（机械制造及其自动化专业论文）银催化剂卸料方法研究.pdf

摘嚣 摘要 环氧乙烷和乙二醇是熏要的丽油化工原料，擞要用于生产汽辈防冻液。随着 汽车毒l 逡犍熬发漫，对意髑懿嚣求选逐澎增大。镶催位裁反应炉楚生产繇戴乙滚 和乙二醇的重要化工设备。银催化剂需要定期更换，目前国内卸料过程粟用的均 怒入工卸料的方法。人工卸料存在着效率低下、卸料不全的突出缺点，这严重制 约了环氧乙烷和己二醇的生产水平。研究出一种糍效的锻催化剂卸料方法对于提 商环氧蠢烷和乙二醇的生产能力媳有非常重要的意义。 为此，零文竣诗了三套锓催纯裁鲰辩方案，遴蓬分援论涯，鬏压决定采薅囊 警吸送辅助高压吹浮的卸料方寨。首先将高压气体通过高压气管通入到反应管 内，管凌缕骧处在高压气流豹弹 鸯 乍孺下，疆纯裁颗粒产生松动并被浚浮起来。 同时在催化剂反废管的顶端加装套抽吸设备。扁动该设备后，胶应管内的离压 气管喷嘴处和顶端将产擞一个压力差，嵌这个压力差的作用下，气体产擞流动， 形成对锻催化剡颞粒的搬运力。在这一搬运力黪作足下，催化赛4 颗粒被鲻出镊镁 化剂反应管，并通过输料管输送刘回收过滤设备，从而就兜成了锻催化剂的卸料。 选定舞睾善方案嚣，本文摄撂气力输送理论善您研究了镊篷纯裁鬏粒熬耱理经 质；然后研究了卸料过程中银催化剂颗粒将受到的阻力以及它的悬浮速度，并由 _ i 玩计算褥国高透气泵魏遗垄参数；最后研究了这寮卸料方案系统可能产生的压力 损失，根据这一数值提出了真空抽吸设备的选型参数。 根搿计算得到的参数值，本文选择了相应的商压气裂及真空抽吸设备，并根 擐银催偬刿卸辩瑷场馕溅，设诗了一个锻催优裁蠲辩夔攒毅试验。试验续菜涯骥 丁理论计算方法炬准确可行的，同时表明了真空吸送辅助高压吹浮的银催化剂卸 搴幸方法哥戳方倭薅效遥竞藏差i 辩经务，大嚆度逮撵离劳动生产率，增强西纯金数 环氧乙烷和乙二酵的生产能力，同时大大降低了工人的势动强度，改善了工作环 境。该方法具有很高的研究及傻弼价值。 藏键词气力输送； 真斑吸送； 卸料试验； 银催化剂；反应管 北京工业太学工学硕士学位论文 b s t r a c t 嚣畦磷e n eo 巫d e 麟嚣蛙啊e 撼g b o la 挖豫y 缸n p 。r t 勰t 矬wi 鞭t e r i a l sm o s t l yu s e d 蠡嚣 p r o 如c 攮ga 致拄蠹e e 玺e 汰p 曲e h 嚣遗c a l 虹如昀葛黼d 氆霉蠢霉删f 。f 氇e m 簦毫黥a l l y i 藏c 秘蠢s # s 鲢鞠g w m l 廿1 ed e v d o p m e n to f a 吡o m o b i l em a n u 鼬r i n g t h es i l v e rc a t a 坤s tr e a c t 。ri so n eo f 啦em o s t i m p o r t 黼tc h e n 虹c a le 小呻m e n t sf o rp r o d u c i n gi l l 。e t h y l e n e0 x i d e 甜1 de l l l y l e n eg 1 y c 0 1i nw h i c h m es n v 盯c a 协1 y s tn e e d st ob er e p l a c e dr e 则酬* a tp r e s e mt h ed o m e s 廿cu 1 1 1 0 a m l 唱m e t h o di s 也r o n g hi n a 蹦a l 。p 洲i o nw 缸c hh 矗s 曲e 撖e 强c i 锄a l l di i l c 删叩1 e t ep r o m 曲嘲d i s a d v 孤协g et h a t g 砖。璐l y 艇；氍妇蠹持啦l 黼eo 砖鑫纛纛e 垃垮l 铀eg l 弦o l 鞠碡u c 畦o nl 。v e l ，s 。娃s 蹴慨| y s i 鄹i f i c 毪n tf b fu s 协蠹n do u ta 描g h l ye 熄c v es i l v 嚣c g 越y s t n l 鞠妇l g 秘e 氆。娃攮o f 畦e f 协 e n h a n c 嚣m ee n l y l e n eo x i d e 黼de 也y l 髓eg l y c o lp r o d u c 虹稍t y 弧c r e f m ，t 1 1 i sp a p 盯h a sd e 8 i g n e dt h r e es 幽o fs i l v e rc a t a l y s t1 1 1 1 1 0 a d i n gm 鼬o d sa r n o n g w h i c hm eo n em a t 璐e s 、砒u u ms u c t i o n 蚴d1 l i g 冲r e s s 艄g a sb l o wi s 协k b a s e do n 锄a l y s i s 觚d a p p 疆 s 娃a t 煮敝通瓣t | 培赫g h - p 坤s 湖e 嚣觞i 矗姆畦埒a c t i o 芏l 棚由e 氆o u 豳畦持k 西供e s s l 珊dg a s 蜘e ，u 嚣妇t h e 姻，a c t 醴龇h i 垂h 巾辩s s 瞅畦斑淞哦妇p 粼i 托l a 圭es o l i 出醴1 w re 毫攮l 撵粼 1 0 0 s 髓e d 龃db l a 帅蛳抽畦摊r e t i o l l t t l b e a t f h es a n 蜡烛l e 散也e v a c l l u m s 蛀懿e q u 蜒搬e 哦。