CN101143350A - 粉体颗粒的环流式旋风多级分级装置及其分级方法和用途 - Google Patents
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Abstract
一种粉体颗粒的环流式旋风多级分级装置及其分级方法和用途。装置包括颗粒分级器和旋风除尘器，各由直筒体、内件、气体进口、锥体、两球阀、灰仓及氮气进口等组成。分级器的内件内侧和锥体的内侧各设置2～4个平板状或弧形板状导向滑道。方法包括抽出含尘气体并引入颗粒分级器、将15～20μm以上的颗粒分离并返回、将排出气体引入旋风除尘器、以除尘器将15μm以下的细颗粒去除，将去除细颗粒后的气体返回反应器等步骤。可用于丙烯腈流化床反应器的催化剂颗粒的分级，使20μm以上的催化剂颗粒得到回收，并保证细催化剂粉末能被气流带出、分级且排出，避免堵塞设备、提高效率、降低成本。可广泛应用于各种粉体颗粒的多级分级中。
Description
技术领域
本发明属于粉体颗粒的多级分级技术领域，更明确地说涉及粉体颗粒的环流式旋风多级分级装置及其分级方法和用途的设计。
背景技术
目前，超细粉体的生产普遍采用机械加工法，得到的粉体的粒度分布范围很宽。但有时产品中只存在百分之几的不合乎要求的或粗或细颗粒，就会使其总体的粒度指标大大降低。因此需要根据生产工艺的要求，把粉体按照某种或某几种粒度大小的窄范围进行分选亦即分级。
但是，由于目前缺少高细度的多级分级设备，超细粉体的生产或分级很难在合理的成本条件下达到较高的细度水平。因此，研究设计超细粉体的多级分级技术具有重大的经济和社会意义。
例如丙烯腈反应器在生产过程中，由于反应器内催化剂运行时的互相碰撞、磨损，不断会有细颗粒产生。这些细颗粒粉末会被气流带入后续系统中，导致堵塞设备、降低生产效率等弊端。与此同时，少量催化剂大颗粒也会被气流带走。传统的丙烯腈反应器不能回收这些价格昂贵的催化剂大颗粒，因此提高了丙烯腈的生产成本；而且又不能排除某些不需要的细颗粒粉末，导致堵塞设备、降低生产效率等弊端。
若除尘效率过高，流化床中的细粉尘不能及时排出，会导致催化剂床层活性下降，需不断向床层加入新催化剂。但加入催化剂后，会造成床层过高，导致压降大、副反应产生。故应及时将细粉尘去除，但又不能进入后续生产系统中。
发明内容
本发明的目的，就在于克服上述缺点和不足，提供一种粉体颗粒的环流式旋风多级分级装置及其分级方法和用途，它能够根据生产工艺的要求，把粉体按照某种或某几种粒度大小的窄范围进行分选亦即分级；该分级装置及其分级方法用于丙烯腈流化床反应器中，对较大颗粒的分离效率很高，使这些颗粒得到回收并由送料系统送回反应器内；对中等大小颗粒的分离效率较高，但仍有少量随气流带入后续环流式旋风除尘器；对较小颗粒的分离效率较低，以保证细催化剂粉末能被气流带出，并在后续环流式旋风除尘器中被分离、去除，且从系统中排出。亦即及时将细粉尘去除，但又不能进入后续生产系统中，从而避免堵塞设备、提高生产效率、降低生产成本。
为了达到上述目的，本发明粉体颗粒的环流式旋风多级分级装置包括以抽气管与流化床反应器顶端连接的一台颗粒分级器和一台环流式旋风除尘器。颗粒分级器由带有顶部溢流口的直筒体、对称固定在直筒体内的直筒状内件、与抽气管连接从直筒体下部切向进入内件的气体进口、焊接在直筒体下端的锥体、安装在锥体下端的球阀、安装在球阀下端的灰仓、安装在灰仓下端的球阀以及安装在灰仓上部侧面的氮气进口所组成。下端的球阀与回收补加系统连接，抽气管上带有阀门和气泵，环流式旋风除尘器的气体进口以管道与颗粒分级器的顶部溢流口连接，其顶部溢流口通过管道分别与流化床反应器的气体系统以及气体释放阀连接。气体释放阀可供开停车时释放气体之用。
所说的环流式旋风除尘器由带有顶部溢流口的直筒体、对称固定在直筒体内的直筒状内件、与管道连接从直筒体下部切向进入内件的气体进口、焊接在直筒体下端的锥体、安装在锥体下端的球阀、安装在球阀下端的灰仓、安装在灰仓下端的球阀以及安装在灰仓上部侧面的氮气进口所组成。下端的球阀与细粉尘储罐连接。
