CN102225323B - 一种用于流化床的垂直筛板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于流化床的垂直筛板，包括圆形支撑板、帽罩和溢流管，其中支撑板上设置了溢流管孔、固体硫化孔及圆形板孔，帽罩上设置气固分离孔，帽罩与支撑板间留有空隙，溢流管固定在溢流孔内后形成溢流堰，同时给出了各个部件的定位参数。解决了现有流化床硫化处理质量不高的问题；本申请的垂直筛板流化床内无气泡，气体与固体物料在流化床中的接触机会多，流化床内的空间利用率明显提高，流化状态好，床层压降波动小，操作稳定，处理能力大。
Description
技术领域
本发明涉及一种用在流化床上的内构件。
背景技术
流化床由于具有良好的传热和传质性能以及类似于流体的颗粒输送方式，在工业上得到了广泛的应用。气固流化床是流化床中应用最广的一种，但是由于气泡的存在，容易造成气体短路，使气体流动严重偏离活塞流，对反应的影响比较明显。同时气固流化床固体颗粒的严重返混，当固体颗粒需要连续移出时，会造成颗粒在反应器的停留时间分布不均的现象，造成固体颗粒出口处的平均转化率降低。
为了破碎气泡、抑制气泡聚并和颗粒聚团，提高流化质量；降低气体和固体颗粒的返混，改善其停留时间分布，添加内构件是通常采用的一种措施。目前国内外已见报道的流化床主要有水平构件流化床、垂直构件流化床以及填料流化床三种。CN101172219A提出了一种用于气固流化床的内构件，该内构件使气固两相形成“之”字形流动。有效提高床层内气泡相和乳化相间的传质效率，同时还可大大减少床层内气相和颗粒相的轴向返混，但其操作线速相对于快速床和气力输送床较低，一般只在鼓泡与湍动流态化区域操作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种流化床用内构件垂直筛板，垂直筛板流化床具有无气泡、快速流态化、流化效果好、固体颗粒轴向不返混、气固接触良好的特点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于流化床的垂直筛板，包括圆形支撑板、帽罩和溢流管，其中支撑板的直径大于流化床内径，在支撑板的径向上设有两个对称的溢流管孔，两溢流管孔中心距为流化床内径的0.52-0.86；在支撑板上设有与其同心的圆形板孔，该圆形板孔与支撑板的直径比是0.19-0.28，优选采用0.25；在支撑板上均布设有四个固体流化孔，固体流化孔与圆形板孔的直径比为0.057-0.073，优选采用0.06，四个固体流化孔与两个溢流管孔的圆心构成正六边形的六个顶点；所述帽罩为顶部封闭、底部敞口的柱筒，优选采用圆柱筒，帽罩顶采用尖顶或平顶，帽罩的中心与圆形板孔的圆心在同一垂线上，圆形板孔的直径小于帽罩的直径，二者直径的比值范围是0.3-0.8；帽罩的底部边沿向外延伸有两个耳片，通过两个耳片将帽罩螺栓固定在圆形板孔的正上方，帽罩的底沿与支撑板之间留有空隙，该空隙的垂直高度与帽罩的高度比值为0.08-0.13，优选采用0.1；距离帽罩平顶2/5高度的帽罩侧壁上设有气固分离孔，开孔率为4%-12%；气固分离孔的排列方式为上下两排孔交错设置，上或下两个相邻的气固分离孔与相邻交错行上的位于两孔之间的另一气固分离孔形成正三角形；所述溢流管为圆管状，两个溢流管分别插入到对称的两个溢流管孔中，溢流管与溢流管孔的接触面保持密封；溢流管的直径与支撑板的直径比为0.17-0.21，优选采用0.19，溢流管的上端高出支撑板形成溢流堰，溢流堰高与空隙的垂直高度比值为0.8-1.8，优选为1.6；各支撑板之间的距离由帽罩的高度确定，具体的是帽罩的高度与相邻支撑板之间的距离的比值为0.38-0.50，优选采用0.50。
