超短接触旋流反应器混合腔结构优化试验研究.pdf

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1、700化1：机械2012年超短接触旋流反应器混合腔结构优化试验研究单涛4刘强王振波金有海(中圆石油大学(华东)化学11：程学院)摘要针对超短接触旋流反应器混合腔内催化剂颗粒径向分布不均匀的现象，提出了一种新型结构的混合腔，在反应器的冷态试验装置上测量了该结构下混合腔内催化刑颗粒浓度场及速度场，并与基；隹结构进行了对比，试验结果表明：这种新型的优化结构可以有效改善混合腔内催化荆颗粒的径向分布不均匀现象，对边壁存在的催化剂轴向返混现象也有明显改观。关键词旋流反应器催化刘径向分布结构优化中图分类号’rQ052．5文献标识码A文章编号0254-6094(2012)06-070

2、0-05传统反应器在用于重质、劣质油加工时所暴露出的弊端——传质传热效果差、反应时间长、反应不充分以及系统内设备结焦等Et益突出。1～。超短接触旋流反应器是国内外兴起的一种新型高效化工反应设备，首次将旋流场引入到化学反应过程中，利用旋流场的高湍流度来提高气固接触效率，实现反应与分离的同步进行，具有传质传热效果好、油气停留时间短等优点，尤其适用于石油化。I=行业中的重油催化裂化工艺。但是现有的反应器大多直接借鉴旋流分离器的没计．入口混合腔结构过于简单，气固两相在混合腔内分布极不均匀，吲相在腔体内容易产生团聚，边壁区域的轴向返混现象严重，流场及浓度场的分布不甚理想，严重制

3、约着旋流反应器的发展。针对现有旋流反应器人口及混合腔存在的问题，笔者对超短接触旋流反应器的入口及混合腔进行了结构优化。1优化结构将超短接触旋流反应器的一次进气的水平切向进气方式改为与水平成20。角的倾斜向下切向进气方式(图1a)，该改动可将一次进气产生的切向速度部分转化为下行的轴向速度，一定程度上抵消了边壁处的上行轴向速度，减小了边壁处物料的下行阻力。同时，在二次进气入口处安装叶片出口角为30。的旋流导叶(图1b)，旋流导叶特有的导流加速作用不仅可以有效提高混合腔内的m眦II介聆一次世7C结怕i，优化入¨川旋流导”图I混合腔结构优化示意图·单涛，男，1987年1月生，

4、硕士研究生。山东省东营市，257061。第39卷第6期化工机械70l湍流程度，加剧催化剂、油(简称剂油)两相的运动形式从而提高接触效率，还能够分散进料，改善物料的径向均匀分布。除此以外，在催化剂入口处亦安装_r叶片出口角为30。的旋流导叶，导叶旋向与一次切向进气【¨J布置的导叶旋向相反。分别从相反旋向导叶喷出的剂油两相会在狭小的混合腔空间内直接发生对冲运动(图2)，同时完成能量传递，提高剂油的接触效率。2试验试验装置如图3所示，为负压运行系统。空气通过一次进气管8切向进入混合腔形成旋转流场，同时，催化剂经下料管6出口处安装的旋流导u十旋转进人腔内，与反向旋转的气流对冲

5、接触后发生能量传递，然后进人反应器的环形空间，该宅问是反应器的主反应空间，经混合腔预混合的剂油在此空间径向均匀分布，导向叶片位于环形空间下方，主要作用是对反应后的油固两相快速分图2混合腔内流场示意图1、2——催化剂人口；3、4——二次进气u离，缩短催化裂化反应时间，防止过裂化反应和结焦现象的发生。3

6、。最终，催化剂经过汽提器下方的卸料管进入螺旋输送器，然后返回料罐完成循环，而气相则从排气芯管排出。I——汽提器；7——牛托管：12——料筒；16——下料管；2——旋流反应器；8——一次进气管；13——螺旋提升机；17——风机：图3试验装置简图3——导向叶片；4——排气芯管

7、9——二次进气管；10——控制阀；14——PV6A型颗粒速度测量仪；18——电动机；19——回料管；5——混合腔；6——排气管；11——u形管压差计；15——激光探头；20——进料管；21——计算机702化工机械2012钲催化剂选用中国石化公司兰州分公司生产的FCC催化剂，堆积密度860kg／m’，骨架密度2042kg／m3，中位粒径65．44斗m。旋流反应器颗粒浓度场测试通过中科院过程所设计的PV6A颗粒速度测量仪来完成；速度场的测量采用了七孔球探针测量系统，规定轴向速度”．向上为正。以环形空间顶部水平截面为基准面，．卜下共设置6个水平截面(图4)。每个截面根据径向

8、长度的不同取8一10个测点，每个测点测5～6次，筛除坏点后取均值，以提高试验数据的准确性。习L—t、．．．／一_。几l图4试验测点标示3结果与讨论3．1优化结构浓度场分析在试验中，分别对基准结构和优化结构的混合腔进行了浓度场的测试，催化剂循环量为600kg／h，一次进气量为70m3／h，二次进气量为30m3／h。图5为混合腔z=315mm处测得的基准结构与优化结构的颗粒浓度场分布曲线。如图5所示，基准结构下测得的浓度曲线波动较大，在径向位置的中心处，即催化剂进料口下方存在较高浓度的催化剂，而在混合腔的边壁附近催化剂浓度极低，这说明催化剂颗粒在混合腔内