CN1062705A - 用于分离流化床形态物质并检测阻塞的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于处理流化床中的粉状物质的过 程和装置，可通过与粉状物质混在一起的不可流化产 物来检测和预测多孔流化壁的阻塞。它包括将多孔 壁再分成二部分，在供应柱下面的第一部分在水平上 置于在平衡柱下面的第二部分之下。向第一个提供 二个相互独立的体积并测量各体积的流化压力差。 该压差随着在供应柱之下的多孔壁而增加并超过设 置点时允许所说壁上无阻塞，用于任何产物的流化床 传输：铝氧粉、石灰、水泥、金属和塑料粉末，食品产品 等。

Description

本发明涉及使用流化床（fluiduzed  bed）形态的粉状物质（pulverulent  material）对其进行从容器中的分配（distribution  fuom  a  contoiner）、传输、或物理分离其混合异物的任何装置。

已知从一点到另一点传输流化态形式的粉状物质。如果一种物质是在粉状形态且如果它的粉粒尺寸及凝聚力（cohesion）是这样的以致它可在空气中被吹动，甚至是在低速下也可被吹动，就说它可流化，这导致了粉粒的减聚力（decohesion）及内摩阻力（inter  frictioual  force）的降低，结果由此形成的悬浮体（suspension）具有象一单一流体的性质。这样的物质例如有铝氧粉（alumina）、水泥，灰泥（plaster），石灰、煤灰（flyash），氟化钙（calcium  fluoride），用于橡胶及塑料的填料（filler  for  rubber  and  plastics），催化剂（catalyst），粉化煤（pulverized  coal），硫酸盐，磷酸盐，金属粉末，粉末状塑料材料，食品如淀粉、奶粉、面粉，等。

这种工艺现状可以由本申请者所提交的三个专利来描述。

题目为“用于以一可流化粉状物质的被调整流率来进行分配的装置”的法国专利2575734号描述了一个装置，它使得可以调整一可流化物质，即铝氧粉的流率。

题目为“用于连续分离二个混合固相的流化床装置”的法国专利2575680号描述了一个装置，它使得可以在一个由可流化细颗粒形成的产品中分离出不适于流化的已结块粉粒的团块。

题目为“一种气动传输（pneumatic  transport）的自动调态过程”的法国专利2391136描述了在一流化床传输系统中不使用机械构件来自动调整流率的过程和用于此的装置。

因此，根据本发明的这个装置可以应用到前面所述的任何装置和过程中。

在法国专利2575734中描述的装置包括（图1）一个充满铝氧粉通过供应柱（supply  column）（3）被连结到容器（2）上的存储箱（storage  tank）（1），该供应柱在容器的端边（7A）上冒伸出，一个容器（2）在其下部分（2B）里带有一个多孔流化壁（4）及一个用于在一恒定、可调节压力下的流化气体的入口（5），在该容器的上部（2A）中在与供应柱端边相对的端边（7B）上带有一平衡及排气柱（6），在对应于平衡柱的端面（7B）上并且恰好在多孔壁（4）的上方，有一个用于已流化粉状物质的出口（8）。

当没有流化气体时，贮存在箱（1）中的粉状材料落入容器（2）形成一塌落斜坡（crumbling  slope）（10），它与多孔流化壁的角度是依赖于粉状物质的性质及物理状态的。

当供应流化气体并关闭出口（8）时，使用管道（5）及调节装置（12），通过多孔壁（4），粉状物质开始被流化。它迅速充满容器上部然后在平衡柱内逐渐上升直至一定高度h（图2），这个高度h是流化压力Pf及平衡柱（6）中粉状物质的平均密度的函数。计算表明12给验证实，当该系统对于已给定的粉状物质及出口直径是处于平衡状态时，物质流率仅是流化气体的压力的函数，这为调节所说流率提供了一个有利的方法（means）。

实际上由于平衡柱中流化床的高度h，流化压力Pf被流体静压力（hydrostatie  pressme）所平衡，由多孔壁中的压降（pressmeduop）来增加，流化压力Pf及物质流率至少间的一对一关系因此就以多孔壁里的压降不改变，即所说壁中没有阻塞为必要条件。在这种场合下具有规则的颗粒尺寸的完全干净的物质构成一单一流化相。然而要分配的物质形成二个固体相对，其中之一倾向于在流化条件下沉积（setthe），当所说相沉积在多孔壁上时，它增加了通过该壁的压降。由此，对于一恒定的流化压力，从流动通过出口（8）时起就存在着平衡柱中被流化物质高度h的降低。