救 t o po f 血e 黼c 廿0 nn i b e w h e n 恤e q u 嘞t b e g 鼬i 忸w o r k ，血e r ew i l l b ea 粥s s g a p 衄 m cr e a c 虹姐n i b e bs u c hac i r c 蝴c e ，她a i r j l l t l l er e a c t i o nn i b e f l o w s ，枷c hp r 0 “d e s 廿l e 龇n s p 。r 妇gp o w e rt ou 蝴。嬲 h e 姗v 付c a 试y s t 丘o m 虹l ci _ e a c 廿o nt 曲ea n d 缸锄s p o n e dt o 也e l 墩嬲e q 轴雠妇。嗡氇e 妇糕e n 妞嫡o l 口s i l 啪蕊拖l y s t s 州0 8 d i n g 跚c e s si s c o m p l e 船d a n 盯c h 0 0 s i n g 龇u n l o a d i l l gm e t h o d ，t 如p 叩既矗哑s t t l d i e s 蛙艟p h y s i c a lp 燃，e r t yo f 龇 蛐v e rc a 乜l y s t a c c o r d i n gt ot 1 1 ep 玎删m a 五cc o n v e y m g 也e o ma n dt 1 1 e nn 地r e s i s t a n c e 知d s u s p s i o ns p e e do fm es n v 盯c a 忸l y s t ，t 1 删j g hw u c h 也i sp a p e rd b 枷n s 也ep e r f o 蝴锄c e p a r 跚。瓣龇| 矗g h _ 辨s s 粼g 醛p b m pt o & 黼e d i n 龇s i l v e rc 矗t a l y s l 训o a d i n gs y s t e m t h e p 肄髓越s o s 吣d 泌妞炉蛔蛀畦p f e s 辩糙b s s 斑妇s i l 瞅c 鞋越y s t 灞。鑫d 嘴s 蹲e m ，删w 蕊s 删 廿l es h ”蛔g p 甜a m e t e r0 f m ev a c u u ms u c 怯蝴e q u 幼挑n t i i 摘要 t 1 1 i sp a p e rc h o o s e s 也ec o r r e s p o n d i n gh i g h p r e s s u r e dg 鹤p u 瑚| pa n dv a c u u ms u c t i o n e q 毽i p r n e n ta c c o 培强gt 。t h ep 粼张m e 把rv 巍l u e 曲t 轾如e d 王na c c o r d a n c ew i 也如eu m o a d i 芏1 9s i n l a 矗o n o nt h ej o b s 谴e ，t h i s 尊a p e rd e s i g n sas i l v 髓e a t 矗l y s tu i l l o a d i n g8 妇u l a 蛀o nt e s t ，a n dm er e 姒l to ft h e t e s t 口o v e s 血et h e o r e t l c a lc a l c u l a t i o nm e t l l o d 括a c c u 船t ea n df e a s i b l ea n di ti n d i c a t e s 也e 戚。撼珏g 黼l h 醴w e u 撼e 删e t e 妞l 溅辨式e 牡虹y 黝娃e 筮e a c 童。戚翼珏蛾ll 鲑g e l y 幽曼n c e 1 l l e1 a b o rp r o d u c t i v i 吼掣e a t l y 摊d u c et l l ew o r k d sl a b o ri n t e 船i t ya n dh i g l l i y 椭p r o v em ew o r k i n g e o n 盛虹o n s 。辩l 鑫ti st 。s a y 氇e 蝣i v e rc a 埝i y s tu d 王。a d i 缸g 黼斑o dl x 髂r 西矗蛀v ev 越聪弧u s e k e y w o r d sp n e u m 嬲cc o n v e y 抽g ； v a c u u i ns u c 戗o n ； u n l o a d h 培； s i l v e rc a t a l y s t i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取锝的研 究成果。群我所知，除了文中特别加以标泣和致谢的地方外，论文中不包含其他 久汪经发表豉撰写过静磅究残采，瞧不包含隽获褥l l 京工渡大学或其它教努壤棱 的学位或 雁书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何赏献均 己在论文中作了赣确豹说朝并表示了谢意。 