空气鼓泡法戊烷气化的研究

第23卷第4期煤气与热力Vol. 23 No 42003年4月Gas heatApr.2003文章编号:000-4416(20034-0204-03空气鼓泡法戊烷气化的研究李善斌陈明(哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨150086)摘要对空气鼓泡法戊烷气化过程进行了传热和传质分析讨论了空气流量、气泡总面积和温度对戊烷气化量的影响提出了增加戊烷气化量的方法。关键词訌BG气化戊烷洷气鼓泡法漕传热抟质中图分类号IU996.6文献标识码:Aesearch on Pentane Vaporization with Air-blow MethodRLI Shan-bin, Chen MingHaerbin Institute of Technology, Haerbin 150086, China)Abstract: According to theory of the heat and mass transport this article analyzes the process of the pentanevaporization with air-blow method discusses the influence of air flow total surface area of air bubbles andtemperature on the pentane vaporization and puts forward the methods to improve the ability of the pentane vaKey words: LPG vaporization pentane air-blow method i heat transport i mass transport1前言泡法产生戊烷-空气混合气见图1)舶原理是洷气由小型空气鼓风机经铜氜內径8m送入戊烷以戊烷为主的轻烃由于热值高价格便宜常温容器底部由管口逸出形成气泡升到液面。由于戊常压下是液体便于储存和运输因此可用作燃料。烷在气泡表面和液面上向气相的蒸发形成戊烷作为民用燃料轻烃气化的方法通常采用空气鼓泡空气混合气导出供给燃具燃烧。为了确保安全使法"。由于环境温度、空气鼓风机配置不当等原因用产生的混合气应控制戊烷达到其爆炸上限的2常造成轻烃气化量不足,使燃具热负荷达不到设计倍以上23。采用空气鼓泡法使戊烷液体气化的过要求。本文根据传热传质理论对影响轻烃气化量程是一个传热和传质过程受传热和传质的影响。的因素进行了探讨并提出相应的解决办法。3戊烷气化的传热和传质过程2空气鼓泡法戊烷气化原理中国煤化工戊烷在常温常压下是液体沸点为36.1℃,低CNMHG化时由于液体温度与热值为45.381Mkg其气体的爆炸极限为1.4%~环境血作同公此气几m需热量由液体自身提供8.3%τ在民用中戊烷需由液体变为气体。空气鼓这样液体温度会降低。当液体温度低于环境温度*收稿日期200207作者简介李善斌197—)男黑龙江哈尔滨人副教授学士从事燃气教学和研究工作。第4期李善斌等空气鼓泡法戊烷气化的研究205而形成温差时,方面进入钢瓶的空气向液体传热,3.2传质过程分析另一方面环境空气通过钢瓶壁面向液体传热。随着根据系统內的质量平衡在忽略液位变化引起气化过程的进行液体温度逐渐降低而与空气的温气相容积改变的情况下存在关系差逐渐加大这样由空气向液体的传热量逐渐增加(6)而液体提供的显热量逐渐减小。直到进行到某一时式中m。—进入钢瓶的空气质量流量kgs刻液体温度降到某一温度保持不变时气化所需要依据传质计算的戊烷气化量的热量完全由空气来供给流出钢瓶的戊烷-空气混合气的质量流量kg/s戊烷的气化包括气泡内的气化和液面上的气戊烷-空气化。由于气泡内戊烷的传质量比液面上的传质量大得多所以主要分析气泡内戊烷的气化过程。假设气泡为球形内部空气静止不动。某一时刻在气泡界面处气相一侧δ厚度內温度θ、戊烷气体的分压变化如图2所示l—钢瓶2一戊烷3-铜管图1戊烷气化示意图单位时间内的传热量(1)戊烷液体提供的显热量Φ;(kW)△(1)2)进入钢瓶的空气向戊烷的传热量Φ2(kW)K,A1·(6.-0n))(3)空气通过瓶壁向戊烷的传热量φ(kW)(3)式中淝m—戊烷液体的质量kgc——戊烷液体的比热容kJK(kgK)单位时间内戊烷液体的温度降,℃/sδ一气膜厚度;0一气泡内空气温度K1—空气与戊烷的传热系数kWmK)0,一界面上戊烷液体温度;pm一气泡内戊烷分压A1—气泡总面积与液面面积之和m2P-界面上戊烷气体饱和分压图2气泡内温度、戊烷分压变化示意图0—空气的温度0,—戊烷液体的温度,℃气泡内的传质按一组分通过另一静止组分的单K2——空气通过钢瓶壁面与戊烷液体的传热相扩散系数kW(m2K);A3——戊烷液体与瓶壁的接触面积m2。P TRO PamPpl- Ppi(7)根据能量平衡有中国煤化工(8)r=+2+φ(4)HCNMH公式8583×10T(9)gm(Φ1+Φ2+Φ3)式中丬nn—依据传热计算的戊烷气化量kg/将式9玳代入式7得导r——戊烷的气化潜热kJ/kg(10)206煤气与热力2003年8583×101En-单位时间内气泡个数。