这个问题发生于新制备的铝氧粉（fresh  alumina），它包含着大量耐火砖颗粒叫做“砂”（sand），在铝氧粉锻烧（calcination）期间“砂”与其混合在一起，并且在用于电解槽的铝氧粉供应系统中“砂”也一铝氧粉混合在一起，在电解槽中回收（recycling）用于收集（trap）由槽中发出的被氟化的气体的铝氧粉。包含有被收集的产物的这个铝氧粉倾向于形成致密的团块，这种团块被称作“结疤”（scale），“结疤”沉积在多孔壁上。

本发明因而提出了一种连续跟随多孔壁阻塞度的装置，以便能够插入正常工作时间（good  time）进行多孔壁的清洁。

本发明者为此问题提供的解决方法由图3到图5示出。

首先指出控制流化的不同量之间的关系是有帮助的。

流化床压力Pf等于：

Pf＝Pc+d.h

这里Pc是通过多孔壁的压降，d是流化状态的粉状物质的比重，h是平衡柱中粉状材料的高度。

此外，Pc＝k·v

这里k是多孔壁压降系数，v是通过多孔壁的空气速度。

在这些系统的普通工业条件下，流化空气流率总是相对低的以便流动状态是层流的且因此通过多孔壁的压降与该速度是成比例的。

本发明者首先是发现由于砂或结疤不能被流化，它们沉积多孔壁的直接位于供应柱（3）或靠近该柱的部分上。由于这项发现，发明者的设想出在图3中以纵剖面示出的装置。再次有一个通过一供应管（15）被连结到容器（14）的存储箱（13），平衡柱（16）及粉状物质出口（17）。横截面一般为矩形的容器其纵剖面在图的左边和右边为二个部分，在图的左边，即供应管的一端，流化室（18）及多孔壁（19）的位置水平低于容器中位于图的右端，在平衡柱及出口（17）端部分的流化室（20）及多孔壁（21）的位置水平。这二个流化室（18）及（20）带有一个共用管（22），它又细分成二个分支（23）及（24）。

在操作的开始，当流化气体进入时，压力以下述方式平衡。其图的左手端中的流化压力Pf₁等于二项之和：多孔壁中的压降，它与流化气体的速度成比例及在平衡柱中流化床的气压，它与所说柱的高度h₁成比例：

Pf₁＝Pc₁+d·H₁

在这里Pc₁是通过多孔壁的压降且d为流化床的松装密度（apparent density）。

以同样的方式，图的右手端的流化压力Pf₂等于：

Pf₂＝Pc₂+d·h₂

因而，有一个压差（differential  pressure）

Pf₁-Pf₂＝d.（h₁-h₂）+Pc₁-Pc₂

其中Pc₁＝k₁·v₁且Pc₂＝k₂·v₂

多孔壁（19）及（21）在其是干净的且没有砂或结疤时是相同的，K₁＝K₂。然而，一旦砂或结疤沉积在壁（19）上，所说壁中的压降增加且成为：

Pc₁＝（K₁+K_x）·V₁

在这里K_x是随着多孔壁（19）的变脏增加的一个可变压降系数。

我们最后获得：

P_f1-P_f2＝d·（h₁-h₂）+（k₁+k_x）V₁-K₂V₂

高度差h₁-h₂仅仅依赖于容器的二部分的多孔壁间的尺寸差，即依赖于装置的几何形状。松装密度d也是常数且仅依赖于流化产物。系数k₁与k₂仅依赖于多孔壁的特性。系数K_x随着多孔壁（19）的变脏从0开始增加。

然而，速度v₁与v₂依赖于流化空气供应状态。如果Pf₀是管中位于供应多孔壁（19）及（21）的接合处的上游点的压力，获得v₁的值是可能的，例如通过解出这个系统：

P_f1＝（K₁+K_x）·V₁+d·h₁

P_f1＝P_f0-P_ct1

在这里Pct₁是供应容器（18）的管中的压降。

Pct₁与流率的平方成比例且因而与横过多孔壁（19）表面S₁的空气速度的平方成比例：

Pct₁＝A.（V₁）²

系数A依赖于管的几何特性并与多孔壁的表面S₁成比例，除非对于一个已给装置，它是恒定的。

这个系统的解出导致了一个使计算V₁成为可能的二次方程。

我们最终发现：

$V_1=\frac{-(K_1+K_X)+{({(K_1+K_X)}^2-4A({\mathrm{dh}}_1-p_{\mathrm{fo}}))}^{1/2}}{2A}$

以同样方式，通过解出该系统可以计算出V₂：

P_f2＝K₂·V₂+d·h₂

P_f2＝P_f0-P_ct2

其中Pct₂＝B·（V₂）²

B象A一样是一个比例系数只依赖于管的几何形状及多孔壁（21）的表面S₂

我们最终获得：

$V_2=\frac{{-K}_2+{(K_2^2-4B({\mathrm{dh}}_2-P_{\mathrm{fo}}))}^{\frac{1}{2}}}{2A}$