为便于间歇排放细粉尘，底部设置的灰仓较大。为使排放粉尘时不影响系统操作，在灰仓上、下均设有球阀，且在灰仓顶部设置氮气进口管。卸灰时，先关闭上球阀，开下灰阀，将灰排出，排完后通氮气置换灰仓内的空气，再关闭下灰阀，打开上球阀。十分方便。在流化床反应器中部的楼板上设置细粉尘储罐，排出系统的细粉尘可由重力直接落到储罐内，也可由氮气送至储罐。
细颗粒随气流流出分级器后，应在环流式旋风除尘器内被尽量除去，使返回系统的气体中基本不带粉尘，以尽量回收细粉尘，且消除细粉尘带入后续系统中、造成设备堵塞等弊端。
粗颗粒应及时返回流化床反应器，以不影响流化床反应器的操作。这部分颗粒被分级器分离下来后，可从灰仓由氮气间歇排入现有回收补加系统，利用现有设备返回流化床反应器内。预计需2～4个小时向催化剂排放系统排料一次。
本环流式旋风除尘器内增设了强化分离效率的内件。使用时，流体介质从直筒段下部以切向方式进入器内，在直筒段进行一次分离，达到要求的流体介质直接从顶部溢流口排出，部分流体连同固体颗粒由顶部特设旁路引入锥体，在锥体内得到二次分离。分离后的流体在锥体沿轴向返回一次分离区，固体颗粒在锥体底部富集并从底流口排入砂包或排向器外。
环流式旋风除尘器用于除尘时，内件中流体的轴向流速为3.5～4.0m/s。随着轴向流速的提高，粉末在内件中的分离时间缩短，除尘器对细颗粒的分离效率迅速下降，但对粗颗粒影响不大，故用于颗粒分级时其轴向流速为5m/s左右。
颗粒分级器与流化床反应器顶端连接的抽气管的进口端部位于高于一级内旋风除尘器入口800mm以上的部位。它焊接在反应器的集气室的隔板上，进口端部的前端带有防堵锥，其两侧带有进气口。因为气体是从反应器顶部一级内旋风入口以上引出的，该处气体向上的流速较低，进入该区间的20μm以上的颗粒将向反应器中部沉降，故该区间细颗粒的含量大。这种防堵锥结构可使气体从管侧壁进气口进入抽气管，防止粗颗粒直接冲入抽气管被气流带走。
颗粒分级器的内件内侧位于气体入口的上方设置2～4个导向滑道，颗粒分级器的锥体的下部内侧也设置2～4个导向滑道。导向滑道为平板状或弧形板状。
在内件气体入口的上方设置2～4个颗粒导向滑道，可使流体在分级器内件作螺旋上升运动时，较大颗粒会迅速靠向边壁，并形成灰束(含尘量较高的气流)。当灰束越过颗粒导向滑道时，流向缓慢向中心偏移。当流体脱离滑道时，气体夹带细粉尘作略向中心偏移的螺旋上升运动，而粗颗粒由于离心力作用又迅速返回边壁。如此反复2～4次，可使粗、细颗粒得到较好的分级。设计时增加环隙流动通道的面积，可以提高环流的气体流量。提高环流量有利于锥体内粗、细颗粒的分级。同时，使细颗粒更容易沿锥体轴心返回分级器内件。
在锥体下部设置2～4个颗粒导向滑道，其结构基本与内件中的形式相同，可以进一步增加颗粒分级效果。
根据权利要求1所述的粉体颗粒的环流式旋风多级分级装置的分级方法，包括以下步骤：
(1)用管道从流化床反应器顶端抽出含尘气体并将其引入颗粒分级器；
(2)以颗粒分级器将15～20μm以上的颗粒分离出来，并由回收补加系统将其送回流化床反应器内；
(3)将颗粒分级器排出的气体引入环流式旋风除尘器；
(4)以环流式旋风除尘器将15μm以下的细颗粒去除并排入细颗粒储罐，将去除细颗粒后的气体返回流化床反应器的气体系统中。
粉体颗粒的环流式旋风多级分级装置的用途为用于丙烯腈流化床反应器的催化剂颗粒的分级。它可将15～20μm以上的催化剂颗粒分离出来，并由补加系统将其送回反应器内；可将15μm以下的细颗粒去除并排入细颗粒储罐；可将去除细颗粒后的气体返回流化床反应器的气体系统中。
由数学模型分析可知，本颗粒分级器对于<15μm细颗粒的分离效率W为：
W＝ληVoutCp X
式中W为≤15μm细颗粒的分离速率，Kg/h；Vout为引出气体的体积流量，m/h；Cp为引出气体中催化剂颗粒的夹带量，Kg/m；X为浓相床层中<15μm细颗粒的初始质量分率，其值＝0.06。η为15μm以下细粒分离率，其值＝80％；λ＝1.2为比例系数。
对于15～20μm中等颗粒的分离效率W为：
W＝ληVoutCp X
