蔡文明++陳琴珠

摘 要：大型環(huán)路液體噴霧實驗裝置設(shè)計是模擬化工設(shè)備噴霧式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，噴霧式反應(yīng)器關(guān)鍵部件是霧化噴嘴的選型。該實驗裝置的設(shè)計與開發(fā)目的是讓學(xué)生了解化工先進(jìn)設(shè)備，并對霧化噴嘴的選型進(jìn)行研究。實驗表明，該實驗系統(tǒng)可模擬氣液噴霧式反應(yīng)器內(nèi)部噴霧場的實際效果，對單個霧化噴嘴的霧化特性參數(shù)（流量特性、霧化錐角、霧滴粒度及分布）進(jìn)行測試，也為其他高校建立實驗平臺提供較好的信息。

關(guān)鍵詞：噴霧式反應(yīng)器 霧化噴嘴 實驗裝置

中圖分類號：S491 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（b）-0001-02

大型環(huán)路液體噴霧反應(yīng)裝置是化工生產(chǎn)中較為常用的氣液接觸反應(yīng)裝置，其典型代表有Press外循環(huán)乙氧基化反應(yīng)器、Buss回路反應(yīng)器等等[1-2]。目前大型環(huán)路液體噴射的技術(shù)仍由國外公司壟斷，國內(nèi)很多高校都積極地在開展研究工作，包括浙江大學(xué)、中國海洋大學(xué)、天津大學(xué)等高校實驗室都在研究設(shè)備工藝，設(shè)備擴(kuò)容開發(fā)等[3-5]。為了使得學(xué)生了解此類設(shè)備，并模擬噴霧反應(yīng)的傳質(zhì)過程，該文中以現(xiàn)有的Press外循環(huán)乙氧基化反應(yīng)器為基礎(chǔ)，設(shè)計了一套環(huán)路液體噴射實驗裝置，不僅使得針對大型環(huán)路液體噴霧反應(yīng)裝置的研究從理論研究走向?qū)嶋H，也為大學(xué)生開展創(chuàng)新實踐活動提供了開放式平臺。

1 環(huán)路液體噴霧實驗系統(tǒng)設(shè)計

為了分析研究外循環(huán)噴霧式反應(yīng)裝置的工作機(jī)理，并從理論角度優(yōu)化改進(jìn)氣液接觸反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，從而提升反應(yīng)效率。設(shè)計并搭建能夠模擬外循環(huán)噴霧系統(tǒng)的實驗平臺，以便直觀的分析其噴霧狀況。

1.1 實驗設(shè)計原則

由于環(huán)路噴射系統(tǒng)中最重要的就是霧化效果，因此可以在實驗設(shè)計時采用如下簡化：

（1）只針對相應(yīng)的環(huán)路噴射系統(tǒng)進(jìn)行實驗，而不考慮其它的反應(yīng)系統(tǒng)。實驗中只模擬液相從反應(yīng)器底部經(jīng)過循環(huán)系統(tǒng)再霧化噴出的過程，而不模擬霧化后的氣液接觸反應(yīng)過程。

（2）由于反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有多個噴嘴，且多個噴嘴的結(jié)構(gòu)參數(shù)相同，因此在測試霧化噴嘴的性能時，可只針對單個噴嘴進(jìn)行循環(huán)回路實驗，不僅可以簡化實驗裝置，而且可以清晰的測試噴嘴的霧化性能。

1.2 實驗設(shè)備設(shè)計

為了針對大型環(huán)路噴射裝置進(jìn)行冷態(tài)模擬實驗，在現(xiàn)有實際的外循環(huán)噴霧式反應(yīng)器的基礎(chǔ)上，設(shè)計具有可操作性的小型反應(yīng)器。為了反映真實的噴射效果，實驗裝置應(yīng)保持原有反應(yīng)器的物料分布結(jié)構(gòu)形式。內(nèi)徑與實際反應(yīng)器保持一致，同時考慮到反應(yīng)器在長度方向上結(jié)構(gòu)的重復(fù)性，在設(shè)計中縮短反應(yīng)器筒體的長度，而保留封頭兩端的結(jié)構(gòu)。在環(huán)路噴霧模擬實驗中，參照現(xiàn)有乙氧基化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，設(shè)計小型環(huán)路液體噴射實驗裝置。該實驗裝置在尺寸上與實際反應(yīng)器保持一致，而只縮短了反應(yīng)器的長度，能夠較為真實的反映實際反應(yīng)器中的噴霧效果。