关于论文使用授权的说鞲 本人究全了解北京工北大学脊关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 缣器送交论文豹笺印释，允许论文被查阅鞠借阅；学校可阻公布论文静全都或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制筝段保存论文。 ( 保密的论文在解密精应遵守此规定) 签名- 鲨墨笙导师签名： 日期。 第1 章绪论 1 1 课题背景及其理论和实际意义 环氧乙烷e o ( e 廿l v l bo x i d e ) 是重要的石油化工原料，目前全世界共有e o 生 产装置1 0 0 多套，环氧乙烷e 0 年产能力超过1 1 0 0 万吨。环氧乙烷e o 主要用于生 产乙二醇e g ( e t l l y l eg l ”0 1 ) ，历年来约耗用世界环氧乙烷e o 总量的6 0 以上。 乙二醇e g 主要用于生产聚酷和汽车防冻液。e o 早期用氯醇法生产。1 9 3 0 年法国催 化剂公司l e f o n 用银催化剂进行乙烯直接氧化制e o 取得成功后，美国u c c 公司采 用h f o r t 的研究成果于1 9 3 8 年建成了世界上第一套乙烯用空气直接氧化法生产e o 的装置。此后世界上陆续用乙烯直接氧化法生产e 0 取代用氯醇法生产e o 。目前世 界上的e o 已全部用乙烯直接氧化法生产 1 j 。几十年来，世界上随着高性能银催化剂 的开发成功和应用，工艺技术的完善和新设备投用，以及自控程度的提高，e o ，e g 生产不断得到发展。随着汽车制造业的发展，对e o 厄g 需求也将逐步加大。环氧乙 烷的工艺流程图如图l 一1 所示： 帮 i ；蕃 图1 1 环氧乙烷工艺流程图脚 f i g 1 一lp t o c e s sn 删d i a 乎a mo f e o _ f e o 目前，世界上环氧乙烷e o 厄g 的年生产能力约有1 1 0 0 万吨，有1 0 0 余套e o 忸g 装置，由此推算银催化剂的一次装填体积共约7 0 0 0 m ，约相当于5 千吨银催化剂。 装置，由此推算银催化剂的一次装填体积共约7 0 0 0 m ，约相当于5 千吨银催化剂。 北京工业大学工学硬士学位论文 催化剂使用一定时间后，性能指标将有所降低，见表1 1 ： 表1 1 银催化剂的性能指标唧 t a b 1 1t h ep e 】由哪a 1 1 c e i n 如x o fs i l v e r c a 协l y s t 粼 孓d僦n 簟 套瑚( 糠嚣) 与亿瓤曩母 s 墙聃s s 踮备1 l 惦1 。酷 h ，1 2 h 水4 时奎产苗，h h l ) 轨l 帖o 2 0 8 瞳l 2o t l 口4吼1 9 l 札5 儡懿毒鼻( 重量苛t ) ，蚝 l 乱o 士札 8 9s e1 0 0 札筠 1 矗_ o 士e 2 ；1 3 - 暂抽并性” 8 1 0s n ? 8 2 ，17 轧98 1 5 7 9 6 第一年盏彝性蕾，蟛 7 9 67 孔7 3豫8 障9，飘2 筹二年蕾番性，妊 豫2 7 7 $7 吼i7 & l，艮4 7 8 ， 互年矗舞佳 7 钆b7 6 。77 瓢8 7 7 47 7 ts 7 e r3 蒋嘲年矗舞饿，箔 r 5 t，b 37 毛4 ，6 ，7 舭b7 8 3 第五年羹舞性，k一 7 5 97 采o 一 慎用聱 2 555#4 6 蹙j l 为簟也峙辫盘棒糖蕾化辩耄量瓣戳，重量叠t 嚣定冀为在他一作用下己赢攮瓤靶矗藿巾- 己转俄童并乙藉盼承囊雩艺簋转他曲躲教之比 为了提高产品的产量和质量，就需要定期对银催化剂进行更换。以银催化剂的 使用寿命为3 年计，年需求量约1 7 0 0 吨。目前全国现有1 1 套e 0 甩g 催化剂装置， 还将建成3 4 套，所有厂家都请专业的催化剂填装队伍进行催化剂的填装【4 】，但是卸 料却都采用人工作业的方式。 人工卸料就是工人进入催化剂反应炉底仓，手握软钢丝，由下往上将软钢丝捅 入催化剂反应管中，来回抽动钢丝，在钢丝的作用下，催化剂颗粒松动，依靠自重 从催化剂反应管中滑落，落入反应炉底仓。最后由吸尘设备将落下的催化剂颗粒及 粉尘吸走，完成卸料工作。一套管式反应器基本上由数千根直径为2 5 4 0 毫米，长 为函1 0 米的细长钢管组成，以燕山石化为例，全套设备可以填装5 0 吨催化剂，采 用人工卸料的方法，工作效率低，完成一次卸料大约需要1 周的时间，这对企业来 说，停工周期太长，经济损失巨大；同时人工卸料方法还存在卸料效果差的缺点， 经常出现催化剂颗粒固结在催化剂反应管内壁上的情况，而卸料干净与否直接影响 以后催化剂的填装的效果，这对环氧乙烷e o 的产量和质量都将产生巨大的影响。卸 料过程中还可能出现钢丝插入反应管中拔不出来的状况，使得该催化剂反应管今后 都将无法被使用，这也影响了产品的产量。由于卸料方法处于一个开放式的环境中， 催化剂颗粒的回收不完全，这将造成巨大的浪费【5 1 。环氧乙烷反应罐简图如图1 。2 所 示。 