CN110085112A - 一种环保型气-固流化床教学实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种环保型气‑固流化床教学实验装置是由流态化实验系统和计算机辅助系统构成，在本系统中由气体压缩机将气体加压输送至气体缓冲罐，缓冲后测定压强和温度，再经填料过滤层及气体分布板后进入流化床层，带动石英砂床层呈流态化，流化床顶部密封，通过侧面出口将气体引入液封装置中，在流化床底部沿轴向设置有不同高度的测点测量床层空隙率和颗粒时均速度，由计算机采集和记录相关数据，本发明在确保稳定运行、更加准确地测定流化床性能参数的基础上，显著提高了教学质量和实验安全，改善了实验教学环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种环保型气-固流化床装置，尤其是一种用于高等院校实验课程教学以及研究院实验研究的气-固流化床装置。
技术背景
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，在工业流化床反应器内，颗粒状物料能够像流体一样连续地进出反应器，利于物料间传质、传热以及气-固相反应过程，因床层温度、浓度均匀得到了广泛应用，由于流化床在工业生产中的关键地位，所以在实验教学中，气-固流化床的流体力学测定实验作为本科培养方案的重要组成部分。
随着国家新的环保标准和法规的颁布和施行，大家包括高校师生在内的群体日益关注环境尤其是以PM2.5指数为代表的空气质量。现有多数高校教学所使用的流化床的流体管路设计不尽合理，无法实时测量温度，不仅难以准确取得和后期处理实验数据，实验结果误差大，而且实验过程中，室内可吸入颗粒物PM2.5的浓度明显上升，伴随油雾的生成，引发实验室环境和安全问题，影响身体健康，因此本发明从提高教学质量、改善实验环境方面着手，开发了一套环保型气-固流化床实验装置，同时借助计算机辅助系统对床层性能参数进行评价，可为高校实验室及工业推广奠定良好基础。
发明内容
为了使气-固流化床实验装置能够绿色安全运行，准确读取性能实验数据，改善实验环境，本发明提供一种环保型气-固流化床实验装置。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术方案。
一种环保型气-固流化床教学实验装置，包括气-固流态化系统及计算机辅助系统，其特征在于：所述气-固流态化系统是由压缩机将气体输送至气体缓冲罐，缓冲后的气体由放空阀排放至液封装置中，或由压差计测压，通过计前阀和温度计测温后将气体切换至气体流量计，并进入流化床底部，依次经过填料过滤层、气体分布板后均匀地进入流化床，带动石英砂床层呈现流态化，流化床底部沿轴向的多个测量点测量床层空隙率和颗粒时均速度，流化床层外壁装有上下折叠伸缩的遮光罩排除外界光线对光纤信号的影响，流化床顶部密封，通过侧面出口将气体引入液封装置中，计算机辅助系统由装载Windows2000系统的计算机和PV6D颗粒速度测量仪构成。
下面是进一步的附加技术方案。
一种环保型气-固流化床教学实验装置，其特征是：所述液封装置的密封介质是砂浆、泥浆、水、油脂或者油。
一种环保型气-固流化床教学实验装置，其特征是：所述圆筒状流化床直径为ø120x5 mm，高为1200 -2000mm，由透明材料制成，流化床筒体的横截面是圆形、矩形、正方形、三角形或多边形，流化床筒体外形是圆柱状、圆锥状、棱柱状或棱台状。
一种环保型气-固流化床教学实验装置，其特征是：所述流化床筒体的流化段底部沿轴向设置有八个测量点，距分布板间距分别为 28、52、74、101、127、152、173、200 mm；将光纤探头从测量点插入流化床层，测量床层空隙率和颗粒时均速度。
一种环保型气-固流化床教学实验装置，其特征是：所述分布板是多孔陶瓷或者金属板，开孔直径为1 -10mm，开孔率为1%，板上铺设有数层不锈钢筛网防漏料。
一种环保型气-固流化床教学实验装置，其特征是：所述填料层是由规格为ø 6 mm的分子筛或者塑料材质的环保球堆积而成。
一种环保型气-固流化床教学实验装置，其特征是：所述分布板上下两端分别通过管路连接有斜管压差计两侧，与水平面呈30°，压差计指示液为水或其他液态介质；所述温度计是接触式温度计，或是非接触式温度计。
一种环保型气-固流化床教学实验装置，其特征是：所述光导纤维PV6D型颗粒速度测量仪是测量气-固两相流系统中的颗粒浓度和运动速度；是两束光导纤维按一定间距排列构成，其标定间距为2.29 mm；并通过USB数据线传输至装载Windows 2000系统的计算机中，通过采样软件控制采样频率和采样点数量，然后将采集的信号存储于计算机工作站中。
