CN107511118B - 一种旋转气流流化装置及片状材料的流化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于流化技术领域，特别涉及一种旋转气流流化装置及片状材料的流化方法。针对片状材料在流化过程中易产生静电而导致吸附团聚以及流化过程易形成流化死区的问题，本发明提供一种旋转气流流化装置及片状材料的流化方法，该流化装置包括气体分布器，该气体分布器能够使气流旋转产生旋转气流，通过气流的旋转带动片状材料旋转，从而使片状材料能够产生离心力，使片状材料之间相互分离，消除静电吸附的影响；气流的旋转还能带动流化床底部的流化死区的片状材料，从而消除流化死区。本发明所述的旋转气流流化装置结构简单科学，工业应用性强，适合进行推广应用。

Description

一种旋转气流流化装置及片状材料的流化方法
技术领域
本发明涉及流化技术领域，特别涉及一种旋转气流流化装置及片状材料的流化方法。
背景技术
流化床是将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有流体的某些表观特征，这种流固接触状态称为固体流态化，即流化床。流化床作为一种重要的流一固相操作设备-在颗粒的运输与传送、选矿、煤的燃烧与转化、石油加工工业、有机合成工业、材料工业中中得到了大量的应用。
流态化技术是把固体散料悬浮于运动的流体之中，使颗粒与颗粒之问脱离接触，从而消除颗粒间的内摩擦现象，达到固体流化的目的。该技术作为一种重要的固相间物理操作(如干燥、渗混分级、吸附、包涂等)或化学操作(如催化合成、裂解、氧化、氯化等)的技术被广泛采用。固体流态化技术是化学工程领域的一个重要分支，在现代石油、化工、能源、轻工、冶金、材料、环保工业中，有大量的片状和粉末状的固体材料被用作原料、催化剂及能源使用。但超细片状材料是属于难以流化的一类物质，因为这类材料粘附性强，按传统方法流化时，床内容易产生静电吸附和流化死区，难以实现稳定的流态化。如何有效改善超细片状材料的流化质量成为近年来超细粉流态化研究的重点和热点。
目前人们往往采取两类措施实现片状材料的流态化：外源方法与内源方法。外源方法包括引入振动场、声场、磁场以及采用圆锥床、快速循环床和改进分布板结构等；内源法主要采用添加颗粒来改善粉体结构特性或减压的情况下利用氮气作为流化气等。这些方法虽然能不同程度地抑止沟流，减轻颗粒间的团聚，使之实现稳定流态化，但外源法的结构较复杂，内源法则在不允许添加颗粒的场合中应用受到限制。传统的喷动床仅适用于大颗粒的处理过程，受起始喷动压降较高及最大喷动床高等的限制，在其中引入导向管，就能使喷射区和环隙区之间的交互流动大幅减轻乃至消失，其最大喷动压降和晟小喷动速度降低.固体循环速度率和混合强度也大为减小，床层高低增大且能使小颗粒实现良好喷动，比传统的喷动床更有颗粒适应性。
公开号为CN 103638877 A的中国专利公开了一种流化床反应器，该流化床反应器中设有由挡板和搅拌桨叶组成的相互配合的搅拌系统，通过此搅拌系统，在搅拌桨叶的上部、下部、端部、轴的表面、流化床内壁面，都可以避免颗粒的粘附。但该发明只适用于粘附性大的颗粒，其并不适用于片状型材料，而且该发明不涉及气流的旋转。
公开号为CN 105042598 A的中国专利公开了一种旋流式流化床炉，该发明提供一种旋流式流化床炉，不用在移动层配管设置流量计、风门便能够向移动层供给适当的空气量。该发明所涉及的旋流式流化床通过向移动层供给气体的罗茨鼓风机以及向流化层供给气体的涡轮鼓风机产生旋转气流，适用于处理城市废弃物方面。
公开号为CN 101883629 A的中国专利申请公开了一种流化床和流化方法，该发明通过流化床不同的端口直径通入流化气体使其流化床反应腔的煤流化，在另一方面，该发明涉及煤流化床气化以及煤气化的方法。
尽管流化床装置和流态化技术已经取得上述的多项进步，但是还没有一种技术能很好的解决片状材料及粉态固体材料的流化问题，尤其是片状材料的粘附团聚问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种旋转气流流化装置及其片状材料的流化方法，能够解决片状材料等超细散状的材料在流化过程中静电吸附团聚和形成流化死区而难以达到理想的流化状态的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种旋转气流流化装置，所述的装置包括流化反应腔，流化反应腔顶部设置有出气和加料口，底部设置有进气口，进气口上方设置有气体分布器，进气口和气体分布器之间设置有钢珠槽，其内具有旋转钢珠，钢珠槽四周固定有钢珠槽密封圈，所述的气体分布器为圆柱形，上部密封，侧面设置多个通气孔，所述的旋转钢珠与气体分布器的凸台紧密接触，所述的气体分布器的凸台与钢珠槽相接部位具有两个或多个通气孔或通气缝。