经计算可知，本颗粒分级器可保证大于或等于20μm的催化剂能在颗粒分级器内被分离出来，将设计切割粒径定为15μm。亦即颗粒分级器对20～μm以上颗粒的分离效率很高；对15～20μm之间的颗粒分离效率较高，但仍有少部分随气流带入后续环流式旋风除尘器；对15μm以下颗粒的分离效率较低，以保证细催化剂粉末能被气流带出颗粒分级器，并在后续环流式旋风除尘器中被分离出来，且从系统中排出。
上述步骤(1)从丙烯腈反应器顶端抽出含尘气体的部位为高于一级内旋风除尘器入口800mm以上的部位。
本发明20μm以上颗粒的分离效率很高，使这些颗粒得到回收并由送料系统送回反应器内；对15～20μm之间的颗粒的分离效率较高，但仍有少量随气流带入后续环流式旋风除尘器；对15μm以下颗粒的分离效率较低，以保证细催化剂粉末能被气流带出，并在后续环流式旋风除尘器中被分离、去除，且从系统中排出，从而避免堵塞设备、提高生产效率、降低生产成本。
其优点是：
1)压降低 轻连续相(气相或液相，一般占进料流体体积分率的90％以上)由直筒段底部旋转而上，直接从顶部溢流管排出，流动线路短，沿径向、轴向速度梯度小，流体剪应力小，故压降小，能耗低。在正常操作范围内，设备压降尚不及常规旋流器和旋风除尘器的50％。
2)放大效应小 由于器内剪应力小、能耗低，在大直径设备中仍能保证多相流分离所需要的旋转速度，器内流体不易发生湍动，故放大效应小，克服了常规型设备放大效应显著，在大处理量时需多台并联操作的弊病。
3)分离效率高 特殊的流路设计，防止了流体的短路及锥体内颗粒的卷扬，使分离效率大幅度提高，且具有操作弹性大、操作稳定性好等特点。
本发明可广泛应用于各种流化床反应器中。
附图说明
图1为本发明的实施例1多级分级装置的总体流程示意图。
图2为实施例1的颗粒分级器的结构示意图。
图3为颗粒分级器与反应器顶端连接的抽气管进口端的结构示意图。
图4为图3的A-A或B-B剖视图(不按比例)。
图5为实施例1的环流式旋风除尘器的结构示意图。
具体实施方式
实施例1。一种粉体颗粒的环流式旋风多级分级装置，该装置并用于丙烯腈流化床反应器的催化剂颗粒的分级，如图1、图2和图5所示。它包括以抽气管与丙烯腈反应器1顶端连接的一台颗粒分级器2和一台环流式旋风除尘器3。反应器1中带有内旋风除尘器4。5为反应器1的后续气体系统，6为催化剂补加系统，7为细催化剂储罐，8为气体释放阀，9为抽气管。抽气管9上带有阀门19和气泵20。
颗粒分级器2由带有顶部溢流口13的直筒体10、对称固定在直筒体10内的直筒状内件11、与抽气管9连接从直筒体10下部切向进入内件11的气体进口12、焊接在直筒体10下端的锥体14、安装在锥体14下端的球阀15、安装在球阀15下端的灰仓16、安装在灰仓16下端的球阀17以及安装在灰仓16上部侧面的氮气进口18所组成。下端的球阀17与催化剂补加系统6连接。环流式旋风除尘器3的气体进口以管道21与颗粒分级器2的顶部溢流口13连接，顶部溢流口13通过管道分别与丙烯腈反应器1的气体系统5以及气体释放阀8连接。
环流式旋风除尘器3由带有顶部溢流口22的直筒体23、对称固定在直筒体23内的直筒状内件24、与管道21连接从直筒体23下部切向进入内件24的气体进口25、焊接在直筒体23下端的锥体26、安装在锥体26下端的球阀27、安装在球阀27下端的灰仓28、安装在灰仓28下端的球阀29以及安装在灰仓28上部侧面的氮气进口30所组成。下端的球阀29与细粉尘储罐7连接。
参阅图1和图3。颗粒分级器2与丙烯腈反应器1顶端连接的抽气管9的进口端部31位于高于一级内旋风除尘器4入口800mm以上的部位，它焊接在反应器1的集气室32的隔板33上，进口端部31的前端带有防堵锥34，其两侧带有进气口35。
参阅图2和图4。颗粒分级器2的内件11内侧位于气体入口12的上方设置3个导向滑道36，颗粒分级器2的锥体14的下部内侧也设置3个导向滑道36。3个导向滑道36均沿圆周均布。导向滑道36为平板状。
实施例2。一种根据权利要求1所述的粉体颗粒的环流式旋风多级分级装置的分级方法并用于丙烯腈流化床反应器的催化剂颗粒的分级。它包括以下步骤：