一种环保型气-固流化床教学实验装置，其特征是：所述遮光罩采用上下折叠伸缩的不透光材料。将遮光罩折叠收缩至床层上部，便于观察床层流化现象并量取床层高度；将遮光罩拉伸至床层底部，使用光纤探头测量颗粒浓度和时均速度，便于更精确测定，排除外部光线对光纤信号的影响。
上述发明所提供的一种环保型气-固流化床教学实验装置，用于现有高等院校进行教学以及科学单位进行科学研究，与现有技术相比，其有益效果在于本环保型气-固流化床教学实验装置运行稳定，工艺路线合理，不仅能够测得科学合理的实验数据，提高教学质量，而且能够改善实验环境，提高实验质量，有利于师生健康，适合于在高等院校的教学实验中应用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的计算机辅助系统示意图。
图中：1：压缩机；2：放空阀；3：缓冲罐；4：旋塞；5：压差计；6：转子流量计；7：液封装置；8：斜管压差计；9：流化床；10：封头；11：遮光罩；12：计算机；13：PV6D型颗粒速度测量仪；14：石英砂；15：气体分布板；16：填料过滤层；17：支架；18：温度计；19：计前阀；20：计算机；21：PV6D型颗粒测速仪；22：光纤探针。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
如附图1和附图2所述，实施本发明上述所提供的一种环保型气-固流化床教学实验装置，包括气-固流态化系统及计算机辅助系统，其构成在于本气-固流态化系统是由压缩机1将气体输送至气体缓冲罐3，缓冲后的气体由放空阀2排放至液封装置7中，或由压差计5测压，通过计前阀19和温度计18测温后将气体切换至转子流量计6，并进入流化床底部，依次经过填料过滤层16、气体分布板15后进入流化床，带动石英砂14床层呈现流态化，流化床底部沿轴向的多个测量点测量床层空隙率和颗粒时均速度，流化床层外壁装设有上下折叠伸缩的遮光罩11排除外界光线对光纤信号的影响，流化床顶部密封，通过侧面出口将气体引入液封装置7中，计算机辅助系统由装载Windows 2000系统的计算机12和PV6D颗粒速度测量仪13构成。
实施一种环保型气-固流化床教学实验装置，其中的液封装置7所采用的密封介质是砂浆、泥浆、水、油脂或者是油。
实施一种环保型气-固流化床教学实验装置，其中的圆筒状流化床直径为ø 120x5mm，高为1200 -2000mm，沿轴向筒壁安装标尺或者印制刻度线便于测量床层高度，由透明材料制成，流化床筒体的横截面是圆形、矩形、正方形、三角形或多边形，流化床筒体外形是圆柱状、圆锥状、棱柱状或棱台状。
实施一种环保型气-固流化床教学实验装置，其中的流化床筒体的流化段底部沿轴向设置有八个测量点，距分布板间距分别为 28、52、74、101、127、152、173、200 mm；将光纤探头从测量点插入流化床层，测量床层空隙率和颗粒时均速度。
实施一种环保型气-固流化床教学实验装置，其中的气体分布板是多孔陶瓷或者金属板，开孔直径为1 -10mm，开孔率为1%，板上铺设有数层不锈钢筛网防漏料。
实施一种环保型气-固流化床教学实验装置，其中的填料层是由规格为ø 6 mm的分子筛或者塑料材质的环保球堆积而成。
实施一种环保型气-固流化床教学实验装置，其中的分布板上下两端分别通过管路连接至斜管压差计两侧，与水平面呈30°，压差计指示液为水或其他液态介质；所述温度计是接触式温度计，或是非接触式温度计。
实施一种环保型气-固流化床教学实验装置，其中的光导纤维PV6D型颗粒速度测量仪是测量气-固两相流系统中的颗粒浓度和运动速度；是两束光导纤维按一定间距排列构成，其标定间距为2.29 mm；并通过USB数据线传输至装载Windows 2000系统的计算机中，通过采样软件控制采样频率和采样点数量，然后将采集的信号存储于计算机工作站中。
实施一种环保型气-固流化床教学实验装置，其中的遮光罩采用上下折叠伸缩的不透光材料，当观察床层流化现象并量取床层高度时，将遮光罩折叠收缩至床层上部；而使用光纤探头测量颗粒浓度和时均速度时将遮光罩向下拉伸至床层底部排除外部光线对光纤信号的影响。
上述环保型气-固流化床教学实验装置的教学实验过程如下：
首先启动压缩机，准备向流化床内输送气体，通过流量计调节阀和放空阀调节气体流量；在不同流量下，观察流化床中的流化现象，并定性判断颗粒床层流化床过程的各个阶段；测定床层高度，气体分布板压降与床层压降，记录气体进口压力；使用PV6D型颗粒速度测量仪测定床层空隙率，首先仔细校准零点，滑下遮光罩，读取至少20组数据，根据计算机采集的时间序列波动信号分析床层的鼓泡情况，判断气泡的运动行为；实验结束，打开放空阀，关闭压缩机和其他阀门。