优选地，所述的流化反应腔下部为锥形部分，上部为圆柱部分，更优选地，所述锥形部分与圆柱部分的高度比为3:2。
优选地，所述的流化反应腔的锥形部分的高度为反应腔顶径的3～4倍。
优选地，所述的流化装置的反应腔的锥形角度优选为3～10゜。
优选地，所述气体分布器的通气孔直径优选为0.1～0.2mm。
所述的气体分布器的外壁及滚动钢珠槽要保持光滑，优选地，气体分布器的外壁及滚动钢珠槽的粗糙度为Ra0.04～Ra0.08。
优选地，所述的旋转钢珠为中空型，其密度为3.0～5.0g/cm3。
本发明还请求保护一种利用上述装置对片状材料进行旋转流化的方法，其包括如下步骤：将片状材料通过出气和加料口加入流化床反应腔中，开动装置并通过进气孔通入气体后，气体分布器使气流朝流化床反应腔中的四周流动，同时气体分布器与钢珠槽相组合部分通过气体分布器上的通气孔使气体通入钢珠槽，带动钢珠旋转，旋转钢珠再与气体分布器上的凸台相接触，同时能够带动气体分布器旋转。控制气体通入流量以及片状材料的加入量，即可实现片状材料流化。
优选地，所述的片状材料为片状铝粉、片状天然合成云母、片状玻璃、片状氧化铁、片状氧化钛、片状云母钛、片状二氧化硅、片状氯氧化铋、片状氧化铝或片状云母铁中的一种或几种。
优选地，所述的片状材料加入量不超过反应腔体积的五分之一；所述片状材料的片径为1～1000μm，径厚比为30以上，密度为1.0～4.5g/cm3。
优选地，所述气体为空气、氮气、氩气或氦气的一种。
优选地，所述的气体的通入流量为3.4～4.6m3/h。
目前对于片状材料等一系列超细粉状材料的流化技术国内所述的较少，本发明与现有技术相比具有以下的创新点：
(1)本发明利用旋转气流能够解决传统流化床所不能解决的在流化过程中片状材料因摩擦产生静电而吸附团聚而难以流化的问题。
(2)本发明能够为片状材料的化学气相沉积表面包覆材料提供一种简便的流化方法，提高其表面包覆的质量，提高其致密度和均匀性。
(3)本发明所形成的旋转气流不是传统的风扇旋转所形成的气流，而是利用滚动钢珠在钢珠槽中利用气流的压力在钢珠槽中沿槽旋转，从而带动相接触的气体分布器旋转，形成旋转气流。
(4)本发明所提供的流化方法能够较好的解决片状材料的流化问题，从而能够提高片状材料和粉状材料在涂料、化妆品、皮革、光催化、电池、储能原料和太阳能表面涂层等领域的利用率。
附图说明
图1是本发明的一种旋转气流流化的装置的整体结构示意图。
图2是本发明中的旋转气流流化的装置局部图。
图3是流化床中钢珠槽相接形成旋转气流的局部放大图。
图4是本发明中的气体分布器的三维侧面视图。
图5是本发明中的气体分布器的三维顶面视图。
图1中1为进气口，2为进气口密封圈，3为流化反应腔，4为出气和加料口， 5为气体分布器，6为旋转钢珠，7为钢珠槽密封圈。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如本发明附图1-5，本发明提供一种旋转气流流化装置，所述的装置包括流化反应腔(3)，流化反应腔(3)顶部设置有出气和加料口(4)，底部设置有进气口(1)，进气口(1)上方设置有气体分布器(5)，进气口(1)和气体分布器(5)之间设置有钢珠槽，其内具有旋转钢珠(6)，钢珠槽四周固定有钢珠槽密封圈(7)，所述的气体分布器为圆柱形，上部密封，侧面设置多个通气孔，所述的旋转钢珠与气体分布器的凸台紧密接触，所述的气体分布器的凸台与钢珠槽相接部位具有两个或多个通气孔或通气缝。
所述的流化反应腔下部为锥形部分，上部为圆柱部分，所述锥形部分与圆柱部分的高度比为3:2。所述的流化反应腔的锥形部分的高度为反应腔顶径的 3～4倍。所述的流化装置的反应腔的锥形角度优选为3～10゜。所述气体分布器的通气孔直径优选为0.1～0.2mm。
所述的气体分布器的外壁及滚动钢珠槽要保持光滑，气体分布器的外壁及滚动钢珠槽的粗糙度为Ra0.04～Ra0.08。所述的旋转钢珠为中空型，其密度为 3.0～5.0g/cm3。
一种利用上述装置对片状材料进行旋转流化的方法，其包括如下步骤：将片状材料通过出气和加料口加入流化床反应腔中，开动装置并通过进气孔通入气体后，气体分布器使气流朝流化床反应腔中的四周流动，同时气体分布器与钢珠槽相组合部分通过气体分布器上的通气孔使气体通入钢珠槽，带动钢珠旋转，旋转钢珠再与气体分布器上的凸台相接触，同时能够带动气体分布器旋转。