对操作工人而言，人工卸料方法的劳动强度极大，催化剂反应管长度约1 0 米， 软钢丝长度为l l 米左右，钢丝自重将达到2 3 公斤，工人操作需要手握钢丝进行来 回往复的运动，一天按8 个小时工作时间计算，工作量非常巨大；同时由于催化剂 第1 章铺论 颗粒自由掉落入反成炉底仓中，1 0 个工人同时操作，使得工作现场粉尘漫天，工作 环虢 常愁劣，焉键证帮鬏粒粉尘孛含有薰金霪锇，工人大塞蔽入的话，将严重鞭 害工人的身体健康。 图l - 2 环氧乙烷反应罐简图 f i g 1 0s k e t 如出g 嘶go f r c ” 研究出一套可行的银催化剂卸料方法及开发出一套高效的银催化剂卸料装置， 骧减少馕证裁秘糕瓣润，壤短金妲蠢菇鳏辩透黢瓣箨工攒，减少密魏造痰静经济 损：；i 乏，提高念业的嫩产效率；同时可以改善催化剂颗粒的卸料效果，提高e o e g 的 产爨霹质堂；并星还可戳掇褰王监蠡凌纯窳平，丈夫藏轻撵捧工人憨劳动强震，羧 善工人的工作环境，保护他们的身体健康。可见本课题具有极高的理论和实际意义。 1 2 文件综述 1 2 1 高压水射流清洗技术 高压水射流清洗技术魑通过专用设备馊水压升至1 4 弛仰a ，形成强力水射流，对 被清洗设备或管道内的堵塞物和溽蟾进霉亍甥剃、破终、按压、津到达到溥洗黪嚣戆嘲。 国外7 0 年代初开始应用的高压水射流清洗技术，国内已引进应用该技术。童要应用 于獗油、化忑、发电设备、热交换嚣及长鼹离管线、u 型繁线等。该技术窍醛下特 点：工作效率高，适用范围广，清洗干净彻您。除垢率达1 0 0 ，金属物能显蕻金属本 身：对金属没有任何腐蚀、破坏；对于污垢成分杂、警线突全墙死薅纯学瀵洗不熊 奏激的警线，仍有间样除垢的效力；清洗过程中不满要任何化学药龋，因而不产生污 染吲。 1 2 2 气力输送技术 气力输送是利用气流在管道中输送粉粒状物料的一种方法，也就是利用具有一 定压力和一定速度的气流，来输送粉粒状物料的一种输送装置。空气流动常称为风， 因而气力输送又称为风力输送，并简称为风送或风运 吼。它具有结构简单、自动化程 度高、可连续运行、占用空间少，布置灵活和有利于环保等诸多优点，是适合散料 输送的一种先进技术p j 1 8 5 3 年欧洲出现了第一个气力输送装置，为邮局输送信件【1 0 l 。1 8 8 3 年国际上一 些大码头开始采用气力输送装置装、卸散装粮食，发展到二十世纪三十年代，气力 输送装置已成为欧洲某些大港码头上专业化作业的主要卸船设备。十九世纪以来， 由于气力输送理论的出现和进一步发展，气力输送设备的结构和功能发生了很大的 变化，其用途也越来越广 1 ”。1 9 5 4 年在瑞士建成了第一个气力输送面粉厂，之后在 矿山、冶金、机械工业、石油化工、建材、食品、电力、农业、轻工业、制药工业 等许多部门，都广泛地采用了气力输送技术【1 ”。 我国于1 9 5 8 年在浙江金华建立了气力输送面粉车间，1 9 6 6 年在南京浦镇建成了 气力输送大米车间，相继又有大批面粉厂和米厂采用这种设备 ”】。与此同时，国内 的许多其它行业也都陆续地开始对气力输送设备的设计安装及投产使用。到目前为 止，在与之相关的各种工业部门中，水泥、塑料、颜料、农药、茶叶、饲料、可可、 奶粉、碎饼干，以及鱼类等多种产品的生产，都已成功地实现了气力输送 1 4 。气力 输送设备的广泛应用，已在我国的国民经济建设中，占有十分重要的地位。 但由于气力输送设备本身具有动力消耗大、噪声大、磨损大，以及对输送对象 的特性存在一定限制的缺点，也限制了它的进一步的应用。为了避免和克服这些不 足，目前气力输送技术已朝着高压吸送、气流斜槽输送，以及柱塞流静压输送等方 向发展。 气力输送装置按工作原理大致可以分为吸送式与压送式两种类型。吸送式气力 输送装置，是将大气与物料一起吸入管道内，用低于大气压力的气流进行输送，因 而又称为真空吸送。压送式气力输送装置，是用高于大气压力的压缩空气推动物料 进行输送的。由此两种类型还可派生出其它形式的气力输送装置【”l 。 吸送式气力输送具有以下特点：使用于从几处向一处集中输送，料管可以装一 根或几根支管，不但可以将几处供料点的物料依次输送至卸料点，而且也可以同时 将几处供料点的物料输送至卸料点；在负压作用下，物料很容易被吸入；部件要求 保持密封，因而分离器、除尘器等部件的构造比较复杂；风机设在系统末端，要求 空气净化程度高；于压送式相比，物料浓度与输送距离受到限制，因为浓度与输送 距离加大，阻力也不断加大，这就要求提高管道内的真空度，而真空度太高，空气 第1 章绪论 变褥稀薄，携带能力也就下降，因此真空度是又限制鲍，垦裁国内吸送式可利用驰 最大真空度在6 0 l a 灰右【l 。 由于气力输送对象的种类繁多，物料特性千变万化，且气固两相流的运动机理 十分复杂，瓣j 逡缀难就其中菜一特征藿建立密繁遗逡弼静解掰表述藏。丽前久所褥 到麴诲多关系式葶爨数学模型，都楚建立在大量实验懿蓥戳上的经验魏半经验关联式， 当应用于更为复杂的情况时，则满要一些附加效应项和修正系数来进行修正。同时， 实际中所得结果的准确性，在很大程度上取决于所选物料与理论本身假设的理担物 料的相识程发h ”。 1 2 3 声波除灰技术 声波除灰技术是利甭声波欧灰器将声能通过谐掇管馈入炉内，使炉内被污染受 热器醚选戆滚场发生改变，进悉改变获粒靛受力，使其难戮在受热表蟊沉积鬣停甏， 而达到清除积灰、结渣的目的。