氯化法钛白冷模实验研究.pdf

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工艺?设备?
つ心-2
张明(化工部第三我计院,安合23007b2/2
摘要:采用冷模实验模型研究了氯化法钛白生产中TCL4氧化反应器内气体的均布与混合介绍了实验模型的
示意图,及其实验内容与方法。确定了TC,切向进气环模型及整流环开孔亊,为工业化生产提供实验依据
关键词:氯化渊钛白:TC4氧化反应器;怜模实验
急数は,
内瞬间完成快速均匀的混合,进气环内气体能否实
1前言
现均布,则是气体进人反应器后能否达到快速均匀混
钛白生产方法有硫酸法和氯化法两种。世界做台的基本前提。为了能获得良好的混合效果,对
白工业总的发展趋势是从硫酸法向氯化法转变,而且TC4进气环进行实验研究,主要是測量和分析进气
今后钛白粉新增生产能力也将以氯化法生产为主。环内气体流動和压强的分布规律,以及进气环结构对
氯化法生产技术难度大,需要复杂的控制系筑及耐高气体均布的影响,从而确定进气环的结构参数
温、爾腐蚀的特殊材质,其核心是Tl4气相氧化反2.1实验模型
应,国外已有较为成熟的生产技术,但长期以来这种
为了使冷模研究成果能更直接有效地指导和应
技术ー直是掌握在某些大公司手中
用于工业实践,冷模实验装置按年产万吨的规模设
我国自20世纪60年代末就开始氯化法生产钛计,基本构造沿用目前工业上广为采用的形式,实
白粉的研究开发工作,经过“六五”和“七五”攻关,在验模型采用有机玻璃材料制成、有径向进气模型与切
氯化法钛自制备技术的许多环节上取得重大进展,相向进气模型两种,模型尺寸与工业中广泛采用的原形
继突破了一些牛产中的技术难题、积累了氯化法钛自尺寸大致相似。实验摸型示意图见图1和图2
的生产经验和配套技术。但由于快乏对氧化反应器
气体的均布与混合、粒子的形态控制、结疤机理,尤其
是工程放大理论和技术的研究,反应器无法放大,所
内
取得的硏究成果尚不能满足我国建设高水平大型装
流环
置的需要,为了加快我国氯化法生产高档金红石型
钛白粉的进程,必须解决工业化生产中氧化反应器气
体的均布与混合等关键技术。冷模实验主要是研究
TCl4气相氧化反应器内气体的均布与混合,
冷模实验是用几股空气气流模拟实际T业生产
图1径向2气漢型示意图
中进入氧化反应器的不同气态物料的流动状院况,以研
究反应器内各部分适宜的流体力学条件,而反应器各
部分的流体力学条件是由各自的结构参数决定的、这
些结构参数是氯化法钛白生产技术的关键。因此,冷
摸实验就是要确定和掌提反应器形状和各部分结构
的参数,为工程设计提供基本依据
2TCl4进气环的实验研究
由丁T4气相氧化反应的特点,TCl4和O2在
进.人反应器前无法进行预混合,而要求在进入反应器
困2加向迸气模型示意图
20
浍工2000年第5潮
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工艺设备
切向进气摸型与径向进气摸型尺寸完全相同,只实验模型整流环内、外压力均以无因次压力表示,其
是进气管与主流道是切向连接的。,为了便于压力分
计算公式为:P、P:-P。kp(ho-a.)
布测试、在整流环内外两个同心圆环处分别均匀分布
0.82k'p2'h
了两開压力测量孔,各24孔。宴验中设定偏离Y轴式中:k一一多管压力计角度系数:
30°的孔位置为测试压力的零点(如图2所示),逆时
一一微压计角度系数;
针方向为正方向,内外圈一致。
2ー一多管压力计指示液密度
模型内0号测压点的表压由型管压力计測量
p'ー一微压计指示液密度;
其他不同角度的相对压力用多管压力计测量。进人
U一模型进口气速
实验模型的气体由风机吹人,流量由皮托管测量
2.2实验内容与方法
3实验结果与结论
实验过程中发现,气体在进气环内流动时,由于
通过反应管壁四周向上均匀分布的射流小孔不断分
通过对进气环环形通道内流体流动的变化规律
流射入反应管内、气流内部的湍流脉动和进气环内壁
和均布方法的实验研究,可以得到以下结论
面对气体流动的摩擦阻力耗散能量等原因,使环道中
(1)实验研究发现,对于径向进气模型,由于附壁
气体的流速沿流动方向不断减小同时在环形通遺内效应的原因、模型内的气体流动方式与切向进气相
同,并且流动方向具有不稳定性。在相同的实验条件
沿流动方向产生相应的压强分布。正是由于各个射
流小孔表商上方的压强不等,使气体通过各个小孔的下?气流既可沿顺时针方向流动,也可沿逆时针方向
射流速度不同,导致反应管内径向上混合不均匀。因流动,而且气流在进口处对模型器壁的直接冲击和进
此,要想改变气体均布与混合的效果,必须改变进气口处流道的突然扩张、造成的阻力损失较大,因此,进
环内的压强分布
气环最好选用切向进气方式。
根据流体力学原理,可通过改变流道的截面积或
(2)进气环内的压力由于主流流体与分流流体激
改变流动阻力等方法来改变流道中的压强分布。由烈的动量交换而沿流动方向变大、改变整流环的开孔
于改变流道的截面积会使设备的结构变得复杂,增加
率就是要用开孔率的大小变化来调节进人整流环内
设计和制造的难度,所以实验采用改变流动阻力的方
环气体的流量沿問向不发生变化,使内环的压力分布
法,在原来的进气环流体通道之间增加一个整流环
均匀,并且无固可流动,在模型内设置一整流环是流
慜流环是一个表面开有许多小孔的圆环,其开孔率沿体均布的简单而有效的方法。为找出低阻力、有效的
圆环的周向按一定规律分布,整流环将迸气环分为
整流环的开孔机律,实验中对整流环的不同开孔情况
内,外两个环形通道,气流从进口进人外环道进行第进行比较。结果发现:整流环开孔率沿周向均匀变化
一次分布,再通过整流环表面上小孔进入内环道进行
时,开孔率越小,压力分布越均匀,但同时阻力损失越
第二次分布,最后通过反应环上射流小孔进入反应管
大:开孔率按压力分布规律沿周向変化时.则阻力损
内与管内气体混合。通过实验別定出内、外环形通道尖相对较小,而且均布效果较好、
的压强分布,整整流环上小孔开孔率.使通过整流收稿日期:9-1-0
环后的气体得到均布。
作者地址:肥市望江东路7)号
为了能将实验结果更好地应用到生产设备中去,联系电话:(05511531279转640
中国表面工程协会召开二届二次理事会
中国表面工程协会于2000年4月25~27日在深圳召开二届一次理事扩大会,审议今、明两年工作计划,交
流工作经验,发布新产品.新技术信息、。会议代表来自电镀、涂装、防锈热喷涂和膜专业委员会等五个分会(或
专业委员会)。上海、青岛、西安、辽宁、温州、宁波、重庆、成都、武汉、广州、荆州电镀协会,山西,原、哈尔滨
无锡、大连、乐清、四川等表面工程协会及苏州、西安、重庆、四川等涂装协会也派代表参加了会议。
涂料工业00年第5期