令人兴奋地看到：

a）压差变量Pf₁-Pf₂是k_x，壁（19）脏度的函数。

b）通过壁（19）的速度变量V₁是所说壁脏度的函数。

a）通过将v₁和v₂值移入在前面给出的Pf₁-Pf₂表达式，发现压差是三项之和：

一常数项：d·（h₁-h₂），它通过高度h₁-h₂是装置几何形状的函数;

一项：（k₁+k_x）·v₁，该项依赖于与装置垢设计相联系的一定数目的常数，调节压力Pf₀及沉积有砂及结疤的多孔壁（19）的脏变度系数k_x;

一项：k₂·v₂。它依赖于与装置设计相联系的常数及调节压力Pf₀。

函数Pf₁-Pf₂＝f（k_x）的分析表明当k_x增加该函数增加。因而当多孔壁变脏时这个压力变量增加。

b）函数v₁＝g（k_x）的分析表明，这个函数为k_x增加且趋向于无穷大时趋向于零。然而，在前面给出的方程只有在v₁如果大大高于一值v_mf，即用于所讨论物质的最小流化速度时才是有效的。

因而，通过固定测定并尽可能记录压差Pf₁-Pf₂，可以观察（follow）在砂及结疤沉积这变脏的多孔壁的放气（rvolufion）并可以通过固定一设定点来自动或手动开始装置的清洁，这个对于Pf₁-Pf₂的设定点对应于一个接近但高于最小流化速度的速度，在这个最小流化速度以下装置不起作用。

〔例1〕结构与本发明一致的一个电解槽钻氧粉供应系统。位于供应管之下的容器的左手部分具有一个以图3的平面的方向来测量的大约是26cm的长度及约20cm的宽度。容器的右手部分具有大约16cm的长度及20cm的宽度。右手部分中的多孔壁在左手端的多孔壁之上10cm处。

在操作的开始，当多孔壁没有任何阻塞时，获得下列参数：

流化压力Pf₁＝650mm水柱（6375Pa）

流化压力Pf₁＝650mm水柱（5884Pa）

平衡柱内的床高度＝58cm。

出口直径为19mm，获得25000克/分的铝氧粉流率。

流化压力之差最初为50mm水柱（490Pa），在操作期间逐渐增加。连续记录它并在达到90mm水柱（883Pa）时，停止装置并清洁多孔壁。

这个例子的给出仅是为了图示。多孔表面的尺寸，左右端部多孔表面之间的比率及这些表面间的尺寸之差仅依赖于所提供产品的性能，多孔壁的砂及结疤含量，要提供的流量及二个接连清洁操作间的允许时间是很清楚的。

〔例2〕将本发明的目标应用到在法国专利2575680中所申请（claim）的装置中。这个应用由图4示出。

举例装置允许一种可流化粉状物质与和它混合在一起的一不可流化物质相分离。由未示出的弹性装置来悬挂的一个外壳（25）由二个下部容器（30）而来的二个下部容器（26，27）构成，流化气体通过从一共用管（30）而来的二个分支（28，29）及一个共用上部容器（31）提供到二个下部容器中。这二个容器被一多孔壁的二部分（32，33）分开，在物质供应端的容器（26）及多孔壁（32）低于容器（27）及多孔壁（33）。上部容器具有可流化物质及不可流化物质的混合供应源（34），一个用于流化相排出的溢流管（35），一个用于排出沉积在多子壁的部分（32）上的非流化固体相的闭锁装置（36），一流化气体排出管（37）及一个为多也壁提供管头（38）方向上的交替运动（alternating  merement）的振动系统。

在操作中，不可流化物质的颗粒沉积在多孔壁（32）上导致压差Pf₁-Pf₂的增加。当这个压差达到一预定值时，振动系统的开动及闭锁装置（36）的开启被自动触发，这引起多孔壁的清洁。一旦压差返回其最初值，振动系统停动，锁再次被关闭。

〔例3〕将本发明的目标应用于由法国专利第2391136号所申请的过程。这个应用由图5示出。在前面例子中已描述的一定数目的特征在这里再一次发生，即带有低部容器和垂直移动的二部分多孔壁及粉状物质供应柱的流化装置。这个装置还包括一个通过一注射器（40）从多孔壁伸出的超压（overpressure）气体供应管（39），和一个用于气动传输的管（41），该管装有一喷嘴42，该管装有一喷嘴（42），喷嘴垂直安置到与注射器相对的位置。象法国专利2391136中所解释的，这个系统使自动调整粉状物质流率成为可能。然而，由于操作可被不可流化物质所干扰，这个系统附加上二个多孔壁水平位置并检测流化压差使得检测多孔壁的阻塞度并在正常工作时间内对其进行清洁成为可能。

