炭黑反应炉设计喉管段设计专论

1炭黑反应器喉管段设计专论摘要本文论述了是反应器是最敏感的核心部位－喉管段的功能，喉管段直径的影响因素，喉管段直径的设计计算方法。0前言确定喉管段直径是炭黑反应器设计的一个关键程序。设计，尤其反应器喉管段直径设计是各炭黑公司的核心技术之一。本文应邀探讨炭黑反应器喉管段设计问题。1喉管段在炭黑反应器中的作用对于炭黑生产，仅能由气相烃裂解生成炭黑，所以如何确保在反应器喉管段喷入的原料油的充分汽化，是炭黑制造的一个关键。在炭黑反应器的喉管段（功能称混合段），喷入的原料油在燃料油燃余气的热动能的作用下，被迅速雾化汽化，达到油汽某一过饱和值，蒸汽凝成微细液滴。这些液态核心（晶核）的形成，使蒸汽压力迅速下降，因而不能再生成其它核心。晶核迅速长大。晶核生成速率越快，瞬间大量生成，体系高活性烃基团数量大减，而限制了晶核的长大。晶核生成速率越快，生成的炭黑粒子越小，形态越均匀。喉管段的适宜直径，既要保质保量地喷入原料油，又要最佳利用燃烧段燃烧产物的热、动能，有效地分散原料油使之完全汽化。以前的工艺，仅侧重于控制热能输入量和反应时间。新工艺则是有效地把燃烧段燃烧产物的总热量转换至炭黑核心的生成速度及成长过程。这一职能靠混合段和反应段被急冷前的空间来执行。2喉管段是反应器是最敏感的核心部位。它的几何尺寸对生成炭黑的性质有直接的影响，它的径向截面积决定了炭黑反应器的生产能力。2喉管段直径的设计计算2.1科学技术的趋同性世界上各炭黑公司都有自己独到的设计方法。使用不同的反应器和不同的反应器尺寸来生产各种炭黑。随着技术的进步，且没有导致反应器的进一步分野，而在不同炭黑制造商的反应器之间又多了几分相似。这是科学技术的趋同性。2.2喉管段直径的影响因素⑴燃料的组成⑵燃料的质量流量⑶燃料的温度⑷过程空气的质量流量;⑸过程空气的温度;⑹原料油质量流量；⑺原料油温度⑻烟气的物性常数（绝热指数、气体常数）⑼烟气进入喉管段的温度⑽进入喉管段烟气压力⑾烟气在喉管段压力。2.3喉管段直径的设计计算从工程设计理论方面考虑，喉管段直径的设计受2.2节燃烧学、流体力学和热动力学诸多因素影响。工程设计往往根据理论推导和假3设，提出简化计算方法，并经过实践验证，得出宏观计算公式。阐述宏观计算公式前，首先介绍与其相关的“马赫数”。2.3.1马赫数马赫数M是可压缩气体在相同工况下气体在缩口段（比如炭黑反应器的喉管段、水力泵、文丘里管缩口段）气体速度与声速之比。M=v/CoOMC=ν式中：M－马赫数，相同工况下喉管流速与声速之比V—工况下在缩口段（喉管）气体流速0C—工况声速m./s工况声速Co5.010}12(RTkkC+=式中：Co－工况声速m./sK－烟气平均绝热指数R－气体常数烟气平均绝热指数Kjjky∑01.0k=式中：K－高温烟气平均绝热指数Yj－高温烟气组份j的百分容积数－高温烟气组份j绝热指数jjRy∑01.0R=式中：R－高温烟气平均气体常数Yj－高温烟气组份j的百分容积数－高温烟气组份j气体常数烟气各气体成分的绝热指数Kj和气体常数Rj