CN106268399A - 一种用于干、湿颗粒混合的多喷口喷动流化床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于干、湿颗粒混合的多喷口喷动流化床，所述多喷口喷动流化床由透明树脂玻璃板、喷动流化床、喷动气体入口、流化气体入口和风室构成，所述风室位于喷动流化床底部，风室与喷动流化床之间设置有透明树脂玻璃板；所述风室由喷动气体风室和流化气体风室构成；所述透明树脂玻璃板上设置有喷动气体入口和流化气体入口，喷动气体入口与喷动气体风室连接，流化气体入口和流化气体风室连接。本发明可以实现干颗粒和湿颗粒在喷动流化床内的充分混合，可用于湿颗粒在喷动流化床内流动特性的研究，对工业生产具有一定的指导意义。

Description

一种用于干、湿颗粒混合的多喷口喷动流化床

技术领域

本发明涉及一种以喷动流化床为理论基础，能够进行干颗粒系统和湿颗粒系统中颗粒混合的双喷口喷动流化床。

背景技术

喷动流化床技术是流态化技术的一个分支，与其他气化床相比，它具有床内流型简单、流动更加有规律、操作压降低、气固接触效率更高等特点。但是喷动流化床也具有一些局限性：传统的喷动流化床在操作过程中易出现分层和节涌，不利于流体和颗粒之间的传热传质；易出现环隙区底部死区和易粘结颗粒在环隙区的团聚，影响颗粒混合和气固传热以及正常的操作运行；较低的颗粒循环速率、较小的喷动范围使得物料在床内需要较长停留时间，影响了干燥的传热传质效率；气流量决定于喷动要求而不是传热、传质要求；最大压力降远大于喷动压力降；喷动流化床几何尺寸受限制，难以实现大型化。因此，双喷口喷动流化床可以较好的改善其单喷口喷动流化床存在的缺点，但是目前对于双喷口喷动流化床的研究和设计多局限于干颗粒系统。湿颗粒在喷动流化床内的流动、传热和传质性质有待进一步研究。

早在1960年代，人们已经在工业应用中提出了湿颗粒的流化问题。由于尺度效应，液桥力在毫米和微米尺度范围内相对于惯性力来说不可忽略，这导致了湿颗粒系统的流体动力学行为与运动特性和干颗粒系统的差别很大，出现颗粒的流态化变弱甚至失效，即发生“去流态化现象”：大量的湿颗粒形成稳固的聚团或结块、床内气泡尺寸减小而颗粒流化所需的操作气体量增加，甚至在流化床中形成固定的气体通道的气体短路现象）。这种“去流态化现象”将对湿颗粒系统的混合、分离和传热传质等流体动力学过程产生很大的影响，从而影响流化床的设计和运行。

目前对于双喷口喷动流化床内颗粒流动特性的研究多集中于干颗粒系统，对于湿颗粒的流动有待进一步的研究。因此，为了实际生产提供更合理有效的理论依据，需要提供一种湿颗粒双喷口喷动流化床的实验装置，从而更深入了解喷动流化床内颗粒在不同湿度下的流动特性，同时更有利于促进喷动流化床结构的设计和改善。

发明内容

针对现有单喷口喷动流化床存在的问题，本发明提供了一种用于干、湿颗粒混合的多喷口喷动流化床，利用多喷口喷动流化床的特点，改善现有单口喷动流化床的缺点，同时可以实现干颗粒和湿颗粒在喷动流化床内的充分混合，可用于湿颗粒在喷动流化床内流动特性的研究，对工业生产具有一定的指导意义。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于干、湿颗粒混合的多喷口喷动流化床，包括透明树脂玻璃板、喷动流化床、喷动气体入口、流化气体入口和风室，其中：

所述喷动流化床的喷口数量至少为一个；

所述风室位于喷动流化床底部，风室与喷动流化床之间设置有透明树脂玻璃板；

所述风室由喷动气体风室和流化气体风室构成；

所述透明树脂玻璃板上设置有喷动气体入口和流化气体入口，喷动气体入口与喷动气体风室连接，流化气体入口和流化气体风室连接。

与其他技术相比，本发明具有以下优点：

（1）设计挡板结构，可以根据实际需求选择不同喷口数的喷动流化床，设计合理，操作方便，多种结构多次利用自由组合。

（2）由于不同气体入口下面设计了风室，因此对于喷动气体和流化气体可以保证其轴向速度均匀。

（3）通过目前的研究来看，多数的研究单纯集中更在于干颗粒流动特性的实验研究上，而实际过程中颗粒系统中不可避免的存在一定量的液体，且液体的存在对颗粒流动特性产生重要的影响。为了弥补以上缺点，本实验结构设置了加湿器装置，根据不同工况的要求可以在颗粒系统各种添加不同量的液体，因此可以实现对湿颗粒流动特性的研究。

