立盘式裂解装置内废轮胎热裂解过程的传热传质模型研究

摘要

经过二十多年的探索,热裂解技术被公认是处理废轮胎问题的最佳途径之一.但目前热解技术的工业化推广并不成功,其主要原因就是设计出满足热解工艺要求的大型裂解设备存在很大困难.该文以一种新型的废轮胎热裂解炉为研究对象,在橡胶裂解理论研究及工业装置试验结果的基础上,建立了塔内的传热、传质数学模型,从而给出了该裂解塔各操作参数的设计及优化方法.其主要研究工作与内容如下:成功进行了实验室规模的热裂解试验以及年处理量为3000吨废轮胎裂解塔的工业生产试验,对实验中出现的问题进行了分析,并给出了解决措施与方案,实验中记录的测试数据为传热、传质数学模型的研究提供了重要的实验依据.建立了裂解塔内加热盘面橡胶小块的传热、传质模型,给出了塔内料环高度、盘面积料及停留时间的计算公式,并应用颗粒传热扩散理论及橡胶裂解动力学方程,给出了裂解塔内每道料环出料温度及橡胶残余率的迭代计算公式.给出了评价裂解塔性能的两个重要参数及其计算方法:盘表面有效覆盖系数μ和热传导传热系数α<,sb>,并根据理论模型研究结果给出了如耙杆安装系数、刮扫重叠率、主轴转速、耙叶数目和间距、耙叶尺寸与形状等操作参数的设计与优化方法.通过中试装置的实际运行参数和理论计算值的分析比较,证明了所建立的传热传质模型是准确的.该传热传质模型在裂解塔的相似结构——盘式干燥器中亦得到了很好的应用.该论文的主要创新点为:提出了裂解塔内加热盘面的传质模型,给出了各关键传质性能参数的计算公式;建立了废轮胎裂解塔内的传热理论模型,提出了传热模型的三个简化假设,并给出了裂解塔内每道料环的传热迭代计算公式;分析了传热传质模型在盘式连续干燥机内的具体应用,较大精度地模拟出干燥机内的干燥过程,误差小于20％.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1项目来源及意义

1.2废轮胎回收技术的发展趋势

1.3热裂解技术工艺介绍

1.3.1概述

1.3.2裂解产物

1.3.3裂解温度

1.3.4反应压力

1.3.5裂解反应时间

1.4热解技术研究现状

1.5我校开发的热解回收工艺

1.6裂解设备的开发

1.6.1裂解设备的特殊要求

1.6.2国内外裂解设备比较

1.6.3立式裂解塔设备

1.7本文的研究工作与内容

第二章小试装置与试验

2.1实验装置

2.1.1小试工艺流程图

2.1.2小试裂解塔结构简图

2.2实验结果与数据

第三章中试装置与试验

3.1试验装置

3.1.1中试工艺流程图

3.1.2中试裂解塔结构与总体方案

3.2试验结果与讨论

3.2.1试验情况与数据

3.2.2问题与讨论

第四章加热盘面橡胶小块的传质模型

4.1引言

4.2传质假设与计算

4.3临界处理量

4.4自然休止角的测量

4.5中试装置传质计算实例

4.6小结

第五章加热盘面传热模型

5.1引言

5.2扩散理论

5.3裂解塔内传热模型

5.3.1橡胶热裂解特性

5.3.2传热模型假设

5.3.3升温阶段传热计算

5.3.4裂解阶段传热计算

5.4中试裂解塔传热计算实例

5.5模型在盘式干燥机中的应用

5.5.1传热传质模型

5.3.2计算实例

5.6小结

第六章结构设计及参数优化

6.1优化目标概述

6.2刮扫面积重叠率ξ

6.3主轴转速ω

6.4耙杆安装系数θ

6.5耙叶数目n与间距

6.6耙叶安装角度φ、尺寸及形状

第七章结论与展望

参考文献

致谢

在读期间发表和录用的论文