氧热法电石合成气流床反应器的流动特性.pdf

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1、第43卷第4期煤化工Vo1．43No．42015年8月Aug．2015氧热法电石合成气流床反应器的流动特性杨鹏远，刘辉z(1．国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州215000；2．北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室，北京100029)摘要针对氧热法电石合成的电石生成吸热和碳燃烧放热耦合特点，构思并研究了适用该过程的两相气流床反应器。采用空气一氯化聚氯乙烯(CpVC)一磷酸钙颗粒[ca。(P0)]模拟物系，实测了不同喷射气速、固体颗粒进料速度情况下气流床床层内局部气速的轴径向分布、固体颗粒浓度的轴径向分布。结果

2、表明：床层局部气速沿反应器轴向高度的增大而减小，并在轴向位置H=0．90m时达到最小；在同一喷射气速下，床层局部气速沿反应器径向分布随着无因次半径r／R的增加而减小；当喷射气速在68．80m／s到98．29m／s之间变化时，固体颗粒浓度在床层轴向位置上先增大后减小，并且其值在H=0．40m时最大；同一进料速度下，在反应区固体颗粒浓度从床层中心到床层壁面处一直在增大。上述结果表明，电石生成反应与燃烧供热反应原位耦合于气流床中是可行的。关键词氧热法，电石合成，气流床反应器，气速分布，固体颗粒浓度分布，流动特性，喷射速度文章编号：100

3、5—9598(2015)一04—0056—05中图分类号：TQ132．32．TQ018文献标识码：A目前，电石的合成方法主要是电弧法_1]，该法虽然历史悠久，但是存在高能耗、高物耗和高污染的缺1实验点r2_。鉴于此，有必要研发更合适的电石反应器和生产工艺。近来，刘振宇等口提出了一种新型氧热法电石生1．1冷模实验系统产工艺，该法直接耦合吸热的电石生成反应和放热的冷模实验系统流程示意图见图1所示。系统主要碳燃烧反应，不仅提高热效率，而且可提高反应中各包括气流床反应器以及局部气速、固体颗粒浓度的测相间的接触效率。针对该工艺，刘陆等已提出

4、鼓泡量系统。实验所用反应器主体为(80～200)×1400床反应器技术，但该技术存在操作难度大、电石易结mm有机玻璃筒，其由3部分组成，即底部的反应区、垢的缺点，导致物料之间的传质效率降低，未能充分中间的过渡区、顶部的预热区，反应区、过渡区以及预利用氧热法的优点。因此，笔者构想了适用于该工艺热区的轴向高度及直径分别为360llm、430mm、500mm的一种气流床反应器，其中，通人的气体作为氧化供及80mm、80mm～200rain、200rain，在反应区有进气的喷热的原料，使Ca0颗粒与碳颗粒在气流中燃烧，进行嘴以及固体颗粒进

5、料口，在顶部有两个出气口，还设电石合成反应。作为这种反应器开发的第一步，研究有伸进预热区的气体喷口。反应器的两侧分别装有测了其多相流动特性，也即在冷态条件下，重点考察不试阀和测压阀。实验在室温、常压下进行，喷射气速同操作条件下反应器内作为氧化供热气体的轴径向为29．17m／s～143．75m／s，平均固体颗粒进料速度分布、以及作为反应原料的固体颗粒的浓度分布，据G为0～19．8kg／h。本冷模实验采用空气一固体颗粒此分析反应器的可行性，为新型电石反应器的研发提二相体系，其物理性质见表1，其中空气模拟氧气，氯供借鉴和参考。化聚氯乙烯

6、(CPVC)模拟煤粉，磷酸钙颗粒[Ca。(P0)]收稿日期：2015—04—06基金项目：国家重点基础研究发展计划(973)基金(201lCB201306)作者简介：杨鹏远(1988一)，男，河南信阳，实习研究员，硕士，2009年本科毕业于河南大学化学T程专业，现从事多相反应器研究T作，E-mail：yangpengyuan@sipo．gov．cn。2015年8月杨鹏远等：氧热法电石合成气流床反应器的流动特性一57一模拟氧化钙颗粒，CPVC和Ca。(P0)2的粒径为0．10IIlIIl～浓度与对应的电压值绘制成曲线，并选择合适的拟

7、合0．15mm，两者间密度比与原体系相近。来自压缩机的条件，可以得到标定过的浓度与电压的关系曲线，见压缩空气先经减压过滤到所需要的压力，然后通过金图2。由图2可知，电压与固体颗粒浓度之间比较符属转子流量计计量，再通入气流床中，最后由反应器合指数曲线关系，采用指数递增函数，对实验数据回上部逸出。实验时，打开风机，固体颗粒经叶轮给料器归，得到标定过的电压与浓度关系式为：被空气吹入到反应器内，然后进行相关参数的测量。叶V=3．5076×10一×exp~／~。。。勰+0．05982轮给料器下端接有风管，CPVC和ca。(P0)颗粒加入式中

8、：——电压，V；‘D——固体颗粒局部体积分数。料斗仓后，从给料器下端出来，被风吹进反应器中，进料的速度由变频器调节变频电机的快慢来控制。体积分数图2电压与固体颗粒体积分数关系校正曲线2结果及讨论1一反应器2一喷射气管3一压力传感器4一光纤探头5一颗