（4）目前对于流化床内颗粒流动的实际探测存在一定的难度，这很不利于颗粒流动特性的研究；本发明选用PIV图像处理系统，对颗粒在喷动流化床内的流动情况进行等时间间隔高频率瞬时拍摄，最后通过时均处理得到颗粒在喷动流化床内的速度场分布情况。

（5）本发明设计的多喷口喷动流化床可以有效减少颗粒流动流化死区，有利于颗粒之间充分进行动量和能量交换，通过加湿器可以实现湿颗粒在喷动流化床内颗粒的充分混合，同时还结合流体测设技术以及相关图像后处理系统可以直观反映颗粒的流动特性。

附图说明

图1为用于干颗粒和湿颗粒混合的多喷口喷动流化床的结构示意图，图中：1-挡板，2-多喷口喷动流化床，3-喷动气体入口，4-流化气体入口，5-风室；

图2为三喷口喷动流化床的结构示意图；

图3为组合式喷动流化床的结构示意图；

图4为多喷口喷流化动床实验装置实物图；

图5为单喷口喷动流化床内颗粒初始运动状态；

图6为双喷口喷动流化床内颗粒初始运动状态；

图7为三喷口喷动流化床内内颗粒初始分布情况。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：如图1所示，本实施方式提供的用于干、湿颗粒混合的多喷口喷动流化床由透明树脂玻璃板、喷动流化床2、喷动气体入口3、流化气体入口4和风室5构成，其中：

所述喷动流化床2的喷口数量至少为1个；

所述风室5位于喷动流化床2底部，风室5与喷动流化床2之间设置有透明树脂玻璃板；

所述风室5由喷动气体风室和流化气体风室构成；

所述透明树脂玻璃板上设置有喷动气体入口3和流化气体入口4，喷动气体入口3与喷动气体风室连接，流化气体入口4和流化气体风室连接，不同气体入口对应不同的风室，方便调节不同入口气速。

如图2所示，所述喷动流化床的喷口数量至少为两个时，多喷口喷动流化床还包括至少一个挡板1，挡板1位于相邻喷口之间。

具体实施方式二：如图4所示，本实施方式提供了一种用于多喷口喷动流化床内湿颗粒流动特性研究的实验装置，该装置由PIV图像处理系统6、高速摄像机7、光源8、加湿器9、固定支架10、多喷口喷动流化床11、床内颗粒（实验用干颗粒或湿颗粒）12、热风流量计13、通风管道14、涡轮流量计15、气体阀门16和风机17构成，其中：

所述多喷口喷动流化床11固定在固定支架5上；

所述加湿器9安装在多喷口喷动流化床11顶部；

所述光源8设置在多喷口喷动流化床11的前部；

所述高速摄像机7位于光源8下方并与PIV图像处理系统6连接，对床内颗粒12在多喷口喷动流化床11内的流动情况进行等时间间隔高频率瞬时拍摄，最后通过时均处理得到床内颗粒12在多喷口喷动流化床11内的速度场分布情况；