实施例1
称取400g平均粒径为30μm，径厚比为31的片状铝粉，如图1中通过流化床上部加料口4将片状铝粉加入到流化床底部。然后开启真空泵，将流化床中抽成真空状态，从流化床中的通气口，如图1中的1为通气口，将氮气通入流化床，通过压力表确定通入量，调节流化气体通入量为4.0m3/h。
在Uo<Umf(Uo为气体流速，Umf为临界流化气速)时，(流速较低)，压降与气速成正比关系。床层内的颗粒处于静止状态。当流速增大，床层内流体的压力降增大到与静床压力相等时，按理粒子应开始流动起来了，但由于床层中原来挤紧着的粒子先要被松动开来，需要稍大一点的压降。等到粒子一旦已经松动，压降又恢复到之值。随后流速进一步增加。则△P不变。其计算公式为：
ΔP＝Lmf(1-εmf)(ρp-ρg)g
式中ΔP为压降，Lmf为临界床层高度，εmf为床层空隙率，ρp为流化材料的密度，ρg为流化气体密度。
对已经流化起来的床层，如：将气速降低，则△P将降低，不再出现极值，且固定床中的压降也比原先的要小。这是因为流化床转变为固定床时，粒子逐渐静止下来，比较松动，大体保持着开始流化时的床层空隙εmf，一直到流速为零。
通过观察，流化床中的片状铝粉能够得到较好的流化状态，气体分布器5 能够随着钢珠6旋转起来，带动气流的旋转。
实施例2
称取450g平均粒径为30μm，径厚比为30的片状玻璃，从流化床中的上部进料口将片状玻璃加入到流化床底部。然后开启真空泵，将流化床抽成真空状态，真空状态后从流化床中的通气口将氮气通入进流化床中，通过压力表确定通入量，调节流化气体通入量为4.5m3/h。通过观察，流化床中的片状玻璃能够得到较好的流化状态，气体分布器能够旋转起来，带动气流旋转。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种旋转气流流化装置，所述的装置包括流化反应腔，其特征在于，所述的装置包括流化反应腔(3)，流化反应腔(3)顶部设置有出气和加料口(4)，底部设置有进气口(1)，进气口(1)上方设置有气体分布器(5)，进气口(1)和气体分布器(5)之间设置有钢珠槽，其内具有旋转钢珠(6)，钢珠槽四周固定有钢珠槽密封圈(7)，所述的气体分布器为圆柱形，上部密封，侧面设置多个通气孔，所述的旋转钢珠与气体分布器的凸台紧密接触，所述的气体分布器的凸台与钢珠槽相接部位具有两个或多个通气孔或通气缝。
2.根据权利要求1所述的旋转气流流化装置，其特征在于，所述的流化反应腔(3)下部为锥形部分，上部为圆柱部分，所述锥形部分与圆柱部分的高度比为3:2。
3.根据权利要求1所述的旋转气流流化装置，其特征在于，所述的流化反应腔(3)的锥形部分的高度为反应腔顶径的3～4倍，所述的流化反应腔(3)的锥形角度为3～10゜。
4.根据权利要求1所述的旋转气流流化装置，其特征在于，所述气体分布器(5)的通气孔直径为0.1～0.2mm；气体分布器(5)的外壁及滚动钢珠槽的粗糙度为Ra0.04～Ra0.08。
5.根据权利要求1所述的旋转气流流化装置，其特征在于，所述的旋转钢珠(6)为中空型，其密度为3.0～5.0g/cm3。
6.一种利用权利要求1所述装置对片状材料进行旋转流化的方法，其特征在于，其包括如下步骤：将片状材料通过出气和加料口加入流化床反应腔中，开动装置并通过进气孔通入气体后，气体分布器使气流朝流化床反应腔中的四周流动，同时气体分布器与钢珠槽相组合部分通过气体分布器上的通气孔使气体通入钢珠槽，带动钢珠旋转，旋转钢珠再与气体分布器上的凸台相接触，同时能够带动气体分布器旋转，控制气体通入流量以及片状材料的加入量，即可实现片状材料流化。
7.根据权利要求6所述的旋转流化的方法，其特征在于，所述的片状材料为片状铝粉、片状天然或合成云母、片状玻璃、片状氧化铁、片状氧化钛、片状云母钛、片状二氧化硅、片状氯氧化铋、片状氧化铝或片状云母铁中的一种或几种。
8.根据权利要求6所述的旋转流化的方法，其特征在于，所述的片状材料加入量不超过反应腔体积的五分之一；所述片状材料的片径为1～1000μm，径厚比为30以上，密度为1.0～4.5g/cm3。
9.根据权利要求6所述的旋转流化的方法，其特征在于，所述气体为空气、氮气、氩气或氦气的一种。
10.根据权利要求6所述的旋转流化的方法，其特征在于，所述的气体的通入流量为3.4～4.6m3/h。
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