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液固外循环流化床换热器主压降的实验研究
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液固外循环流化床换热器主压降的实验研究

刘 燕,张少峰,魏建明,李金红

(河北工业大学化工学院,天津 300130)

摘要:以喷嘴为颗粒循环装置的液固外循环流化床换热器为研究对象,考察颗粒直径、口径比、喷嘴安装位置、颗粒初始加入量及流体黏度对主压降的影响,得出了稳定操作情况下,液固外循环流化床换热器主压降与上述因素之间的经验关联式,计算值与实验值吻合较好,为外循环流化床换热器的设计计算提供依据。

关键词:换热器;液固外循环流化床;主压降;喷嘴

中图分类号:TQ 051 文献标识码:A 文章编号:1000–6613(2007)10–1489–04

液固流化床换热器以其传热系数高、可防结垢等特点具有广泛的应用价值,而液固外循环流化床换热器又具有设备尺寸小、颗粒和液体分离更容易等独特的优势,更具应用前景。

外循环流化床换热器的主压降影响空隙率分布及固体颗粒的扬析夹带,且与床内固体颗粒浓度分布紧密相关,而颗粒浓度是传热计算的重要依据,同时为动力设备的选取提供依据。因此研究床内液固流动状况和压降分布,对流化床的稳定运行及设计具有十分重要的意义。本文作者以喷嘴为颗粒循环装置的外循环流化床为研究对象,考察颗粒直径、口径比、喷嘴安装位置、颗粒初始加入量及流体黏度对主压降的影响,为外循环流化床换热器的设计计算提供依据。

1 实验装置及流程

实验装置如图 1 所示。为便于观察,实验设备由透明的有机玻璃制成。实验采用内设 18 根管的冷模换热器,每根管长 1000 mm,内径为 25 mm,呈正三角形排列,管间距为 32 mm。本实验采用 U 形压差计测量提升段的压降,测压孔分别设在换热器的上管箱和下管箱;用压力表测量喷嘴前后的压降,压力表的量程为 0.25 MPa,精度为 1.6。设置喷嘴的目的是控制颗粒循环量,但喷嘴的安装位置对流态化操作至关重要,合理的喷嘴结构设计有利于形成稳定的流态化,甚至是能否循环流化的关键。喷嘴的结构及安装位置如图 2 所示。

实验物系采用水-刚玉球形成液固两相,液固两相密度分别为 1000 kg/m3和 2350 kg/m3。在工业生产过程中,液固流化床换热器一般用于黏度较高的

物料,故在实验过程中对液体的黏度用 CMC 进行了调整。





实验操作条件:固体颗粒直径dp为1 mm、2 mm和 3 mm;口径比 d1/d2为 0.35、0.375 和 0.4;喷嘴安装位置 L 为 10 mm、0、-10 mm 和-20 mm;初始颗粒加入量(颗粒在全部循环空间内的平均体积分率)为 0.75%、1.25%、1.75% 和 2.0%;液体黏度为 1 mPa·s、1.5 mPa·s、2 mPa·s、2.5 mPa·s和 3 mPa·s。
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