所述涡轮流量计10安装在多喷口喷动流化床风室入口的位置；

所述风机17通过通风管道14与多喷口喷动流化床的风室连接；

所述通风管道14上安装有热风流量计13和气体阀门15，其中：涡轮流量计靠近鼓泡流化床风室入口。

上述多喷口喷动流化床用于颗粒流动特性研究的工作过程如下：

不同气体入口对应不同的风室，气体在风室内均匀布风：喷动气体和流化气体从喷动流化床底部对应气体入口进入，干颗粒或混合好的不同干湿度的湿颗粒在开始均匀填充在喷动流化床底部；多喷口喷动流化床可以视为是由若干个完全相同的单喷口喷动流化床构成的，并通过挡板连接起来，通过安装和拆卸不同位置的挡板，可以根据实际需求构成所需要的不同喷口数量的喷动流化床（例如可以拆卸为单喷口、双喷口和三喷口喷动床，以三喷口喷动流化床为例，通过插入挡板形成3个独立的单喷口喷动流化床（图2），在单喷口的基础上拆卸挡板成为三喷口喷动流化床（图1），或通过插入挡板形成1个独立的单喷口喷动流化床和1个双喷口喷动流化床（图3））；打开风机调节流化气体流量，将不同流量的气体通过不同风室送入对应的气体入口，在喷动和流化气体的作用下，喷动流化床内的颗粒开始流化，在喷动流化过程中，可以根据实际需求添加不同量的液体，形成不同相对液体量的湿颗粒系统，实现喷床内颗粒的充分混合；在颗粒流化运动过程中，可以采用高速摄像机拍摄颗粒在喷动流化床内的运动过程，并通过相关的后处理软件得到颗粒的运动特性。

具体实施方式三：准备24000个直径为3mm的玻璃珠，将玻璃珠均匀填充在单喷口喷动流化床底部，同时调节光源，使摄像机内拍摄到的画面足够清晰以便保证后期图像处理的准确性；打开风机，调节气体流量，同时观察涡轮流量计的示数，当示数稳定之后等时间间隔读取气体流量，喷动气速43.5m/s，流化气速2.4m/s，多次读取之后取平均值；在流化过程中保证流化床内为干燥状态，当流动稳定且拍摄了足够长的时间之后，先关闭风机，当颗粒完全静止之后，关闭高速摄像机；将拍摄结果导入后处理电脑中，得到颗粒的速度分布等结果。颗粒在喷动流化床内初始阶段运动状态如图5所示。

具体实施方式四：准备48000个直径为3mm的玻璃珠，按颗粒总体积以及所需液体量1.0%计算好所需硅油的体积，并颗粒硅油混合均匀；将混合好的颗粒均匀填充在双喷口喷动流化床（图4）底部，同时调节光源，使摄像机内拍摄到的画面足够清晰以便保证后期图像处理的准确性；打开风机，调节气体流量，同时观察涡轮流量计的示数，当示数稳定之后等时间间隔读取气体流量，喷动气速43.5m/s，流化气速2.4m/s，多次读取之后取平均值；在流化过程中通过加湿器保证流化床内硅油的体积分数不变，当流动稳定且拍摄了足够长的时间之后，先关闭风机，当颗粒完全静止之后，关闭高速摄像机；将拍摄结果导入后处理电脑中，得到颗粒的速度分布等结果。颗粒在喷动流化床内初始阶段运动状态如图6所示。

具体实施方式五：准备108000个直径为3mm的玻璃珠，按颗粒总体积以及所需液体量1.0%计算好所需硅油的体积，并颗粒硅油混合均匀；将混合好的颗粒均匀填充在三喷口喷动流化床底部，同时调节光源，使摄像机内拍摄到的画面足够清晰以便保证后期图像处理的准确性；打开风机，调节气体流量，同时观察涡轮流量计的示数，当示数稳定之后等时间间隔读取气体流量，喷动气速43.5m/s，流化气速2.4m/s，多次读取之后取平均值；在流化过程中保证流化床内为干燥状态，当流动稳定且拍摄了足够长的时间之后，先关闭风机，当颗粒完全静止之后，关闭高速摄像机；将拍摄结果导入后处理电脑中，得到颗粒的速度分布等结果。颗粒在喷动流化床内初始阶段运动状态如图7所示。

Claims (2)

1.一种用于干、湿颗粒混合的多喷口喷动流化床，其特征在于所述多喷口喷动流化床包括透明树脂玻璃板、喷动流化床、喷动气体入口、流化气体入口和风室，其中：

所述喷动流化床的喷口数量至少为一个；

所述风室位于喷动流化床底部，风室与喷动流化床之间设置有透明树脂玻璃板；

所述风室由喷动气体风室和流化气体风室构成；

所述透明树脂玻璃板上设置有喷动气体入口和流化气体入口，喷动气体入口与喷动气体风室连接，流化气体入口和流化气体风室连接。

2.根据权利要求1所述的用于干、湿颗粒混合的多喷口喷动流化床，其特征在于所述喷动流化床的喷口数量至少为两个时，多喷口喷动流化床还包括至少一个挡板，挡板位于相邻喷口之间。