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第 30 卷第 5 期2014 年 10 月化学反应工程与工艺 第 30 卷第 5 期 2014 年 10 月 化学反应工程与工艺 Chemical Reaction Engineering and Technology Vol 30, No 5 Oct. 2014 文章编号：1001—7631 ( 2014 ) 05—0463—08 水力旋流器的底流口直径对其分离性能的影响 宫振宇 1,2，张妍君 1,3，鄂承林 1，刘梦溪 1，杨 斌 4 (1.中国石油大学(北京)，北京 102249；2.中国石油化工集团公司北京燕山分公司，北京 102500；3.中国石油天然气 集团公司中国寰球工程公司，北京 100029；4. 中国石油天然气集团公司大港油田原油运销公司，天津 300280) 摘要：底流口直径对旋流器的性能有着非常显著的影响。本研究采用体积法测量并计算了颗粒浓度和分离效 率，在流化催化裂化（FCC）催化剂-水液固体系内考察了底流口直径对水力旋流器分离性能的影响。发现在 入口浓度不同时，底流口直径对旋流器性能的影响规律不同。在低浓度体系（C ≤10%）内，随着底流口直 径的增加底流液浓度急剧减小，但溢流液浓度基本不变。在高浓度体系（C ≥15%）内，随底流口直径的增 加底流液浓度变化不大，但溢流液浓度显著降低。在本实验范围内，随着底流口直径的增加，分流比显著增 加，分离效率明显增加，压降略有降低。 关键词：水力旋流器 分流比 分离效率 压降 中图分类号：TQ051.11 文献标识码：A 煤炭间接液化过程主要是通过“费托合成”工艺制取性质类似石油基燃料的合成油，目前南非 Sasol 公司已经成功将煤炭间接液化工业化[1]。煤炭间接液化国产化的困难在于关键设备的开发，特别 是产物油品和反应催化剂的分离设备[2]。煤炭间接液化过程中，催化剂在油品中的体积分率为 20%左 右，国外公司通常使用过滤器实现液固分离，但是由于颗粒浓度太大，过滤设备负荷重、生产能力低， 过滤器的切换与反冲频繁，装置难以长周期运转。 水力旋流器是一种应用非常广泛的非均相混合物的分离设备[3-7]，其分离效率和压降受到很多因 素的影响，如颗粒的粒径分布、两相的密度差、流体粘度以及旋流器的结构尺寸等。王元文等[8,9]通 过实验和模拟研究了底流口直径、溢流口直径和插入深度对旋流器性能的影响。王志斌等[10]总结了文 献中报道的进料管、溢流管、底流口、锥段结构等的影响。张丹等[11]研究了锥角的变化对流场和分离 效率的影响。水力旋流分离技术的研究已经较为成熟，但所涉及的体系大多局限于固体颗粒浓度不超 过 10%的体系[12-18]。随着颗粒浓度的显著增加，颗粒-流体、颗粒-颗粒间的相互作用、颗粒的受力状 况发生了显著的改变[19]，结构尺寸对旋流器性能的影响也有了很大变化。根据底流拥挤理论，当进料 浓度较高时，底流处的阻塞效应是影响分离效率的主要因素，会完全抵消分离器内其他因素的作用[20-22]， 因此高浓度体系中旋流器的底流口直径通常要大于同样处理量下低浓度体系中旋流器的底流口直径。 但底流口直径的增加又会带来新的问题，王元文等[8,23]发现随着底流口直径的增加，分流比和分离效 率增加，但是与此同时浓缩倍数（即底流口浓度与入口浓度的比值）也大幅降低，这对于一些工艺来 说是难以接受的。苗青等[24]认为底流口的结构对旋流器内空气柱的形成有显著的影响，并进而影响了 分离效率。由此可见，高浓度体系中底流口直径对旋流器的性能有着非常显著的影响，本工作将对此 展开相关研究，并将研究结果与低浓度体系进行对比。 收稿日期: 2013-06-03; 修订日期: 2013-10-25。 作者简介: 宫振宇（1973—），男，工程硕士研究生；刘梦溪（1973—），男，副研究员，通讯联系人。 E-mail:mengxiliu@。 装e化学反应工程与工艺2014 年 10 月4641 实验装置及测试方法1.1 实验装置及流程实验装置如图 1 所示。实验所采用固相为流化催 化裂化（F 装 e 化学反应工程与工艺 2014 年 10 月 464 1 实验装置及测试方法 1.1 实验装置及流程 实验装置如图 1 所示。实验所采用固相为流化催 化裂化（FCC）平衡催化剂颗粒，颗粒密度 1 390 kg/m3， 平均粒径 65 μm，液相为水。先将流化器中的清水 放入水箱，开动污泥泵，使清水通过流化器底部的 分布器进入流化器，使沉积于流化器底部的固体颗 粒流化，达到液固两相混合均匀，然后将流化器内 的液固混合物全部输送至水箱。污泥泵的出口设有 循环管路，将泵出口一部分液固混合物返回水箱， 以流化水箱内的颗粒。实验时将泵出口由流化器切 换至水力旋流器，液固混合物在旋