(1)用管道从丙烯腈流化床反应器顶端抽出含尘气体并将其引入颗粒分级器；
(2)以颗粒分级器将15～20μm以上的催化剂颗粒分离出来，并由催化剂补加系统将其送回反应器内；
(3)将颗粒分级器排出的气体引入环流式旋风除尘器；
(4)以环流式旋风除尘器将15μm以下的催化剂细颗粒去除并排入细催化剂储罐，将去除催化剂细颗粒后的气体返回丙烯腈反应器的气体系统中。
其中步骤(1)从丙烯腈流化床反应器顶端抽出含尘气体的部位为高于一级内旋风除尘器入口800mm以上的部位。
实施例1～2对20μm以上颗粒的分离效率很高，使这些颗粒得到回收并由送料系统送回反应器内；对15～20μm之间的颗粒的分离效率较高，但仍有少量随气流带入后续环流式旋风除尘器；对15μm以下颗粒的分离效率较低，以保证细催化剂粉末能被气流带出，并在后续环流式旋风除尘器中被分离、去除，且从系统中排出。从而可避免堵塞设备、提高生产效率、降低生产成本。它可广泛应用于各种粉体颗粒的环流式旋风多级分级中。其中单独的颗粒分级器则可用于一般的颗粒分级中。
Claims (8)
1.一种粉体颗粒的环流式旋风多级分级装置，其特征在于它包括以抽气管与流化床反应器顶端连接的一台颗粒分级器和一台环流式旋风除尘器，颗粒分级器由带有顶部溢流口的直筒体、对称固定在直筒体内的直筒状内件、与抽气管连接从直筒体下部切向进入内件的气体进口、焊接在直筒体下端的锥体、安装在锥体下端的球阀、安装在球阀下端的灰仓、安装在灰仓下端的球阀以及安装在灰仓上部侧面的氮气进口所组成，下端的球阀与催化剂补加系统连接，抽气管上带有阀门和气泵，环流式旋风除尘器的气体进口以管道与颗粒分级器的顶部溢流口连接，其顶部溢流口通过管道分别与流化床反应器的气体系统以及气体释放阀连接。
2.按照权利要求1所述的粉体颗粒的环流式旋风多级分级装置，其特征在于所说的环流式旋风除尘器由带有顶部溢流口的直筒体、对称固定在直筒体内的直筒状内件、与管道连接从直筒体下部切向进入内件的气体进口、焊接在直筒体下端的锥体、安装在锥体下端的球阀、安装在球阀下端的灰仓、安装在灰仓下端的球阀以及安装在灰仓上部侧面的氮气进口所组成，下端的球阀与细粉尘储罐连接。
3.按照权利要求1或2所述的粉体颗粒的环流式旋风多级分级装置，其特征在于所说的颗粒分级器与流化床反应器顶端连接的抽气管的进口端部位于高于一级内旋风除尘器入口800mm以上的部位，它焊接在反应器的集气室的隔板上，进口端部的前端带有防堵锥，其两侧带有进气口。
4.按照权利要求3所述的粉体颗粒的环流式旋风多级分级装置，其特征在于所说的颗粒分级器的内件内侧位于气体入口的上方设置2～4个导向滑道，颗粒分级器的锥体的下部内侧也设置2～4个导向滑道。
5.按照权利要求4所述的粉体颗粒的环流式旋风多级分级装置，其特征在于所说的导向滑道为平板状或弧形板状。
6.一种根据权利要求1所述的粉体颗粒的环流式旋风多级分级装置的分级方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)用管道从流化床反应器顶端抽出含尘气体并将其引入颗粒分级器；
(2)以颗粒分级器将15～20μm以上的颗粒分离出来，并由补加系统将其送回反应器内；
(3)将颗粒分级器排出的气体引入环流式旋风除尘器；
(4)以环流式旋风除尘器将15μm以下的细颗粒去除并排入细颗粒储罐，将去除细颗粒后的气体返回流化床反应器的气体系统中。
7.按照权利要求6所述的分级方法，其特征在于所说的步骤(1)从流化床反应器顶端抽出含尘气体的部位为高于一级内旋风除尘器入口800mm以上的部位。
8.一种根据权利要求1所述的粉体颗粒的环流式旋风多级分级装置的用途，其特征在于它用于丙烯腈流化床反应器的催化剂颗粒的分级，可将15～20μm以上的催化剂颗粒分离出来，并由补加系统将其送回反应器内；可将15μm以下的细颗粒去除并排入细颗粒储罐；可将去除细颗粒后的气体返回流化床反应器的气体系统中。
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