔人1雷志刚教授北京化工大学化学工程评阔人2任树行讲师北京化工大学化学工程评阅人3评阕人4评阅人5答辩委员会主席高正明教授北京化工大学化学工程答辩委员l李春喜教授北京化工大学化学工程

4、答辩委员2杨晓进教授北京化工大学化学工程答辩委员3邵磊教授北京化工大学化学工程答辩委员4李英霞副教授北京化工大学化学工程答辩委员5注：一．论文类型：1．基础研究2．应用研究3．开发研究4．其它二．中图分类号在《中国图书资料分类法》查询。三．学科分类号在中华人民共和国国家标准(GB／T13745—9)《学科分类与代码))中查询。四．论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。氧热法电石反应器流动及传热性能模型化设计研究摘要随着我国经济飞速发展，工业上对电石的需求日益增大，针对现在工业上电热法生产电石存在的问题，北京化工大学提出氧热法生产电石原理及其适配的复合床反应器

5、。本文旨在通过研究该复合床反应器内原料的运动及分布、预热区传热，对中试规模为l万吨／年的电石反应器性能进行考察，确定合适的几何和操作参数，为该反应器工业化提供依据。首先建立模拟颗粒运动的离散元模型，并用离散单元法(DiscreteElementMethod，DEM)进行求解，对模型的建立及求解过程进行验证，结果表明：模拟结果从床层流动形态、时均速度、速度脉动均方根均等方面与实验值吻合良好，论证了EDEM软件模拟颗粒行为的可靠性。其次利用EDEM软件对复合床内颗粒运动进行模拟，考察布料器不同几何参数和操作参数时颗粒质量通量、颗粒分布、颗粒速度，结果表明：(1)对于不

6、同布料器，颗粒在移动床中呈现平推流和汇聚流两种流动形态；(2)随着布料器转速或开口大小的增加，颗粒质量通量非线性增加；对于扇形开口布料器，颗粒质量通量呈现周期性变化，随着转速及开孔角度增加，周期减小；颗粒在反应器径向上的分布亦随布料器转速或开口大小增加而更均匀，对于布料器不同转速或开151大小，布料器扇形开口时分布呈“U”型、矩形开口时分布呈“M"型。(3)沿反应器轴向向下，颗粒分布越来越均匀；布料器扇形开口时，I颗粒分布的离散系数均大于l，矩形开口时，颗粒分布的离散系数均约为O．5；对矩形开E1布料器时，不同轴向高度截面上，X、Y方向时均速度呈中心对称、速度脉动

7、均方根呈轴对称。(4)为达到反应物颗粒通过布料器后在下落床区均布、利于碳燃烧均匀供热的目的，优选布料器形式为矩形开口布料器，且布料器开口与颗粒直径之比为Ⅵ∥铭=鼠】．5，操作参数为n=10r／rain。最后针对年产1万Ⅱ屯电石的中试规模，采用选定的布料器，对复合床的移动床段进行换热计算，考察该预热区气固两相的换热情况，结果表明：(1)从一维计算得到，当颗粒粒径一定时，所需移动床段高度随反应器直径的增加而降低，当反应器直径一定时，所需移动床段高速随颗粒粒径的增加而增加；根据所需移动床段高度随反应器直径和颗粒粒径的变化幅度，优选反应器直径1．6m、颗粒粒径4cm进行三

8、维CFD模