CN101233059B - 一种流态化设备及其用途以及分离介质的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流态化设备，其包括容器(28)，该容器具有入口(14)、多个出口(42，44，46，48)和喷嘴(10)，有压流体通过该喷嘴可以被送入该容器。所述出口(42，44，46，48)以距离该容器(28)的底部不同的高度间隔开，并由阀(52，54，56，58)控制，所述阀能够使得流态化的固体分层地从该容器(28)中分离。在另一个实施例中，单一出口可以升高或下降至该容器(28)中需要的位置。

Description

一种流态化设备及其用途以及分离介质的方法
本发明涉及一种流态化设备，尤其但不专门涉及一种用于从容器向出口管路或其它系统传送固体的流态化设备。 
发明背景 
关于浆液的流体输送(slurry hydro-transportation)和使用涡流喷嘴以在容器或罐中产生流态化效果的现有技术已经在美国专利号4,978,251、4,952,099、4,992,006、5,853,266和国际专利申请PCT/GB03/02370中进行了描述。所有这些文献揭露了入口部分和出口部分，该入口部分产生旋流，该出口部分可以设置在该入口部分内或者设置在靠近该入口部分处，以便将材料向该容器的出口排放。 
上述提及的文献中描述的流态化单元特有的缺点是，排放管必须位于该喷嘴中或接近该喷嘴。在实践中发现，由于浆液排放物的磨损作用大于流态化设备驱动流体的磨损作用，所以排放管比入口管更容易受到腐蚀。因此，如果系统的排放管设置在离该流化喷嘴一定距离，并且减少该排放管上的磨损，使用这样的系统会是有利的。 
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种流态化设备，包括容器，该容器具有入口、多个出口和喷嘴，有压流体通过该喷嘴送入该容器，每个出口距离该容器的底部以不同的高度间隔开。 
本发明的优点是，可以利用该出口移开可能已经在该安全容器中分层的不同密度和/或颗粒大小的固体。 
优选地，每个出口由阀控制，使得每个出口可选择性地打开或关闭。 
优选地，在每个出口中设置可替换的耐磨插件。 
优选地，每个插件的内端基本和该容器的内壁齐平或者向该内壁外偏移。 
优选地，在非常大的容器或罐的情况下，该多个出口为一系列长度变化的汲取管(dip tube)，其从该容器的顶部进入该容器。 
优选地，每个插件由陶瓷、金属、金属合金、塑料或合成材料制成。 
本发明的优点是，当每个插件磨损后，可以移除并替换插件，从而防止或大体减少该出口管或每个出口管的磨损。而且，由于插件和出口管都不向该容器内部突出，所以该出口不会干涉容器内的流型(flow regimes)。 
流体经过该喷嘴时，喷嘴适合产生旋流。 
可选地，该喷嘴可以是喷射嘴(jetting nozzle)。 
在该喷嘴的前面可以设置变流装置，该变流装置适合于偏转并导向经过该喷嘴的流体的流道。 
优选地，该变流装置包括一个或多个超声换能器或脉冲诱导器(pulse inducers)。 
优选地，该入口和送料斗连通，介质从送料斗送入该容器。 
优选地，包括减压阀的减压管路从该容器延伸到该送料斗。 
优选地，该容器具有垂直轴，该入口设置在该容器的上端，多个出口沿该容器垂直纵向间隔开，该喷嘴设置在接近该容器的底部处。 
根据本发明的第二方面，提供一种流态化设备，其包括容器，该容器具有入口、至少一个出口和喷嘴，有压流体通过该喷嘴可以被送入该容器，该至少一个出口相对该容器的底部可大体垂直地移动。 
优选地，该容器中的出口的垂直位置通过采用机械装置的方式升高和降低，该出口被密封于所述容器。 
该机械装置可以是齿条齿轮装置。 
优选地，可替换的耐磨插件被设置在该出口内。 
优选地，该插件由陶瓷、金属、金属合金、塑料或合成材料制成。 
优选地，流体经过该喷嘴时，喷嘴适合于产生旋流。 
