低温电石炉传质传热数据模型与模拟

发布时间：2020-06-13 14:35

【摘要】：碳化钙又称电石,以焦炭和氧化钙为原料高温条件下制得,是重要的煤化工产品和基础化工原料,与水反应生成乙炔,乙炔被誉为“有机合成之母”。目前,工业上采用电热法制备电石,采用块状原料,存在着“高能耗、低效率、低产能”的问题。本论文以粉状焦炭和粉状氧化钙为原料,以回转窑为热工设备,采用氧热法制备电石。对煤粉燃烧和碳化钙生成进行了平衡计算,并深入研究了不同燃烧产物、不同填充率、不同煤粉量、不同散热比例条件下回转窑内温度的变化规律,在此基础上优化了回转窑的操作参数,得出的主要结论如下:1、每生产1吨碳化钙,需氧化钙980.5 kg,煤粉1747kg,氧气1824 kg,电石产品的纯度约为64%。2、煤粉燃烧过程中,假设碳反应全部生成一氧化碳或按7:3、1:1、3:7的比例生成一氧化碳和二氧化碳,Φ5.8×97的回转窑均不能满足生产要求。3、煤粉燃烧过程中,假设碳反应全部生成二氧化碳,填充率为8%,传热系数为455 W/(m2·K),产能为20t/h,煤粉用量为7.165t/h时,窑尾换热器换热系数为200 W/(m2·K),有效的换热面积为20.35 m2,表面散热量占1%,Φ5.8×97的回转窑满足生产要求且条件最优。4、在上述3的条件下计算得到回转窑的最优操作参数为:安息角45 °,转速0.5 rad/min,安装斜度2%。研究所得结果对于使用回转窑氧热法生产电石技术的开发具有很好的参考价值,该研究成果的应用将创造良好的经济效益和社会效益。
【图文】：

工艺流程图,电热法,工艺流程图

１．４．邋１电热法逡逑电热法主要是利用电弧炉将电能转变为热能，使氧化钙和焦炭被加热到反应温度逡逑反应生成碳化钙。目前电石工业上全部采用电热法生产，其生产工艺流程如图１－１所逡逑示：将混合的块状焦炭和氧化钙，从电弧炉上端加入，反应产物从底端排出，，经冷却、逡逑破碎后得到成品电石；经高温反应生成的气体穿过料层，根据不同的炉型（开放式、逡逑半密闭式、密闭式）采用不同方式从电石炉的上面排出。逡逑石灰石邋电极邋焦炭逡逑Ｗ逡逑／／／／／／／＂／！邋＾＝？逦｜￣￣｜逡逑碳化钙电炉逡逑冷却锅成品逡逑图１－１电热法工艺流程图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｆｌｏｗ邋ｃｈａｒｔ邋ｏｆ邋ｅｌｅｃｔｒｏ邋ｔｈｅｒｍａｌ邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑电热法要求炉内温度一般在２２００邋°Ｃ左右，原料在炉内反应约ｌｈ生成碳化钙。逡逑平均每生产１吨电石纯品电耗达４０００邋ｋＷ邋ｈ，耗电成本占总成本的５０？５５％［３３］，而逡逑电能的利用率仅为５０％左右，其损失主要包括：原料中的杂质组分与碳的副反应，逡逑为强吸热反应；电炉变压器、电极以及炉体的热损失等［３４，３５］。工业上采用电热法制逡逑备电石，其特点是工艺成熟，产品质量好，但仍然存在着高温、高能耗、高污染和逡逑低效率的问题

高炉设备,热法

逑后对其各参数进行最优化调整１？１。逡逑氧热法电石合成的高炉设备，如图１－２所示：逡逑广邋——烟道逡逑／逡逑加料口逦一￣——安全阀逡逑高炉—逡逑逦耐火砖逡逑保温层—逡逑＾：：＝逦—喷氧口逡逑炉门￣逦１逡逑ｒ逦—炉口逡逑保温层——／－＋－逦１邋＼逡逑—耐火砖逡逑ｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｒ逡逑逦逦Ｉ逡逑图１－２氧热法高炉设备１４３１逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｂｌａｓｔ邋ｆｕｒｎａｃｅ邋ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ邋ｆｏｒ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃａｌｃｉｕｍ邋ｃａｒｂｉｄｅ逡逑北京化工大学设计了两种不同的氧热法制备电石的反应器如图１－３所示：粉料下逡逑落床反应器和粉料造粒复合床反应器，由反应器的顶端加入粉状原料，纯氧或富氧气逡逑体从底端加入，原料下降过程中与上升的高温气体进行换热，到达炉底后，碳与氧化逡逑钙合成碳化钙，随后以液态形式从炉底排出。逡逑８逡逑
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ161

【参考文献】