ROo.Q将式(10)(13)(14代入式12)得导ET(gva y(15)P式中N——气泡内戊烷气体扩散速率 kmol m3式中:E8583×1090D—戊烷气体分子扩散系数mn2/s(16)R——摩尔气体常数8.314 kJ( kmot K);δ—气膜厚度mT—气泡内气体的热力学温度K4提高戊烷气化量的方法p—气泡内气体总压力kPpm—空气在相界面与气相主体间对数平均根据传热和传质过程的分析影响戊烷气化量分压kPa;的主要因素有空气流量、气泡总表面积、温度等参相界面处戊烷气体的饱和分压kPa数。因此要想提高戊烷的气化量使燃具热负荷满气泡内戊烷气体分压kPa足要求应该从这些主要影响因素入手平均碰撞直径m(1)增加空气流量Ω2n—分子扩散的平均积分根据传质公式戎戊烷气化量qm。随空气流量M,。,Ma—戊烷和空气的相对分子质量的增加而增大。增加空气鼓风机的流量,方k—玻尔兹曼常数,k=1.38×10-23J/K面使气泡个数增多也就增加了气泡总表面积AAB分子之间作用能J另一方面,气泡上升速度加快,气泡内气体循环增实际上在气泡上升过程中由于戊烷的气化,强使传质速率N增大这些都有利于戊烷的气pn是逐渐增加的使传质推动水P-P逐渐减化。实验表明在燃具使用范围内当空气量增加1小因此扩散速率N也逐渐减小。气泡上升速度倍时轻烃气化量可增加40%以上。采用这种方法较快时特别是处于湍流状态时气泡内的气体不会增加戊烷气化量时应注意戊烷-空气混合气中戊静止不动由于气泡内气体的循环而使扩散速率大烷体积分数的降低。大增加3]因此p。接近p的程度要更好些。(2)采取措施增大气泡总表面积A气泡内戊烷的气化量为在空气流量不变的情况下采取措施增大气泡MA'N'Al(12)总面积A。如在空气管出口安装一个气泡分布单个气泡表面积由戴维森-舒勒公式6求出器其上面分布一定数量的小孔。这样形成的空气泡直径变小数量增多,气泡的总面积增大戊烷气A.=4πR13)化量就可以增加气泡总表面积为(3)提高戊烷气化时的温度A(14)根据戊烷气化的传热和传质过程分析戊烷气式中依据传质计算的戊烷气化量化过程需要吸收一定量的热量。因此,可以采取A—依据传质计算的气泡总表面积m2;些方法提高环境或戊烷的温度来提供戊烷气化所A—单个气泡表面积m2需的门中国煤化工速率T2。同Rn—气泡直径mCNMHG冲中,n随温度的提高戊烷液体的动力粘度Pas而增大。囚尚戊炕气化时的温度可以增加戊空气体积流量m3/s烷的气化量。pn,—戊烷液体与空气密度kgm参考文献(下转第210页)g—重力加速度m/s2;210煤气与热力2003年在某些研究和应用中需采用以函数形式给出的管理之中卢之同时有必要进行对燃气负荷实际状典型化的用气量变化。例如日的用气量变化可以用况的调查研究掌握我国各种类型城市各种类型用分段幂函数户用气的普遍的、典型的形态和规律性这是研究燃x)=9±S[1-(1-y}气负荷问题非常有意义的最基础性的工作。式中:x)—用气量函数参考文献日平均小时用气量S—第i高或低谷y时用气量峰值或[1]严铭卿,廉乐明,焦文玲,等.燃气负荷及若干应用问谷值卢日平均小时用气量的比值题J]煤气与热力,200,(5):400-404±—对高峰用气时段取+号对用气低谷时[2]严铭卿,廉乐明,焦文玲,等.燃气负荷及研究进展段取-号[J].煤气与热力,2002,(6)90-493t1—第i高峰或低谷)气时段的一半[3]博布罗夫斯基,谢尔巴柯夫雅可夫列夫等.天然气管路输送M]北京:石油工业出版社,1985n4一第高峰或低谷)气量函数的幂指【4]欧俊豪,王家生,徐漪萍,等.应用概率统计第二版)数应为偶数;[M].天津:天津大学出版社,199时间。[5]张蔚东,方育渝,李恩山.居民燃气消耗量的随机分若对一日内的用气量变化分为6个时段则其机J]煤气与热力,1989,(1):34-39中S,t,n1各有6个参数可按典型化的用气量[6]邢文训,谢金星现代优化计算方流M北京:清华变化定出6个t1,n;及5个S,由大学出版社,1999[7]谭羽非.城市燃气管网用气负荷预测研究与天然气地t(1±S下储气库优化设计和运行分杌D].哈尔滨:哈尔滨工业大学确定第6个S:。[8]黎光华,詹淑慧.民用灶具同时工作系数的测定与研过A].中国城市煤气学会液化气专业委员会第十五讨论届年会论文集C]上海中国城市煤气学会,1998[9]焦李成.神经网络系统理讼M]西安:西安电子科技以上我们分析了燃气负荷的特性提出了对燃大学出版社,1990气负荷模型类型及负荷预测模型的分类。列举了较[10]焦文玲.城市燃气负荷时序模型及其预测研究D]哈尔滨:哈尔滨工业大学主要的用于解决燃气负荷的建模类型。指出了它们[1]严铭卿,袁树明.IPG瓶组供气能力的计算J煤气主要的适用情况。可以看到我们已经有了解决燃与热力,1998,(2):22-24气负荷问题的必需工具。下一步需要做的工作是如何实用化广泛地用于项目规划、设计、分析和运行上接第206页)[1]哈尔滨建筑工程学院北京建筑工程学院同济大学,[4]王志魁.化工原理M].北京北学工业岀版社,987等.燃气输第二版ⅠM].北京中国建筑工业出版社1988[5]法动悬执昙与质量传M].天津沃[2]赵震.轻烃燃气发生装置的研究(硕土学位论文)中国煤化工303373[D]哈尔滨珨尔滨建筑大学,J998[6]CNMHG相流体动力M]北京[3]宓亢琪.轻烃混空气用做城镇燃气的理论计算J]煤北京航空学院出版社1987.301-302气与热力2001(3)265-267