优选地，该喷嘴为喷射嘴，在该喷嘴的前面设置有变流装置，该变流装置适合于导向经过该喷嘴的流体的流道。 
优选地，该变流装置包括一个或多个超声换能器。 
优选地，该入口和进料斗连接，介质可以从送料斗送入该容器。 
优选地，包括减压阀的减压管路从该容器延伸到该进料斗。 
根据本发明的另一方面，提供一种流态化并从固体沉降床部分分离介质的方法，该固体沉降床置于根据本发明第一方面的流态化设备的容器内，其中，有压流体例如水通过喷嘴注入容器内，使容器内已沉降的固体流态化，并且选择性地允许该容器的流体流过一个或多个出口。 
这些出口可以顺序地选择从最高的出口开始，并以最低的出口结束，或反之亦然。 
根据本发明的又一个方面，提供一种流态化并从固体沉降床部分分离介质的方法，该固体沉降床置于根据本发明第二方面的流态化设备的容器内，其中，有压流体通过喷嘴注入容器内，使容器内已沉降的固体流态化，并且允许该容器的流体流过该出口，该出口的位置相对该容器的底部移动，以便将需要的颗粒大小的固体从该容器中移开。 
根据本发明的又一个方面，提供一种流态化设备的用途，用于分离不同尺寸颗粒的固体，通过流态化喷嘴将有压流体注入到包括固体沉降床的容器中，并将预定颗粒尺寸的已流态化的固体通过出口从该容器中移开，该出口相对该容器的底部以一定高度设置，该出口位置取决于容器中将被移开的固体的位置。 
根据本发明的又一个方面，提供一种流态化设备的用途，用于在从介质下流式过滤器的上端移开过滤介质以进行清洗，通过流态化喷嘴将有压流体注入到该过滤器中，并在该过滤器内所需位置处通过出口移开被污染的过滤介质，该出口相对于该容器的底部以一定高度设置，该出口位置取决于将要被移开的被污染的过滤介质的位置。 
根据本发明的又一个方面，提供一种流态化设备的用途，用于在从联机介质下流式过滤器的上端移开过滤介质以进行清洗，通过流态化喷嘴将有压流体注入到该过滤器中，并在该过滤器内所需位置处通过出口移开被污染的过滤介质，该出口相对于该容器的底部以一定高度设置，该出口位置取决于将要被移开的被污染的过滤介质的位置。 
本发明的优点是，来自喷嘴的流体在该容器内产生固体和液体的混合物，其以受控的浓度、压力和速度从容器中被输送。从该容器中被移开的介质的颗粒尺寸由出口的位置确定，但其在某种程度上同样可以由供给流化喷嘴的有压水的速度控制。 
本发明的另一个优点是，材料可以从包括在安全容器中的固体沉降床的上部移开，而不移动该床的下部。这样是有益的，例如用于处理污染水的双层介质过滤器的情况时。在该过滤器的上部的较轻和有时较大的介质，典型的有无烟煤或活性碳，其有最大的容渣空间(solids holding capacity)，这样的介质可以独立于其支持介质被移动到容器外部进行清洁，该支持介质典型的有沙子或石榴石。随后，该介质可以被返回该过滤器容器。这种操作大体上减少了冲洗这类过滤器的必需的水量。而且，不必将该过滤器脱机，该污染的介质就可以被移除、冲洗和替换。换句话说，清洁时，该过滤器可以连续操作。 
附图说明
为了更好地理解本发明，并且为了更加清楚地显示本发明是如何实现的，通过举例 的方式，结合附图进行说明，其中： 
图1是本发明的流态化喷嘴的剖面图； 
图2是本发明的可选的流态化喷嘴的剖面图，其可以插入安全容器底部的入口； 
图3是安全容器的示意图，显示流态化喷嘴和可选的浆液出口； 
图4是耐磨插件的图示，其可以位于每个浆液出口之中，来防止容器出口管或喷嘴的腐蚀/磨损； 
图5显示本发明的喷嘴和偏转板设置的剖面图；和 
图6是类似图2所示设计的另一种流态化喷嘴的示意性透视图。 
具体实施方式
首先参看图1，流态化喷嘴整体显示为10，其包括具有流体入口14和流体出口16的流室12。该流室12设置在大体为管状的外壳15中，并且大体由该外壳的侧壁18和实心的圆形中心部分或杆20限定，中心部分或杆20位于该管状外壳15的中心轴上。因此该流室12的横截面为环面22。该流室出口16为缩减的横截面区域，其由侧壁18的向内颈缩形成。这样减小了出口流道面积，在使用中具有在喷嘴中产生背压的效果。 
