油炉法炭黑反应炉内温度和停留时间的估算与调控

摘要

在本研究中，作者依据典型的尾气组成范围值，通过计算反应炉内炭黑生成的总反应系数，估算了油炉法炭黑反应炉内的温度和停留时间。为此，根据油炉法的原料油的分子量和C／H比的典型范围值，对原料油假设了一个简化的总分子式CyHx。假设预燃段进行的是完全燃烧，而反应段是不完全燃烧。该段内反应系数是未知的。利用有关这些化学反应的通用数据，通过对各种化学成分的物料平衡，可估算出这些未知的反应系数。计算这些未知的系数，可以提供有关原料油在过剩空气中燃烧时其组成百分比的有用数据。被称为原料油有效分数(Fef)的重要参数在提高炭黑收率方面起着重大作用。根据这一参数Fef确定了全油收率(Ye)，而最终收率(Yf)非常接近这一参数。经过这些步骤后，利用所获得的有关反应炉总反应的数据对反应炉进行了能量衡算，包括过程空气、燃料和原料油等带入的能量，燃料完全燃烧时发出的热量，已燃原料油不完全燃烧发出的热量，原料油气化和热解所消耗的热量以及尾气带走的能量等。通过这些能量衡算，估算了反应温度。随后，通过计算反应炉的气体体积流量估算了停留时间。本研究中另一个已经界定的重要参数是GIC(总气体摩尔增大系数)。GIC体现了通过反应炉的总气流增加的作用，对于停留时间的计算具有重大影响。最后，将本文作者的结果与实际数据和Lockwood等人(1995)用CFD模拟的结果进行了比较。本文作者的结果与实际数据相当吻合。同时也说明，在某些情形下，用Lockwood等人的CFD模式之所以预测不准的一个原因是，在停留时间的计算上明显有误。他们认为粒径随风油比增加而增大。这一结论与实际情形正好相反。