声波除灰技术的硬究包掇对声波除灰理论的探讨及 声波吹获装溉的设计、生产、安装与使用等一按套的软硬件技术1 1e 1 。 瑞典入0 1 s s a n 于1 9 6 8 年研制成功第台声波吹灰器，1 9 7 8 年该装蘑开始进入 美、基等国，并舜始在电菇薅石诧锅妒上实验径逢被推广斑用【瑚。国内从8 0 箨代末、 9 0 年l 弋规开始弓l 避这顼技本，毙后鸯1 0 多家磷究枧槐、生产企业、公司或代理亵， 根据我国国情、借鉴豳夕 资料开始研制从次声到超声多种形式的声吹灰设备，并获 得批准的相关使用新兴专利2 0 余项，成功与不成功啬勺用户几十家1 2 0 1 。 套觚声波欢灰器麓毽懿来，许多入获不同侧面来解释声波除灰枫理。在岑可法 等人鼹萋的锅| 妒帮抉热嚣魏积灰、缝渣、瘗摄窥腐蚀黪藏虫跟理与诗舞书中提 到“边界层在声振动作用下形成断续，断续的性质由近炉墙区的压力场和摩擦力相 互作用所决定。边界羼的断续伴有烟气逆向流动。烟气流的声振荡周期性地改变边 界层中的篷力级向梯渡。这种不稳定流动使微粒难甄在简体表面沉积，而且u 酊能破 琢邑生葳戆沉积物”。券大学豹疑鼙华、经受薅骜掇出“高强度声波能蓬将被灰漆 颗粒吸收，使其获渣表丽发生形变、疏松、破磷。这个遮渎变化过程是获渣软累吸 收声能过程，一烈灰渣表面产生微小裂隙，声波便淞着裂隙将振动状态传入，进而 发生结渣颗粒与受热谢剥离的现象”。对予声波的加入对炉内燃烧的影响理论也作了 解释，“声波在妒膛串，逶j 建对燃烧工凄静冲击藕挠劾，酸坏了雹敷在燃瓣函与管整 周围流动附麟层，黠燃烧颗粒具商催让反应鲍撵月，因瑟毒劈燃帮节能佟角，霹提 高燃烧效率【2 1 】巾3 n 1 9 9 7 年，华北电力大学( 北京) 王国春在其硕士论文中首次提出了灰潺的声致疲 劳特缝及诗算方法：炉蠹声波有效射稷酌话筹模型：确定清灰时闻与时间间隔的方法 北京工业大学工学硕士学位论文 提出不黧锅炉发声舞静爨谴淼鐾毽论。有力缝摧劲了声波除灰技术韵发袋磷】。 1 9 9 9 年，华北电力大学( 保定) 姜搬山、中科院声学磺究所豳黪使用强l 咄o t z 积 分方程的数值计算方法讨论了锅炉换熟器管排的声散射问题，得到了管道表面及管 排周围的声场分布特性，可以直接用予锅炉换热器管排声波除获的声学参数的选取， 很大程度主键遴7 声波除灰技术静发袋珏5 】。 1 。3 相关领域的研究进展及成果 1 3 1 阑内研究现状 由予这秘银健化裁反应嚣只皮用予特定熬纯工金犍，器蔫函内哭有死家= 嚣纯企 业如燕山石化等使用，而银催化费4 颗粒的更换是在使用几年后，碰至4 该灸业遴纷大 检修时进行，所以国内银催化剂的卸料方法及设备总体上研究的人并不多。虽然国 内稳有箕它的石纯企、监也在研究邋一谦题，但是到目前为止都还没有取樽理想的效 果，提出一套戏熬骢技寒方法理论，锻灌纯裁静鳍辩还停黎在人工静瓣阶段。 1 3 2 国外研究现状 荚罄盔这镁域磷究起劣魄较旱，糕蔫毯经宥藏熟静产品在使用，撩有多赣裙美 的专制主要为真空抽取辅助巍压吹浮或振动蠛松。 专利u s6 1 8 2 7 1 6b 1 中所提到的卸料器的工作原理是：高压气体l 缀过电磁阀 由气管2 通到反映装置3 。气管的前端是喷头，高压气体由喷头喷出，随着喷头的下 行缓催纯翔慢慢缝活动起来，反盛管静疆都有个舱室4 ，舱窀的筠一个出空接真空管 5 ，媸化刹有冀空管蜍送出去( 2 6 l 。装置搬霆l 一3 黪承： 专利u s6 3 6 0 7 8 6b l 中所提剿的卸料器的工作原理是：高压气体经过电磁阀l 由气管2 通到反应装置3 。气管的前端是喷头4 ，高压气体由喷头喷出，随着喷头的 下学篌催纯赛慢懂堍活动起来，舱童的勇一个出空接囊空管5 ，催化荆由真空管输送 出去。该鲻料装鬟邋用予反应警内经梵3 4 焚寸2 英寸，营长为葵尺静反应装萋。 一般情况下5 “1 0 个管同时进行卸料工l 乍，大大提葛了卸料效率1 。装置如图l 一4 黪 示： 第l 章勰 论 l 一离压气体；2 气管；3 一反殿装置；4 一舱室；5 一真空警 l 也i 曲一p r e s s u r e9 8 s ；2 响d p i p e ；3 一r e a c t o r ；4 一c a b i n ； 5 _ v a c u u mv a l v e 图1 3 专利u s6 1 8 2 7 1 6b 1 卸料器装置示意图 羲g 。l * 3 u 越。菇毡g s e l 蝴硒e 垂黜越璎l 栏u s 巷1 8 2 7 1 6 努l 1 电磁阀；2 气管；3 一反应装置；4 喷头；5 真空管 1 一e l e c t r o m a g n e t i cv a l v e ； 2 唧i n d p i p e ；3 r e a c t o r ：扣n o z 嚣l e ；5 一v a c u u mv 8 l v e 匿l - 4 专剩u s6 3 6 0 7 8 6b l 卸辩耩装置示意图 f i g - 1 4u n l o a d i l l gs c h e m 撕cd i a 掣a mo f p a t e n tu s6 3 6 0 7 8 6b 1 分析上文提到的美国的两个卸料器专利的工件原理，w 知它们的工作原理是大 同小异的，即用高压气体使催化剂浮动起来，然后依靠真空 癜出去。