再参看图2，可选的流态化喷嘴显示为24，并且相同的参考标号用于显示和图1的喷嘴10相同的部件。喷嘴24同样包括具有流体入口14和流体出口16的流室12。然而，该中心部分20延伸超出该流体出口16的口部，并且在大体扁平的圆盘26上终止，该圆盘26直径类似该外壳15外侧的直径。当该喷嘴浸入该容器内的固体中时，该圆盘26防止固体进入该流室12。 
在两种喷嘴10、24的使用中，流体在压力下被送入入口14，入口14可以成切线方向或可以具有其他手段，例如设置在流室12中的螺旋体，以便产生旋流，从而产生涡流。在出口16处的离开该流化喷嘴10、24的旋流能够给予罐或容器28内的流态化已沉降的固体所需的运动，如图3所示。 
可选的喷嘴70同样显示在图6中。此外，相同的参考标号用于显示和图1的喷嘴10相同的部件。该喷嘴70包括切向入口14、出口16和管状外壳15。然而，如同图2所示的喷嘴24那样，该喷嘴70包括圆盘72，用于防止固体进入到该流室。该圆盘72由类似于喷嘴24的中心部分的中心部分或杆(未显示)支撑。 
该容器28是压力容器并且通过输入管路32由固体送料斗30送料。管路32中的阀34控制进入该压力容器28中的固体流。具有减压阀38的减压管路36从压力容器28 延伸回到该送料斗30。在固体从该送料斗填充到该容器的过程中，该减压管路36允许容器28中的任意流体被转移或排出回到送料斗30。 
入口40设置在该容器28的底部，其连接有如图1、2和6所示的流态化喷嘴中的一个。多个出口沿着该压力容器28的侧面垂直隔开设置，其中有四个42、44、46、48被图示。如果需要，可以有更多的出口。出口42、44、46、48中的每一个被连接到单一的出口管路50，其为浆液管路，并且每个出口由单独的阀52、54、56、58控制。 
参看图4，显示了浆液出口喷嘴60具有一个设置在该喷嘴壁内部的可拆卸的插件62。该压力容器的浆液出口42、44、46、48中的每一个都具有喷嘴60。每个插件的内端如图所示大体和该容器28的内壁齐平，或者向该内壁外偏移。每个可拆卸的插件由陶瓷、金属、金属合金、塑料或合成材料制成。该插件62可以防止压力容器28的每个喷嘴60过度磨损，并且该插件62同样确保该喷嘴的内径，即插件的内径，等于阀52、54、56、58的孔的直径和浆液排出管路50的内径。该插件62的装配能够改装现有喷嘴和/或改造现有的过滤器和处理设备。所述出口以这样一种方式构造，耐磨插件62置于该容器28的每个排出喷嘴60内，这样排出管不需要向该容器内部突出，并且不会干涉该容器28内部的流型。 
图5显示了一种可选的流态化喷嘴设置。在这种设置中，一个直的喷射嘴64喷射到牺牲板66上，该牺牲板66设置在该容器28的底部。一个或多个超声换能器可以设置在该冲击板66中，以便将紧密的材料在从容器中传送前分裂。该牺牲板66既可以保护该容器壁，也可以给浆流一些旋转动量(rotational momentum)。这种设置在较高压力下比图1和2中所示的喷嘴的操作更有效。 
在使用中，一旦容器28中的固体材料已经沉降，流体在压力下通过入口管路40送入流态化喷嘴10、24、64、70。该流体通常是水，并且可以包括表面活性剂。上部出口42的阀52打开，并允许浆流向容器外流动到出口管路50。其它阀54、56、58关闭。一旦该压力容器28中的固体水平面已经移动到低于该出口42的垂直水平面时，不再有固体从该容器中传送。此时，可以关闭浆液出口阀52，并打开浆液出口阀54，允许浆液离开容器，直到固体和该出口喷嘴44的位置齐平。象之前一样，可以关闭阀54，如果需要可以打开阀56。对于浆液出口48和设置的任意其它出口，可以重复这种过程。通过这种方法，可以从该容器中分离已层化的不同密度或比重的固体层，根据斯托克斯定律不同密度或比重可以在压力容器中沉降成层。 