为了适应大规格流化床，所述支撑板上帽罩和圆形板孔的数量为多个，具体数量n由流化床内支撑板横截面积A 、帽罩的直径、初始流化速度umf和圆形板孔的气速ui确定，具体满足公式umfA=nuiAi，其中Ai为每个圆形板孔的面积；所述圆形板孔和帽罩在支撑板上均匀分布，两相邻圆形板孔圆心之间的距离满足下列条件：由相邻帽罩上气固分离孔喷射出的固体颗粒的喷射曲线在该距离的中点汇合或相切，圆形板孔和帽罩在支撑板上排布的原则是在保证没有死体积的情况下保证数量最少；支撑板上固体流化孔的数量满足下列条件：由固体流化孔上升的总气体的流量占由圆形板孔上升的气体总流量的1%～9%，优选采用3%～5 %，固体流化孔在帽罩周围均匀分布。
本发明的有益效果：使用了该垂直筛板的流化床内无气泡，气体与固体物料在流化床中的接触机会多，流化床内的空间利用率明显提高，流化状态好，床层压降波动小，操作稳定，处理能力大。
附图说明
图1为垂直筛板构件单元主视图。
图2为垂直筛板构件单元侧视图。
图3为垂直筛板构件单元俯视图。
图4为垂直筛板流化床冷模实验装置工艺流程图。
其中：1-支撑板；2-帽罩；3-溢流管；1-1溢流管孔；1-2圆形板孔；1-3固体流化孔；2-1耳片；2-2空隙的垂直高度；2-3气固分离孔；3-1溢流堰高，10-转子流量计；11-调节阀；12-流化风；13-斜管松动风；14-提升风；15-输料斜管；16-气体分布管；17-U型压力计；18-提升管；19-垂直筛板构件；20-有机玻璃塔；21-沉降罐；22-除尘器；23-料仓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例1
帽罩数量为一个的垂直筛板构件：
垂直筛板构件19为流化床的核心部件，当流化床的规格较小时，其结构由图1结合图2及图3所示，包括圆形支撑板1、帽罩2和溢流管3，其中支撑板1的直径大于流化床内径；在支撑板1的径向上设有两个对称的溢流管孔1-1，两溢流管孔中心距为流化床内径的0.52-0.86；在支撑板1上设有与其同心的圆形板孔1-2，该圆形板孔1-2与支撑板1的直径比是0.19-0.28，最佳值是0.25；在支撑板1上均布设有四个固体流化孔1-3，固体流化孔1-3与圆形板孔1-2的直径比为0.057-0.073，最佳直径比为0.06，四个固体流化孔1-3与两个溢流管孔1-1的圆心构成正六边形的六个顶点。
所述帽罩2为顶部封闭、底部敞口的柱筒，优选采用圆柱筒，帽罩顶可采用尖顶或平顶，帽罩2的中心与圆形板孔1-2的圆心在同一垂线上，圆形板孔1-2的直径小于帽罩2的直径，二者直径的比值范围是0.3-0.8；帽罩2的底部边沿向外延伸有两个耳片2-1，通过两个耳片2-1将帽罩2螺栓固定在板孔1-2的正上方，安装时帽罩2的底沿与支撑板1之间留有空隙，该空隙的垂直高度2-2与帽罩2的高度比值为0.08-0.13，最佳值为0.1；距离帽罩平顶2/5高度的帽罩侧壁上设有气固分离孔2-3，开孔率为4%-12%，所述开孔率即帽罩2侧面上所有气固分离孔2-3的孔面积与帽罩2的侧面面积之比；气固分离孔2-3的排列方式为上下两排孔交错设置，上或下两个相邻的气固分离孔2-3与相邻交错行上的位于两孔之间的另一气固分离孔2-3形成正三角形。
所述溢流管3为圆管状，两个溢流管3分别插入到对称的两个溢流管孔1-1中，溢流管3与溢流管孔1-1的接触面保持密封；溢流管3的直径与支撑板1的直径比为0.17-0.21，0.19为最佳值，溢流管3的上端高出支撑板1形成溢流堰，溢流堰高3-1与空隙的垂直高度2-2比值为0.8-1.8，最佳为1.6。