这两种设备的优 托京工业大学工学硕士学位论文 点是效率高，粉尘澎染小，易于催化剂的收集。依靠真空抽吸催化荆的方法优点明擞， 可戳尧本文骈借鉴。 1 4 课题来源及主要研究内容 二十多年来，燕化公阉研究院在镊催化剂的研究羚发方嚣取褥了重大鳇邀震。盎 1 9 8 9 年后相继投入工业威用的y s 一4 、y s 一5 、y s 一6 银倦化剂在活性、选择性和稳定性 等综合畿的方面和黧羚同类锻锾纯荆相眈瘫不逊色。西前国内已有5 个工地e o e g 生产装璧十多次用y s 一系列银蠼化剂。这些装置题y s 一系烈锻健亿裁基不仅产量增攘 单耗下降，而且安全性提离，还能满足装置扩能改造的蘩求，经济效益十分明显。在银 灌纯弃磷究取得重大迸菇的情况下，银罐化箭的鲜料方法却一童没有仟么发展，国 内石他企业采用的郝还是人工卸料豹方法，这楚霉寻使用镊镁证到生产环氧乙烷蹬0 ) 的经济效益受到了限制，为了打破这个限制，提高石化企业的经济效益，增强企业 是工韭鑫动纯水平，中戮罐油化工集团把提高穰化剂卸料填装的效率和质量歹u 为需 要j 廷期勰决的课题，中嚣扼集豳委托本瀑题鳃磺究出一穆窝效镊催纯剡卸糕方法及 装鼹。 霭裁餮内麓镊德纯荆反应装置采用的都是人工卸料酌方式，方法落后，效率低 下卸燃鸵质量也无法摄至l 俣哮。国癸在该领壤虽然已经拥蠢残熬豹方法理论及产灞 在使用，但是出于技术保护，本文所能获得的技术资料却相当有限。阑内的一些螽 纯企业鞭据这些有限的授术资料，对银催化剂卸料方法及装置进行猜测、仿造而不 了解它们的工l 乍原耀及设计愚想，爨蛙一嶷罄浚嘉取褥突破。洼载进震，鏊痰镊催纯 荆的卸料仍然停留在人工卸料阶段。本课题的主要研究内容就是总结以往的经验， 根据银镄纯帮用户的装置特点，提出一套行之有效的卸料方法，并进行理论分析计 算，为设计毒l 造卸凝设备提供一套靠懿壤论骧攥，矮蘑遴过试验验诞该方法豹可 行性。 第2 章卸料方法总体方案设计垮选择 第2 章卸料方法总体方案设计与选择 银催化剂卸料因为冀专业性，研究的人较少，国内也没有现成的方法可用或 者借鉴，本课题只能根据镊催化剡鹤料的现场情? 咒结合相关领域热管道清浚，锅 炉内壁除垢等提出方案然后迸行论证分析，选择出一种最为有效合理的卸料方 法。为此本课题总菇提出了六套设计方案，经过视步的论诞，排除了一些不可行 方案，最后对剩下的三套方案进行了更为详细的论证分析。 2 1 声波卸料方案 2 1 1 声波卸料总体方案设计 声波梭频率可分为次声波、可昕声波和超声波。频率低于2 0 h z 的声波为次 声波，高于2 0 0 0 0 h z 的声波为超声波，介予2 0 h z 。2 0 0 0 0 王z 之间的声波为w 听声 波。次声波和超声波都不熊弓 起骄觉。从物理学角度来看2 0 m 2 0 0 0 0 h z 内外的 声波并无本质区别。声波由声源产生，在弹性介质中振动，到达介质或物体界面 辩要产釜碾 i 曼、发射、折射等物理现象。波动过稔是能羹传播的一种形式。炉内 熬面灰渣受到声波的作用，会吸收其能量，引起灰渣损坏。 声波清灰、滁渣是炉麓面积获逑赛藩在声波裁动作用下形成断续，在压力场 和摩擦力的相互作用下，周期性士呶改变边界层中的压力纵向梯度，使灰粒雉以在 熬霭沉积，并置畿足够静施耋下破坏己经形成的飞灰沉获艨。声波清灰、涂渣可 以有效地传送到炉内每个角落，趣振酥焦渣、软化灰壳、清除积获的作用，并使 焦渣怼罄。 声波由传统的“触及戏”变为“波及式”。以波动的形式传递能量，它所具有 鼹物理愁覆，懿绕羹壹、惩瓣骧及教瓣霉班搜戆量轻褥荔举鼙迷被澎豫空阂鹃每一 角落，使声波除渣舆有独有的优势。在声波振动系统中，声波振动器将空气携带的 笺星转豫海塞声强声波，遴过声波懿终嗣力使灰毂窝空气分子产生振荡，皱嚣了 瞥壁表面灰渣的络合力使其松动乃至脱落。声波采用空气作为传播介质，销去了 传统方法孛采用波俸终为分矮带寒鳇污染秘不馒。 由于声波除获方法具有如上所述的那魑优点，使得本文联想到如果能够将声 波技术用于催化剡反应警瓣卸辩孛，将大大提寒镶证剡爱应譬熬鼹裁效率器效 粜。由此本文提出利用扬声器的工作原理产生纵波，将声波的频率控制在次声波 频率以走，将声波发生器爨于催化刹反应繁戆下方，将声波导入反应警中，运愿 。警毒三翟2 警：誊警警譬誊譬警銮。，如 低声波产生的振动效果使催化剂反应管内部的催化剂反成颗粒产生松动，在自重 的作用下滑落。在反应管底部和声波发生器之间加装套催化剂颗粒分离及收集 装置。实现银催化剂反应管的卸料工作。总体方案如图2 一l 所示： 图2 1 声波卸料总体方案示意阁 享i 9 2 - ls c h 啪甜cd i a 铲a mo f s o u n dw a v eu n i o a d i n gm e m o d 2 2 声泼鄯料方案霹褥性分输 声波除获按零已经褥墼| 广泛的盛焉，并羹舀渐成熟，僵燕声波技术用于郫科 王缛，髫蔫髫蠹熊还来毙搜燃，为了验迸该方案豹可行髓，本文特设计了下瑟的 实验。 簧走本文叁行设计了实骏装疑，安馨爨2 乏爨豕。淹奄辊豹转动带动攘源产生 袈要的滔塞部分擞往复运动，活塞羚往复运动，捺动了气体的不凝运动，将撅源 产生装鐾的出气翔透过分离装置同镁化刹反应警慰接上，这样裁在催亿裁反巍管 内产生了个周期性的震荡气滤。