在一个未显示的可选的设置中，该出口42、44、46、48由单一出口替代，其设置 在该容器的上端。该出口被密封于该容器，而且可以在容器中升高或下降到所需要的位置。这个位置根据沉降且随后从该容器中分离的流态化固体的颗粒尺寸确定。进入该流态化喷嘴10、24、64、70的有压流体的速度同样影响容器中的该垂直高度，在该垂直高度处固体通过该出口分离。该出口可以机械地升高或降低，典型的是通过齿条齿轮机构实现，但也可以使用任意其它适当的装置实现。 
还发现该容器内流态化喷嘴10、24、70的位置和定向并不重要，并且不需要距离该出口以固定间隔关系而设置。这一点非常重要，因为，即使出口位置可能改变，流态化喷嘴也可以保持在固定的位置。 
所述的本设备尤其适合使用在水过滤系统中，并特别适合使用于清洗油水混合物的系统中，在该系统中对于整个床的简单反冲不足以恢复自该床的压降，并从而维持其生产量。本发明的优点是，分裂该容器中成块固体，流态化已沉降的固体床，在不需要如通常使用在较大的罐和容器中的流态化的一排喷嘴的情况下，可以由单一的流态化喷嘴产生更大区域的影响，可以选择性地从容器28中分离所需要的固体层，并且与传统的流态化设置相比可以输送更重的材料，例如通过大的管，输送大于100mm的颗粒物。 

Claims (16)

1.一种流态化设备，包括容器，所述容器具有入口、多个出口和喷嘴，通过所述喷嘴，有压流体可以被送入所述容器，其特征在于，所述多个出口沿所述容器侧面垂直纵向间隔开。
2.如权利要求1所述的流态化设备，其中，每个出口由阀控制，所述阀使得每个出口可以被选择性地打开或关闭。
3.如权利要求1所述的流态化设备，其中，在每个出口内设置有可替换的耐磨插件。
4.如权利要求3所述的流态化设备，其中，每个插件的内端大体和该容器的内壁齐平或者向所述内壁外偏移。
5.如权利要求3所述的流态化设备，其中，每个插件由合成材料制成。
6.如权利要求3所述的流态化设备，其中，每个插件由陶瓷、金属、金属合金或塑料制成。
7.如前述任一权利要求所述的流态化设备，其中，当流体经过所述喷嘴时，所述喷嘴适合于产生旋流。
8.如权利要求1至6中任一项所述的流态化设备，其中，所述喷嘴为喷射嘴，在所述喷嘴前面设置有变流装置，所述变流装置适合于导向经过所述喷嘴的流体的流道。
9.如权利要求8所述的流态化设备，其中，所述变流装置中包括一个或多个超声换能器。
10.如权利要求1所述的流态化设备，其中，所述入口和送料斗连通，介质可以从所述送料斗被送入所述容器。
11.如权利要求10所述的流态化设备，其中，包括减压阀的减压管路从所述容器延伸到所述送料斗。
12.如权利要求1所述的流态化设备，其中，所述入口设置在所述容器的上端，所述喷嘴被设置于接近该容器的底部的位置。
13.一种流态化并从固体沉降床中部分分离介质的方法，该固体沉降床被置于根据权利要求1-12中任一项所述的流态化设备的容器内，其中，有压流体通过所述喷嘴被注入到所述容器，使得该容器中已沉降的固体流态化，选择性容许通过一个或多个所述出口流出所述容器。
14.如权利要求13所述的方法，其中该出口能够顺序地选择以最高的出口开始，并以最低的出口结束。
15.根据权利要求1至12中任一项所述的流态化设备的用途，用于分离不同颗粒尺寸的固体，其通过所述喷嘴将有压流体注入到包括固体沉降床的所述容器中，并将预定颗粒尺寸的已流态化的固体通过所述多个出口中的其中一个出口从所述容器中移开，所述的其中一个出口相对所述容器的底部以一定高度设置，该出口位置取决于容器中将被移开的固体的位置。
16.根据权利要求1至12中任一项所述的流态化设备的用途，其中所述容器为介质下流式过滤器，所述介质下流式过滤器含有过滤介质，所述流态化设备用于从所述介质下流式过滤器上端移开过滤介质以进行清洗，通过所述喷嘴将有压流体注入到所述过滤器中，并在所述过滤器中所需位置处通过所述多个出口中的其中一个出口移开被污染的过滤介质，所述的其中一个出口相对所述过滤器的底部以一定高度设置，该出口位置取决于将被移开的所述被污染的过滤介质的位置。
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