复合床氧热法电石反应器模型化研究

摘要

我国的能源结构是多煤、贫油、少气，然而我国大量的煤炭直接燃烧造成了能源浪费，也产生了环境污染。而煤可以合成化工的重要原料电石，通过电石与水反应，可以生成重要的有机原料乙炔，因此煤制取电石有着重要的意义。然而传统电热法制电石反应器存在许多不足，刘振宇等提出了新型的氧热法制电石复合床反应器。本文针对新型的复合床反应器开展了模型化设计研究，也即，采用冷模实验方法设计了一种搅拌式的复合床反应器固体布料器，并考察了影响颗粒通过布料器的质量通量的因素;同时针对反应器熔池区设计，运用数值模拟方法考察开车过程、正常工况以及出料过程等工况下熔池的传热特性，据此提出熔池区耐火结构的优化设计方案。
　　首先，设计了一种新型布料器，并考察了桨叶类型、颗粒类型、分布板类型、床层高度、桨转速、桨叶到分布板距离等六个因素对颗粒下落质量通量的影响。结果表明:(1)随着床层高度增加、桨叶转速增加，颗粒下落质量通量均呈增加趋势。(2)随着桨叶到分布板距离增加，颗粒下落质量通量呈指数降低。(3)对于颗粒下落体积通量:玻璃球的远大于催化剂颗粒的。(4)对于颗粒下落质量通量:采用平桨叶时的远大于下压式桨叶时的;采用27孔分布板时的大于12孔分布板时的。(5)据此得到优选的设计条件为:采用27孔分布板，平桨叶且桨叶到分布板距离约为颗粒直径的2倍。
　　其次，设计了熔池区的耐火保温结构并针对熔池高度一定的情况下，对熔池传热与保温性能进行了研究。数值模拟结果表明:(1)初步设计的粘土质隔热耐火砖处有烧坏的危险，建议将此部分砖改为铬刚玉砖等。(2)电石反应3h后，可以考虑出料。(3)开车前应预热在15h以上。
　　最后，针对反应器熔池区出料工况进行了考察，运用动网格技术模拟出料过程。结果表明:(1)反应器出口处耐火材料选取为白刚玉砖的厚度为0.1m，可以保证刚玉砖下层的耐火砖不被烧坏。(2)反应器出料20min的过程中，熔池区的稳定性较好，响应时间较慢。(3)设计反应器时，应多设几个出口。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 文献综述

引言

1．1 电石生产与工艺

1．1．1 电石行业现状

1．1．2 电石生成原理

1．2 电石生产方法

1．2．1 电热法

1．2．2 氧热法

1．2．3 等离子体法

1．3 新型氧热法电石反应器

1．3．1 下落床反应器

1．3．2 复合床反应器

1．4 研究方法

1．5 研究意义和内容

1．5．1 意义

1．5．2 主要内容

第二章 复合床布料器结构及布料性能实验研究

2．1 实验装置

2．2 实验内容与数据处理方法

2．2．1 实验内容

2．2．2 数据处理方法

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 床层高度对颗粒下落质量通量的影响

2．3．2 桨转速对颗粒下落质量通量的影响

2．3．3 桨叶到分布板距离对颗粒下落质量通量的影响

2．3．4 桨叶类型对颗粒下落质量通量的影响

2．3．5 颗粒类型对颗粒下落质量通量的影响

2．3．6 改变分布板对颗粒下落质量通量的影响

2．3．7 布料器设计优化参数

2．4 本章小结

第三章 复合床反应器熔池区设计及其传热性能模拟

3．1 耐火砖温度的考察

3．1．2 基本假设

3．1．3 数学模型

3．1．4 物性参数

3．1．5 边界条件

3．1．6 网格的划分

3．1．7 网格无关性验证

3．1．8 结果与讨论

3．2 反应器正常工况下熔池区传热模拟

3．2．1 物理模型

3．2．2 基本假设

3．2．3 数学模型

3．2．4 等效比热法与物性参数

3．2．5 边界条件

3．2．6 结果与讨论

3．3 反应器开车前熔池区传热模拟

3．3．1 物理模型

3．3．2 基本假设

3．3．3 数学模型

3．3．4 物性参数

3．3．5 边界条件

3．3．6 结果与讨论

3．4 本章小结

第四章 复合床反应器熔池出料时传热性能模拟

4．1 物理横型

4．2 出料口处耐火砖的设计

4．2．1 白刚玉砖高度的设计

4．2．2 出料口耐火砖的选择

4．3 电石反应器出料状态模拟

4．3．1 模型描述及基本假设

4．3．2 数学模型

4．3．3 物性参数

4．3．4 边界条件

4．3．5 网格的划分

4．3．6 网格无关性验证

4．3．7 结果与讨论

4．4 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

附录

致谢

研究成果及发表的学术论文

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