CN107941999A - 一种模拟高温熔池内反应生成气体的冷态实验方法 - Google Patents

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Abstract

一种模拟高温熔池内反应生成气体的冷态实验方法，属于实验室研究技术领域。在冷态模拟试验反应器模型中，以酸或酸溶液作熔池，熔池深度为H，加入含

Description

一种模拟高温熔池内反应生成气体的冷态实验方法
技术领域
本发明属于实验室研究技术领域，特别涉及一种模拟高温熔池内反应生成气体的冷态实验方法。采用常温液体、固体、气体介质模拟工业高温反应器内熔池运动和内生反应生成气体。
背景技术
目前在研究工业(如冶金行业、化工行业等)高温反应器内熔池特征时，往往采用冷态实验方法。以冶金行业的转炉为例，普遍以常温自来水作为熔池，以空气或氮气作为喷吹气体，在特定位置向熔池中加入盐类并用电导率仪连续测量、采集熔池特定部位的电导率来表征熔池特征参数，这类方法的优点是可安全高效的模拟熔池的运动状态，但是无法模拟熔池内部反应生成气体的现象。
中国专利《鱼雷罐喷吹脱硫水模实验装置》(专利号CN201320176220.0)公开了一种鱼雷罐喷吹脱硫水模实验装置，包括支撑台架、喷粉系统、模拟脱硫剂、粉料输送管路、喷枪夹持系统及鱼雷罐模型，该装置可对鱼雷罐喷吹脱硫过程中熔池内的液体混匀效果、脱硫剂分布状态和端部死区面积的改善进行研究，但是未就熔池内反应气泡对熔池的影响详细描述。中国专利《一种转炉水模型实验模拟装置及模拟方法》(专利号CN201210276452.3)公开了一种用于复吹转炉顶底供气进行简单基本的水模拟的装置，但未考虑熔池内自生气泡对熔池的影响。
含成分的物质(如Na2CO3、CaCO3等)，遇酸溶液的H+会(如HCl溶液、H2SO4溶液、醋酸溶液等)反应放出CO2气体，随着含物质加入量的增加和反应的进行，溶液PH值将从强酸性变弱酸性，然后变中性，甚至可变碱性。通过对熔池各区域PH值的测量采集可以判断熔池内反应激烈程度、反应程度、区域死区状态、熔池搅拌等熔池反应与熔池运动的特征参数，可对科学实验现象给予数据指导。
本发明旨在提出一种模拟高温熔池内反应生成气体的冷态实验方法，主要针对高温熔池反应时内部生成气体对熔池状态特征影响的问题，用于冷态模拟实验研究高温熔池特点。
发明内容
本发明目的在于提供一种模拟高温熔池内反应生成气体的冷态实验方法，用于模拟高温熔池内部反应生成气体对熔池的影响研究。
本发明的技术方案是：
在室温状态下的冷态模拟试验反应器模型中，以酸或酸溶液做熔池，熔池深度为H，以含的近似球形的固体物为添加物，固体物密度应大于熔池中溶液密度(一般实验用熔池中溶液密度在1.0～1.2kg/m3)，熔池中溶液与该固体物反应后产物应不对环境造成污染。
固体物的粒径根据熔池深度H制作，固体物最大直径d应为d≤1％×H，将固体物按照直径分为N个档，即d/N、2d/N、3d/N、……、(N‐1)d/N、d以备冷态模拟试验时加入熔池内，不同粒径固体物可根据试验实际需要按比例加入。固体物的最大直径选择应该保证固体物在沉入到熔池底部后应该尚未反应完毕且残留不超过原体积的50％。
固体物加入时，采用人工均匀投递/溜槽加入/管路气动喷入等多种方式加入熔池中。
固体物加入量m，可根据反应器模型内溶液中H+的摩尔量计算完全反应需要的含固体物总质量M，冷态模拟试验时固体物加入量m不超过0.8×M，以此保证整个试验过程中有足够的酸或酸溶液进行反应释放气泡。
冷态模拟试验结束后，继续加入固体物直至熔池不再发生气泡，排泄掉反应器模型内的溶液。
本发明的优点在于，可解决常温水溶液熔池模拟高温熔池内部反应生成气泡的难题；适用于各行业高温熔池内生反应发生气体对熔池影响规律的模拟研究。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步说明。
以钢铁冶金行业的100吨转炉为原型制作冷态模拟试验反应器模型，以5％醋酸水溶液作熔池，以石灰石为含固体物加入物进行试验。
根据100吨转炉原型参数设计反应器模型内熔池深度为1m，根据加入反应器模型的醋酸量计算得到含H+约为830mol。
根据反应器模型熔池深度计算得到石灰石固体物的最大直径为10mm。用粉碎机和多孔筛，按照固体物直径分别为2mm、4mm、6mm、8mm、10mm来加工出石灰石颗粒以备试验用。根据溶液中H+的摩尔量计算得到反应所需CaCO3约为83kg，因此试验用石灰石(忽略约5％的杂质成分)约为60kg。根据固体物不同直径1:1:1:1:1的比例加入石灰石颗粒，因此五个粒径石灰石颗粒各应准备12kg。
在转炉模型冷态模拟试验的顶底复吹开始后，以人工均匀投递方式，将五个粒径的石灰石颗粒撒入熔池中，观测顶底吹气和熔池内部生成气体对熔池特性的影响，直至顶底复吹试验结束。
试验开始后即可进行熔池的混匀时间、传质测量等其他数据采集工作。
停止转炉顶底复吹后，继续人工投入足够的石灰石，直到熔池不再产生气泡，将溶液排出到下水道。
根据试验过程的不足与试验结果的分析，改变溶液浓度、石灰石粒径及加入相对比例，加入方式等试验操作参数，优化冷态模拟试验。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (1)

1.一种模拟高温熔池内反应生成气体的冷态实验方法，其特征在于；在冷态模拟试验反应器模型中，以酸或酸溶液作熔池，熔池深度为H，加入含的固体物进行熔池内生气泡模拟试验，固体物密度应大于熔池中溶液密度，熔池中溶液密度在1.0～1.2kg/m3；
固体物最大直径d应为d≤0.01×H，将固体物按照直径分为N个档，即d/N、2d/N、3d/N、……、(N-1)d/N、d以备冷态模拟试验时加入熔池内，不同直径固体物根据试验实际需要根据固体物加入量m按比例分配；
根据反应器模型内溶液中H+的摩尔量计算完全反应需要的含固体物总质量M，冷态模拟试验时固体物加入量m不超过0.8×M。
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