1.用于处理与不可流化产物混合在一起的流化床粉状物质并带有一阻塞检测系统的装置包括：

（a）一个粉状物质存储装置（13），

（b）由具有一个部分的容器（14）构成的流化装置，这个容器的二个部分即一个在其一端通过一供应柱（15）与存储装置相连并在其相对端与平衡柱（16）相连的上部，一个由多孔壁（19，21）与上部分开的流化气体供应下部，

（c）一个位于容器的上部，用于在其与供应柱相对的端排出粉状物质的装置，

其特征在于多孔壁被再细分成二个部分，第一部分（19）位于供应柱以下并在与之相邻的区域里，它在水平位置上低于位于平衡柱以下并在其相邻区域内的第二部分（21），其特征还在于容器的低部被再细分成二个独立的体积（18，20），它们位于多孔壁的每一个相应部分的之下并由被细分成二个分支（23，24）的同一管道（22）来提供流化气体，其特征还在于该装置装有依赖于二个独立体积每一个中的压差的时间（dependent  on  the  fine  of  difference  of  the  pressures）进行测量及记录的装置。

2.根据权利要求1，对于一可流化粉状物质用于以一个被调整的流率进行分配并用于阻塞检测的装置，其特征在于被流化物质排出装置由一粉状物质出口（17）构成，这个出口恰好位于平衡柱端的多孔壁的上方。

3.根据权利要求1，用于处理一被流化粉状物质并用于分离与之混合在一起的不可流化物质的装置，其特征在于它带有一个振动系统，该系统可以向多孔壁提供交替运动，还带有一个闭锁装置，该装置允许沉积在多孔壁最低部分上的不可流化物质排出装置由位于上部容器与供应柱相对的部分里的一个溢流管构成。

4.根据权利要求1，对于一可流化粉状物质用于以一被调整速率传输并用于检测阻塞的装置，其特征在于被流化物质排出装置的构成为：

a）从一注射管（40）伸出进入容器上部的一个超压气体供应管（39），容器上部在与供应柱相对端的多孔壁的上方，

b）垂直设置并在注射管上方的一个垂直传输管（41），在该管底部装有一个喷嘴（42）。

5.使用根据权利要求1到4中的任何一个装置来检测阻塞的过程，其特征在于对在容器下部的二个独立体积间的压差的增加有一个连续的检测，且当所说压差超过一设定点时多孔壁被清洁。

Claims (5)

1、用于处理与不可流化产物混合在一起的流化床粉状物质并带有一阻塞检测系统的装置包括：

(a)一个粉状物质存储装置(13)，

(b)由具有一个部分的容器(14)构成的流化装置，这个容器的二个部分即一个在其一端通过一供应柱(15)与存储装置相连并在其相对端与平衡柱(16)相连的上部，一个由多孔壁(19，21)与上部分开的流化气体供应下部，

(c)一个位于容器的上部，用于在其与供应柱相对的端排出粉状物质的装置，

其特征在于多孔壁被再细分成二个部分，第一部分(19)位于供应柱以下并在与之相邻的区域里，它在水平位置上低于位于平衡柱以下并在其相邻区域内的第二部分(21)，其特征还在于容器的低部被再细分成二个独立的体积(18，20)，它们位于多孔壁的每一个相应部分的之下并由被细分成二个分支(23，24)的同一管道(22)来提供流化气体，其特征还在于该装置装有依赖于二个独立体积每一个中的压差的时间(dependentonthefineofdifferenceofthepressures)进行测量及记录的装置。

2、根据权利要求1，对于一可流化粉状物质用于以一个被调整的流率进行分配并用于阻塞检测的装置，其特征在于被流化物质排出装置由一粉状物质出口（17）构成，这个出口恰好位于平衡柱端的多孔壁的上方。

3、根据权利要求1，用于处理一被流化粉状物质并用于分离与之混合在一起的不可流化物质的装置，其特征在于它带有一个振动系统，该系统可以向多孔壁提供交替运动，还带有一个闭锁装置，该装置允许沉积在多孔壁最低部分上的不可流化物质排出装置由位于上部容器与供应柱相对的部分里的一个溢流管构成。

4、根据权利要求1，对于一可流化粉状物质用于以一被调整速率传输并用于检测阻塞的装置，其特征在于被流化物质排出装置的构成为：

a）从一注射管（40）伸出进入容器上部的一个超压气体供应管（39），容器上部在与供应柱相对端的多孔壁的上方，

b）垂直设置并在注射管上方的一个垂直传输管（41），在该管底部装有一个喷嘴（42）。

5、使用根据权利要求1到4中的任何一个装置来检测阻塞的过程，其特征在于对在容器下部的二个独立体积间的压差的增加有一个连续的检测，且当所说压差超过一设定点时多孔壁被清洁。

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