实施上述具体实施方式，实现了高等院校实验课程教学的目的，提高了实验教学水平，改善了教学实验环境，由于在透明的实验教学装置中加装有液封装置，消除了飞灰和油雾，同时降低了噪声；在课堂教学中，以运行120分钟为例，PM2.5指数可以控制在70以内，教室空气质量为良好或者优质；同时，根据课堂教学要求，本流化床筒体安装标尺适宜于教学，便于测量床层高度；此外，新设有可折叠伸缩遮光罩，便于切换，测量两种不同的数据：床层高度和床层空隙率，直观方便实用，取得了直接的现场教学实验效果，尤其适用于大学本科课堂教学，也可作为课堂教学的实验教具。
以上所述，仅是本发明的较佳实施方式，尽管参照实验案例对本发明作了详细的说明，所属本技术领域的专业人员应该理解，依然可在未脱离本发明原理的前提下，依据此技术方案对上述实施装置进行若干改进或变更，均属于本实用型技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种环保型气-固流化床教学实验装置，包括气-固流态化系统及计算机辅助系统，其特征在于：所述气-固流态化系统是由压缩机（1）将气体输送至气体缓冲罐（3），缓冲后的气体由放空阀（2）排放至液封装置（7）中，或由压差计（5）测压，通过计前阀（19）和温度计（18）测温后将气体切换至转子流量计（6），并进入流化床底部，依次经过填料过滤层（16）、气体分布板（15）后进入流化床，带动石英砂（14）床层呈现流态化，流化床底部沿轴向的多个测量点测量床层空隙率和颗粒时均速度，流化床层外壁装设有上下折叠伸缩的遮光罩（11）排除外界光线对光纤信号的影响，流化床顶部密封，通过侧面出口将气体引入液封装置（7）中，计算机辅助系统由装载Windows 2000系统的计算机（12）和PV6D颗粒速度测量仪（13）构成。
2.根据权利要求1所述的环保型气-固流化床教学实验装置，其特征是：所述液封装置（7）的密封介质是砂浆、泥浆、水、油脂或者油。
3.根据权利要求1所述的环保型气-固流化床教学实验装置，其特征是：所述圆筒状流化床直径为ø 120x5 mm，高为1200 -2000mm，沿轴向筒壁安装标尺或者印制刻度线便于测量床层高度，由透明材料制成，流化床筒体的横截面是圆形、矩形、正方形、三角形或多边形，流化床筒体外形是圆柱状、圆锥状、棱柱状或棱台状。
4.根据权利要求1所述的环保型气-固流化床教学实验装置，其特征是：所述流化床筒体的流化段底部沿轴向设置有八个测量点，距分布板间距分别为 28、52、74、101、127、152、173、200 mm；将光纤探头从测量点插入流化床层，测量床层空隙率和颗粒时均速度。
5.根据权利要求1所述的环保型气-固流化床教学实验装置，其特征是：所述气体分布板是多孔陶瓷或者金属板，开孔直径为1 -10mm，开孔率为1%，板上铺设有数层不锈钢筛网防漏料。
6.根据权利要求1所述的环保型气-固流化床教学实验装置，其特征是：所述填料层是由规格为ø 6 mm的分子筛或者塑料材质的环保球堆积而成。
7.根据权利要求1所述的环保型气-固流化床教学实验装置，其特征是：所述分布板上下两端分别通过管路连接至斜管压差计两侧，与水平面呈30°，压差计指示液为水或其他液态介质；所述温度计是接触式温度计，或是非接触式温度计。
8.根据权利要求1所述的环保型气-固流化床教学实验装置，其特征是：所述光导纤维PV6D型颗粒速度测量仪是测量气-固两相流系统中的颗粒浓度和运动速度；是两束光导纤维按一定间距排列构成，其标定间距为2.29 mm；并通过USB数据线传输至装载Windows2000系统的计算机中，通过采样软件控制采样频率和采样点数量，然后将采集的信号存储于计算机工作站中。
9.根据权利要求1所述的环保型气-固流化床教学实验装置，其特征是：所述遮光罩采用上下折叠伸缩的不透光材料；将遮光罩折叠收缩至床层上部，便于观察床层流化现象并量取床层高度；将遮光罩向下拉伸至床层底部，使用光纤探头测量颗粒浓度和时均速度，便于精确测量，排除外部光线对光纤信号的影响；该遮光罩或是设计为左右开关模式。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114627703A (zh) * | 2020-12-11 | 2022-06-14 | 天津市职业大学 | 一种可视化绿色型循环流化床教学装置 |
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