各支撑板1之间的距离由帽罩2的高度来定，通常帽罩2的高度与各支撑板1之间的距离的比值为0.38-0.50，最佳为0.50。
所述支撑板1的作用是将流化床的有机玻璃塔进行分层、支撑帽罩2、固定溢流管3。所述圆形板孔1-2的作用：由下一块支撑板1上升的气体通过圆形板孔1-2的缩放后进入帽罩2，经圆形板孔1-2的缩流作用使气流速度增加，在圆形板孔1-2附近的静压降低，支撑板1上物料由于料层高度所产生的静压头与帽罩2内静压头之间的差值推动而被吸入帽罩2，进而气固并流向上运动，最后从帽罩2的气固分离孔2-3喷出。所述帽罩2和气固分离孔2-3的作用是：在帽罩2的上部开设气固分离孔2-3，是为了使气体及固体在帽罩2内充分接触后，从气固分离孔2-3喷出后循环进行，从而提高气固接触的机会，破碎气泡。支撑板1与帽罩底沿间空隙的作用是：在支撑板1上的固体物料可顺利从该空隙进入帽罩2内。在支撑板1上、圆形板孔1-2的两侧对称设有两根溢流管3，溢流管3是各个支撑板1间物料流动的通道。溢流堰保证了支撑板1上有一定高度的物料层并使物料在支撑板1上能均匀流动。气固分离孔2-3的作用是：部分气体通过该孔进入到支撑板1上，使支撑板1上的固体颗粒流化，保证固体颗粒均匀分布在支撑板1上，避免固体颗粒在溢流管3底端形成堆积，使固体颗粒更容易进入帽罩2内以及流入下层溢流管3内。
该垂直筛板构件19安装到流化床上时，支撑板1与流化床的内壁密封固定连接。
实施例2
帽罩数量为多个的垂直筛板构件：
当流化床 的规格较大时，支撑板1上帽罩2和板孔1-2的数量可以为一个或多个，具体数量n由流化床内支撑板横截面积A 、帽罩2的直径、初始流化速度umf和圆形板孔1-2的气速ui确定，具体满足公式umfA=nuiAi，其中Ai为每个圆形板孔1-2的面积。圆形板孔1-2和帽罩2在支撑板1上均匀分布，两相邻圆形板孔1-2圆心之间的距离应满足下列条件：由相邻帽罩2上气固分离孔2-3喷射出的固体颗粒的喷射曲线刚好在该距离的中点汇合或相切，板孔1-2和帽罩2在支撑板上排布的原则是在保证没有死体积的情况下保证数量最少。支撑板1上固体流化孔1-3的数量应满足下列条件：由固体流化孔1-3上升的总气体的流量占由圆形板孔1-2上升的气体总流量的1%～9%，优选3%～5 %，固体流化孔1-3在帽罩2周围均匀分布。该垂直筛板构件其他的技术参数与实施例1相同。
下面将该垂直筛板构件19应用于流化床中进行流化性能冷模实验，如图4所示，该流化床采用32mm的有机玻璃塔20，有机玻璃塔20内设置三个垂直筛板构件19，间距为100mm，每个垂直筛板构件19上采用空气为流化介质，固体采用工业催化裂化平衡催化剂，平均粒径为65μm，板孔气速3.5/s，固体循环量0.84kg/h，帽罩2高50mm、直径13mm，板孔1-2直径为8mm，溢流管3直径为6mm，溢流堰高8mm。工艺流程为：床层流化风12经转子流量计10计量，由料仓底部的气体分布管16进入实验装置，与下行的固体颗粒在垂直筛板帽罩2中进行并流接触后进入沉降罐21中进行气固分离，经含有滤芯的除尘器22放空；提升风14经转子流量计10计量，由提升管18底部通入，提升进入提升管18的催化剂，经沉降罐21气固分离，由含有滤芯的除尘器22放空；斜管松动风13经转子流量计10计量后斜插入输料斜管15，用以松动料管中的催化剂，与提升风14一起经含有滤芯的除尘器22放空；料仓中经流化风12松动后的催化剂进入输料斜管15，流入提升管18的底部，在提升管18内经提升风14的作用进入沉降罐21，在沉降罐21中气固分离，催化剂滑落到支撑板1上，由溢流管3落入下一层支撑板1上形成料层。料层中的部分颗粒由帽罩2底部的空隙2-2进入帽罩2内与从板孔1-2进入的上升的流化气体在帽罩2中并流接触传质后从气固分离孔2-3喷射而出，气相和物料在板间翻腾并奋力后，气体升至上一层支撑板，而固体颗粒落到支撑板上，其中一部分又被吸进帽罩2，其余部分随板上物料流入溢流管3，最后经溢流管3回到料仓23，循环往复。