2 實驗方案

整個大型環(huán)路液體噴霧實驗分為兩部分進(jìn)行：一部分是分析研究反應(yīng)器內(nèi)部的噴霧狀況，從而優(yōu)化改進(jìn)霧化噴嘴的排列方式；另一部分為單個霧化噴嘴性能測試實驗，可針對噴嘴的霧化特性進(jìn)行測試。

2.1 環(huán)路液體噴射實驗

環(huán)路液體噴射實驗流程如圖1所示，該實驗裝置包括小型反應(yīng)器、儲水罐、循環(huán)泵以及氮氣發(fā)生裝置等等。其實驗流程如下：實驗開始前，向反應(yīng)器內(nèi)通入氮氣直到壓力保持在0.4MPa，然后開啟循環(huán)泵，使得儲水罐內(nèi)的液相物料通過循環(huán)管路進(jìn)入反應(yīng)器，待反應(yīng)器內(nèi)物料達(dá)到預(yù)定劑量后，關(guān)閉儲水罐閥門并將反應(yīng)器下方的閥門通道打開，構(gòu)成循環(huán)回路，然后觀察反應(yīng)器內(nèi)的噴霧狀況。主要的實驗設(shè)備有：小型反應(yīng)器；循環(huán)泵：流量為，揚程為39 m，功率為19.8kW；電磁流量計和壓力表，用于記錄并控制反應(yīng)器內(nèi)噴嘴的噴射流量和管路進(jìn)口壓力；霧化噴嘴。為比較各類噴嘴的霧化性能，選取三種噴嘴類型：離心式霧化噴嘴、螺旋槽式霧化噴嘴和實心廣角噴嘴。

2.2 噴嘴霧化性能測試實驗

為了測定各類型噴嘴的霧化性能，獲得最符合工藝要求的霧化噴嘴，必須通過實驗測試得到詳細(xì)的霧化性能參數(shù)。由于通過環(huán)路噴射實驗裝置中設(shè)有多個噴嘴，加上水的霧化遮住視線，難以看清單個噴嘴的霧化效果，因此又專門建立了針對單個噴嘴選型的實驗裝置，裝置如圖2所示。

實驗裝置由移動水箱、物料泵、管路、霧化噴嘴、激光粒度分析儀等構(gòu)成。其實驗流程如下：通過物料泵將移動水箱內(nèi)的水經(jīng)管路打入水箱上方的管路出口，在出口處安裝一個霧化噴嘴，并通過水箱兩邊所開的圓孔，利用激光粒度分析儀測定其霧化性能。

3 實驗方法與結(jié)果舉例

在環(huán)路液體噴射實驗中，針對裝置中的多個霧化噴嘴，可采用流量控制法，通過逐步控制流量的方式，觀察裝置內(nèi)隨流量變化時噴霧狀態(tài)的變化情況，同時記錄管路壓力的變化規(guī)律，實際噴霧效果圖3所示。

在噴嘴霧化性能測試實驗中，通過轉(zhuǎn)子流量計控制管路流量，可分別測試記錄不同流量下霧化噴嘴的噴射壓力、霧化形態(tài)、噴霧錐角以及霧滴尺寸數(shù)據(jù)。根據(jù)所測數(shù)據(jù)可分析霧化噴嘴的各個霧化特性隨流量的變化規(guī)律，同時也可橫向比較不同噴嘴在同一流量下的噴霧特性，為外循環(huán)噴霧式反應(yīng)器中霧化噴嘴的選型提供依據(jù)。如表1所示分別為某種壓力旋流式噴嘴在流量為3.0時的噴霧形態(tài)和霧化特性測試數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

大型環(huán)路液體噴霧實驗平臺通過對結(jié)構(gòu)和尺寸上的設(shè)計，最大程度的模擬了實際生產(chǎn)中外循環(huán)噴霧式反應(yīng)器的液體噴霧效果，為反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供實驗指導(dǎo)。同時，單噴嘴霧化性能測試系統(tǒng)能夠從流量特性、霧化形態(tài)、霧滴尺寸等方面，準(zhǔn)確的分析測試噴嘴的霧化性能，為噴霧式反應(yīng)器中霧化噴嘴的選型提供實驗依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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