使熙交频爨控制电枫熟转动速率，这样裁褥到 了各个不同频率的声波。 实验过稷描述：零文使用了1 0 h 驴5 0 h z 这令频率段她声波避孬了实验。最 初阶段，催化剂颗粒在声波的振动下，纷纷落下，通过分离装星遴入到收集装鼍 中。但是随糟实验的避行，颗粒掉落速度越来越幔，最后停止。器个频率蛉声波 都无法完全实现撼根催化剂反应篱的卸料。实验失败。 催化剂反应篱过长，当销化荆颗粒掉落时与幽下自上的低声波擞槌反运动， 从而大大削藩了声波的能量，使得声波产生的振动无法到达催化到反应管的顶 部。从而造成了实验的失败。如果需要整根催化剂反皮管卸料完全，就得不颤加 大强源装置的功率，这使得设备的尺寸需要大大的增加，而且能源的消耗也随之 增加。所以应用声波进行催化剂反应管的卸料无法实现。 匿z o 声波实验装置熬 f i g 2 - 2 嚣q l l i p i n td r a w i n g 。f s o l l n dw a v ee ) 荦e r i m e n t 2 2 辊械式卸料方案 2 2 1 机械式卸料总体方案设计 国内所有的环氧乙靛o ) 生产企业两前采用的催化剂反应管卸料方法都是 人工卸料的方法。人工卸料就是由卸料工人由催化荆反应炉的人孔进入催化劐反 敬炉底仓，手握软锈丝，将铜丝幽下往上插入催纯嗣反应篱中，用钢丝的顶端撞 击催化剂j 眩应颗粒，来回抽动钢熊，使得在钢丝的作用下，催化剂颗粒产嫩松动 破碎，依箨鑫重扶催纯裁及应管巾滑落，藩入反应炉底仓。最后由暇尘设备将落 下的催化剂颗粒及粉尘吸迮。完成卸料工作。 由入工都辩方法本文惩骜健瘸一套辊械装置代替入王操作，实现卸料过程豹 誓业自动化的卸料方案。卸料总体方案如图2 3 所示： 蓄兔嚣要选撵一释弱往葑，嚣度适串，瓣密经好静销熊，这释钢丝需娶能够 j 啜利地插入催化剂反应管中，可以在反应管中自由地做往复运动，在受力弯曲后 不会产生永久毪变形，镶丝鹩蓠臻麓要弱经纯裁鬏粒不瑟淹发生攘击，耩强必须 熙有良好的耐磨憷；接着设计一褰机械手装置，在控制装鬣p l c 控制器域者凸 埝装置戆按期下褰溪搪送镶丝懿运魏，能够实褒涛锈丝经避往复运动摇入镤纯裁 威应管中，实现卸料。 。一。0 翟警馨蓄蓥篮箸鲞。，。一 图2 3 机械式卸料总体方案示意围 f 蟾2 - 3s c h e m a t i cd i a g 鼬l o f f n e c h a n i c a l 吼l o a d m g m 觚0 d 2 2 2 机械式卸料方案可行性分析 飒城式鲴辩慕惩懿是a 王妻l 辩熬暴壤，嚣瑗上麓摹。人工郄辩胃纾滋鞠该方 法也具有可行性。但是这种卸料方法也存在着靼人工卸料一样的一个比较严重缺 点：卸料效率低，卸料效果不好。机械式卸料方案采用的仍然怒由催化剂反应管 麴下方缝上熬卸奉尊方式，效攀上应该进入工蠲籽弯联提离，毽燕提蔫有限，鑫为 两者都是依靠机械力使催化剂颗粒松动以后自由下鞯，掉出催化剂反应管。就催 化剂卸料效果上而言，催化荆颗粒由于长期使用出现烧结后，机械式卸料方法同 入王鲻攀 方残一褥趣缀雉将穰诬裁反应鬻警壁滂摇干净。繇耨蘑还需簧辘勃订砂 步骤，清除倦化剂颗粒在管壁上出现的独结。返就增加了卸料时阀，降低了效率。 机械式卸料方案还存在着一大难点：软钢丝的选取。该方法主要依靠软钢缝在催 纯裁反应管内戆运动实筏彝糕，软钢丝静规禳瞧畿将起到焱关鬓要酌作稻。为选 取合适的钢驻，需要进行多次的实验，增加了卸料设各的拜发周期。媳此越见极 械式卸料方案具有可行性，德不是最佳方案。 2 3 真空抽取辅助高压吹浮卸料方案 2 3 。 真空掏嘏辅勐高嚣欢浮卸辩总体方案设计 根据高压水射流原理和经验，可知道当高压气体从喷嘴喷射而出时，在喷嘴 缝将产生巨大晦冲击力。在机械加工行监工人鄢傅们使用搿压气体清捆机床上加 工后遗落的铁屑；在道路建设萼亍业王人稍建褰蠖气遴行路程戆挖握工 睾；褒装修 行业工人们用高压气进行打钉子。豳此本文可知高压气已经运用于各个行业，离 题气体喷射黼出时产生的巨大狰击力足够将同结的催化剂颓粒欧散、硫松。在气 圃圆 善 。- 。羞耋掣温馨篮辇篮塑二- 衄。一 流的作用下，催化剂颗粒处于悬浮状态。 气力输送技寒是一门琵较年轻懿辩擎技术，获十丸邀缍后半盱才发麟起来。 气力输送技术在粉粒状物料的搬遮上所具有的特有优越性，引起了人们盼广泛注 褰，各藿绣绘投入大力、秘力对箕透露研究，健褥该菝术弱篷完簧，设谤拳平霹 曩艺水平越来越先进。目前气力输送技术已经广泛地应用于卸船，卸车等行业。 锻篷诧裁颗粒是一秘霆毪状，l 、鬏粒，含永零纛，塞度不大，这些谚毽毪袋决定了 它非常适合使用气力输送技术进行搬运工作。 结合上覆瑟杰分援，本文提出了将惠添气落旋浮技术闲气力输送技术耀结合 的卸料方案，卸料总体方案设计如图2 4 所示： 网2 - 4 冀窆抽取辅助高压欧浮卸料总体方案涿意图 f i g ，2 4s c k 蝴a t i cd i a 群a m v a c 慨锄c 畦帆1 l n l o 耐撕g i n e t h o d 如圈2 4 所示，将高骶气管通过接头插入银催化剂反威管中，扁动高压气泵， 数气阕控制吹浮健豫赛颗粒的气体流量的大小。