实验结果表明：
1、气固两相在帽罩2内完成流态化。帽罩2内气固两相并流接触且气速为颗粒带出速度的3～10倍，呈快速流态化。流化床内无气泡，流化状态好。床层压降波动小，操作稳定。
2、在垂直筛板流化床中，床层压降随着圆形板孔1-2气速的增加而增加，圆形板孔1-2的气速在2.5-4.5m/s范围内，压降在47Pa-84Pa之间。
3、循环量和帽罩底沿与支撑板1间空隙的高度影响床层压降和帽罩2提升量，空隙2-2为3mm-7mm时，床层压降为5Pa-45pa，帽罩2提升量能达到0.9Kg/h，表明该流化床的处理能力大。
4、气固在帽罩2内多次接触，随后喷出帽罩2外在支撑板1间继续接触后分离，比正常流化床的接触机会多，流化床内的空间利用率明显提高。
Claims (7)
1.一种用于流化床的垂直筛板，包括圆形支撑板、帽罩和溢流管，其特征在于：支撑板的直径大于流化床内径；在支撑板的径向上设有两个对称的溢流管孔，两溢流管孔中心距为流化床内径的0.52-0.86；在支撑板上设有与其同心的圆形板孔，该圆形板孔与支撑板的直径比是0.19-0.28；在支撑板上均布设有四个固体流化孔，固体流化孔与圆形板孔的直径比为0.057-0.073，四个固体流化孔与两个溢流管孔的圆心构成正六边形的六个顶点；所述帽罩为顶部封闭、底部敞口的柱筒，帽罩顶采用尖顶或平顶，帽罩的中心与圆形板孔的圆心在同一垂线上，圆形板孔的直径小于帽罩的直径，二者直径的比值范围是0.3-0.8；帽罩的底部边沿向外延伸有两个耳片，通过两个耳片将帽罩螺栓固定在圆形板孔的正上方，帽罩的底沿与支撑板之间留有空隙，该空隙的垂直高度与帽罩的高度比值为0.08-0.13；距离帽罩平顶2/5高度的帽罩侧壁上设有气固分离孔，开孔率为4%-12%；气固分离孔的排列方式为上下两排孔交错设置，上或下两个相邻的气固分离孔与相邻交错行上的位于两孔之间的另一气固分离孔形成正三角形；所述溢流管为圆管状，两个溢流管分别插入到对称的两个溢流管孔中，溢流管与溢流管孔的接触面保持密封；溢流管的直径与支撑板的直径比为0.17-0.21，溢流管的上端高出支撑板形成溢流堰，溢流堰高与空隙的垂直高度比值为0.8-1.8；各支撑板之间的距离由帽罩的高度确定，具体的是帽罩的高度与相邻支撑板之间的距离的比值为0.38-0.50。
2.按照权利要求1所述的用于流化床的垂直筛板，其特征在于：所述圆形板孔与支撑板的直径比是0.25。
3.按照权利要求1所述的用于流化床的垂直筛板，其特征在于：所述固体流化孔与圆形板孔的直径比为0.06。
4.按照权利要求1所述的用于流化床的垂直筛板，其特征在于：所述帽罩为顶部封闭、底部敞口的圆柱筒。
5.按照权利要求1所述的用于流化床的垂直筛板，其特征在于：所述空隙的垂直高度与帽罩的高度比值为0.1。
6.按照权利要求1所述的用于流化床的垂直筛板，其特征在于：所述溢流管的直径与支撑板的直径比为0.19。
7.按照权利要求1所述的用于流化床的垂直筛板，其特征在于：所述溢流堰高与空隙的垂直高度比值为1.6。
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