喷嘴对外循环流化颗粒的影响

废旧火炸药的处理是国内外一直关注的问题,直到20世纪70年代初,对于大批量军用废旧火炸药的处理还采用公海倾倒法。在环境保护法规的要求下,传统的处理废旧火炸药的方法逐渐被废止,需要由环境污染较少的方法取而代之口。废旧火炸药中含有多种成分,通过处理可以从中分离出硝化棉、硝化甘油、硝基胍、二硝基甲苯、苯二甲酸二丁酯等原料进行再利用,也可以通过化学反应,使其转化为其他化工产品。从废弃发射药中回收硝化棉,使之作为单、双、三基发射药的原料,将会产生很好的社会效益和经济效益。我国大约有2O余种单基药,单基药的组分包括硝化纤维素、挥发性溶剂、化学安定剂以及其他辅助成分,其中硝化棉的质量分数超过95。从单基药提取硝化棉可分为3步:无机物、NC与有机物分离,提取液分离,固态产物分离。其中,蒸发浓缩提取液可以在液一固外循环流化床换热器中进行,颗粒在提取液中循环流动可以提高传质传热系数及防除垢,颗粒的循环效果直接影响提取液蒸发浓缩的效果。因此,研究液一固外循环流化床换热器中的颗粒循环流动特性具有重要意义。本研究对以喷嘴为颗粒循环控制装置的外循环流化床换热器内的颗粒循环流动特性进行冷模实验。口径比缩小时,射流速度增大,射流与周围流体间的速度梯度增大,使得流体内的剪切力增加,造成压降增大。
口径比对最大颗粒循环流量的影响
当L一0,£一2.0时口径比对最大颗粒循环流量(Qs)的影响。最大颗粒循环流量随着口径比增加而先增大后减小。这是因为一方面颗粒循环流量受到液体流量的影响,当液体流量较大时,进入下降段的颗粒较多,颗粒循环数量较大,而流量调节范围与口径比成正比;另一方面,喷嘴形成的负压大小与其射流速度有关,口径比的减小使得射流速度增大,增加了负压值。实验结果可以反映出口径比对流量调节范围和负压的综合影响,当口径比为0.375时,在最大液体流量下形成的最大颗粒循环流量最大,说明该喷嘴对液体流量和射流形成的负压的综合作用效果最好。
喷嘴最大流量下口径比对喷嘴前负压的影响
在1mPa•S,对安装在L-10mlTl的位置时各口径比的喷嘴在其所能达到的最大流量下各测量点位置的负压值进行比较结果。可以看出,口径比为0.375的喷嘴在其最大流量下,各位置处的负压值最大,而且负压带也较长,在相同流量下,虽然口径比为0.350的喷嘴形成的射流速度最大,但其流量调节范围小。由于口径比为0.375的喷嘴管道截面积大,流动阻力小,流量调节范围大,其在高流量下所能达到的负压值要大于口径比为0.350的喷嘴所能达到的负压值。口径比为0.400的喷嘴的截面积较大,在本实验中总体表现的颗粒循环效果较差,且其负压值普遍较低。
喷嘴安装位置对起始循环液体流量的影响
喷嘴安装位置与外循环流化床内起始循环液体流量的关系。其中,£一2%,一1mPa•S。在L=0位置处所需的起始循环液体流量最小,其他位置所需的起始循环液体流量都较大,从曲线的趋势看,在L一0位置处存在一个极小值点,越远离这个位置起始循环液体的流量越高,直到无法完成循环。出现这种现象是因为喷嘴安装位置的改变将影响下降管管口处的负压,当喷嘴安装位置合适时,喷嘴射流形成负压的最大值会出现在管口处,从而使得完成循环所需的流量减小,所以存在一个最佳位置使得起始外循环液体流量的值最小。
喷嘴安装位置对全床压降的影响
口径比为0.375的喷嘴在一1mPa•S条件下,喷嘴安装位置与全床压降的关系。随着喷嘴安装位置的变化,全床压降具有明显的变化,这是由于喷嘴的安装位置改变时,循环液体和颗粒的流量将变化,导致喷嘴射流时形成的撞击损失也将不同,当喷嘴的安装位置越接近最适值时使得循环液体和颗粒流量越大,从而形成的压降越大。还可知,当喷嘴被安装在靠近下降段边缘界限时形成的压降比较大说明在这里射流的卷吸周围静止流体比较多,所以能量损失较大。
喷嘴安装位置对最大颗粒循环流量的影响
喷嘴安装位置与最大颗粒循环流量之间的关系。随着喷嘴安装位置从负方向到正方向的变化,最大颗粒循环流量先增加后减小;当喷嘴安装位置在正方向过大时,会因为碰撞损失过多而影响喷嘴的喷射效率,即对下降段的卷吸作用减小;当喷嘴安装位置在负方向上(如一20和一10mrn位置处)时,则会因为负压的作用范围达不到下降管处而影响颗粒循环效果;当喷嘴安装在距离下降管边缘界限不远的位置(如0或10mm)时,最大颗粒的循环流量较高,并且变化不大。
结论
(1)喷嘴的口径比是影响颗粒循环效果的决定性因素,综合比较,当口径比为0.375时效果最好。
(2)喷嘴的安装位置对颗粒的循环效果也具有重要影响,当喷嘴安装在下降段边缘界限位置附近时所形成的负压带最长而且下降管口处的负压最大,最有利于颗粒循环。

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