残亳匿气綮端墨接上噗蠛，当气 阀打开对，高压气体就连续不断地进入催化荆反应管。在喷嘴处，喷射出的高压 气流将催化剂颗粒_ 冲散，势处于悬浮状态。同时接头的男静一端出催讫刹输送管 阉催化帮潮收过滤装置连接，而倦化剂回收过滤装置又与真空抽吸设备连接。启 动真空抽吸设备臌，在回收过滤装置中形成一个受压腔，镁化刘反应管的 耍端接 头处也就辐应地形成受驻。催纯粥反应管中喷嘴处和顶端按口处之间将产斑压力 麓。由高压气管输送到催化刹反应管中的空气在这一压力麓的作用下就形成了气 体流动，强气体流薰和流速足够辩，气体流动所产生的搬运力就将银催化荆颗粒 搬运出催化剂反触管，经催化剂颗粒输送管进入阐收过滤装詈。将高压气鹭缓缓 缝下摇入德亿帮赢应警，穰住骞l 颗粒裁不断魂被搬运毒獾纯裁反废管，直鬣整根 催化剂反威管内的催化剂颗粒全部被搬运出，则完成了银催化荆的卸料过程。 北京工业丈学工学硬士学位论文 2 3 2 真空抽取辅助嵩压吹浮卸料方案可行性分丰斥 真空吸送式的气力输送技术目前已经得到比较成熟的应用，只鼷提供照够的 气体流量帮流速曹定可鞋实现镶僚纯粥反赢装置静完全酃料。吸送筑气力输送技 术适用与从几处同时向一处集中输送，不但可以将几处供料点的物料依次输送至 鄄料点，箍肇氇可黻阊跨将凡垒i = 茯料点的物料输送歪卸精煮，这就使得一静静料 设镊可以同时进行几根银燃化剂反应管的卸料工作，因此如果使用真空抽取辅助 蔫蓬唆浮静锑精方法进雩亍锑糕静话，将藏铸遣提高银罐托嗣的卸辩效率；茄井 方丽高压气从喷嘴喷射而出时产生的巨大冲击力能够将固结在一起的催化剂颗 粒虢散，潮l l 尊蒋爱宠警静篱壁欧箱干净，缣证了锻催纯裁静蠲粒簸聚；裔透气管 是由催化剂反应管的顶端慢慢往下插送的，并不需瓣费多大的气力，这将大大降 黎俸工人戆劳裁强震；嚣催纯裁糇粒疆搬运密霞寝警磊褥统一避入爨匿牧过滤 装鬣中，遮又提高了催化齐0 颗粒的回收率，并改善_ 工人工作时的劳动环境。这 些挽点说鹗了奏空糖取辘勃蔫基吹浮帮辩方寨其骜缀蹇豹褥雩亍缝。 当然真空抽取辅助高聪吹浮卸料方案也存在者一些不足，例如：采用真空吸 送砖囊空发要求意，这就要求各零孛秘蘩终之润懿透接部分保持爨磐懿密封，嚣 而备部件的构造也就相对比较复杂；真空抽吸设备设在整鞲系统的末端，而银催 化潮颞粒中沓有导瞧粉尘，这裁要浓空气懿净纯程度褰；气滚揍繁镤往裁簇粒戆 浓度和输邀的距离加大，阻力也不断加大，这就要求提高管道内的真空度，而真 空魔太裹，窆气交褥稀薄，携繁链力也就下降，因越囊空发是有隈裁鳇；与其德 输送技术相比，气力输送所受的影响因素更为复杂，要获得成功的设计不仪需要 运用有关气力输送的一般综合知识，掌握鼹输送甥料豹特慷窥操传蘩传，露显还 应注意学习和积累实际经验。这些不足都怒本文程设计过橼当中黼爰注意。 2 4 本毒，j 、结 经过土面的论证分析，可以看粥虽然声波技术在管壁除获方面得到了成熟的 应用，但是要将它成功地使用到银儇化荆的卸料工作上还存在这很大的困溅，并 不怒短露瀚离可以蜜现蘸，淘对次声波技术将威胁翻久体酌健康，并可能导致银 催化剂反成器发生按振现象，存在安全隐患，因此本文暂不考虑采用此方案；模 揍久工簿瓣方法，将较铜丝豳下往上捶入罐纯裁反艨管中的梳械式锑瓣方案虽然 原理简单，但是具体的钢丝往复运动控制机构却很篾杂，增加了设备开发的难度， 焉郄瓣效率低下，效果不馕等天王照】精鹣皎熹遣无法得蜀裔效的改善，这就使得 使用该方案所能得到的经济效益有限，没有什么使用价值，此方案也给予排除； 第2 章卸料方法总体方幕设计哥选择 真空抽取辅助高压吹浮卸料方案具有很高的可行性，设豁比较简单，可以大大撮 离催位裁静辩糕遽疫，疆离镯辩效栗，改善工入静劳动强度帮王作鞲= 境，爨有缀 高的使用价值，照然鸯些缺点，只要在设计中考虑它们，尽量减少这些不利因素 的影响，完全可以顺利完成银催他剂的卸料工作。比较兰种卸料方案，本课题决 定采焉奏空抽取藕韵巍歪欧浮辞糕方案。 j 京工拽大学工肇硕士学位论文 第3 章银催化剂颗粒的性质 农气力竣送的气固耀提浚孛，固锩物辩的性震，对薅擐渡动状态、爨臻霸魅 力等有很大的影响，而这些对输送系统都有很大影响，对物料性质的分析是气力 输送系统设计的慕碲，它关系蓟系统的节能及其它输送性能。豳此在研究气力输 送愿瑷方法之蔻，蕃先溪了勰凝粒懿性壤以及蘧辐瀛中爨气漫愈俸懿注震。嘉娶 掌握的物料特性肖：被输送物料的堆积密度、粒度和形状、含水率、脆性娉【3 6 】。 3 。1 银催化剂颗粒的堆积密度 雏积密度是撩散粒状物料在堆积状态或松散状态下，含颓粒间隙在内的单位 体积物鹳爨具有懿质量p 7 1 ，其单位为堙搿3 、掰3 ，戳反表示。 物料在四种状态下的堆积密度与气力输送设计密切相关。这四种状态的堆积 密度楚：物瓣扶容器倾泻流出时的流出状态密度；流出的物料在沉降积聚时的沉 聚状态密度；物料在瓣念中贮存黠的贮嚣状态密度耪耪料在充气状态豹密泼。貔 料可能是以流出状态供入气力输送装置的，但从气力输送装置卸出时击口可能仍处 在充气状态，这意殊这物料从气力送装鬣卸出时的体积比供料时的体积大。 褒气力浚送装霉设诗孛，装譬鹣辏邀量等蓬接冬耱辩豹壤积密震有关。物辩 在不同状态下堆积密度数值不同反映了物料的流动性和能否被充气流态化的特 性。堆积密度较大的物料在慧浮提升输送时需疆消耗较多的能懿。此外，般