CN112569876A - 一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装置，其由流体供给系统、圆柱体流化床本体、流体加热系统、电磁阀、压力和温度信息采集及数据处理系统构成，主要包括供水箱、流量计、高压柱塞泵、换热器、螺旋管加热器、脉冲电磁阀、流化床、压力传感器、热电偶、水箱、数据采集和输出终端(计算机)组成。所述的供水箱用于提供常温常压水。所述高压柱塞泵用于提高系统压力值。所述流体加热系统用于加热流体。所述计算机与热电偶及压力传感器相连，对数据信息进行后处理并将指令传达至脉冲电磁阀。所述脉冲电磁阀用于利于计算机传达的信号控制自身的阀门，使流体以脉动波的流动形式输入流化床内。本发明提供的一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装置，所涉及的设备结构简单，费用低，易于维修，可有效的改善多元颗粒流化混合过程中出现的偏析现象。
Description
本发明涉及一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装置，属 于物理实验设备技术领域。
背景技术
超临界水作为一种高温高压的流化介质，具有高扩散性、高溶解性和 良好的传质传热等物理化学性质，并且在无需干燥的条件下，可以直接 处理湿生物质。流化床具有固体颗粒混合好、传热效率高、流固接触面 积大等优点，在工业过程中得到越来越广泛的应用。在流化床的基础上 引入超临界水，可以很好地结合两者的优点解决传统管式反应器难以解 决的众多问题。然而，由于整个流化床反应器处于高温高压环境，较难 对内部复杂多相流动特性进行实时观测，所以对超临界水流化床中多元 颗粒流化阶段出现的偏析现象难以判断及处理，而这直接影响到床层流 化特性以及床内传热传质效果。关于多元颗粒在流化过程中出现的偏析 现象已有大量学者研究，得到了一系列宝贵的结论和应对的措施，但这 些结论绝大多数都是在以气体为流化介质的情况下得到，对以液体为流 化介质的情况研究甚少，在此前提下引入高温高压的超临界水，相关研 究及报道更少。
现有公开技术资料或文献未见一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临 界水流化装置。本发明提供一种在实验室规模或工业规模上防止多元颗 粒偏析的脉冲式超临界水流化装置，结构简单，设备费用低，易于维修， 且可有效的改善多元颗粒流化混合过程中出现的偏析现象。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、操作方便、成 本低、易于维护的防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装置。该套 装置可有效的防止广泛应用于能源、化工、冶金、建筑等领域的多元颗 粒在超临界水流化床流化阶段出现的偏析现象，以此获得良好的流化效 果。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明涉及一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装置，其 由流体供给系统、圆柱体流化床本体、流体加热系统、电磁阀、压力和 温度信息采集及数据处理系统构成，主要包括供水箱、流量计、高压柱 塞泵、换热器、螺旋管加热器、脉冲电磁阀、流化床、压力传感器、 热电偶、水箱、数据采集和输出终端(计算机)组成。所述的供水箱用 于提供常温常压水。所述高压柱塞泵用于提高系统压力值。所述流体加 热系统用于加热流体。所述计算机与热电偶及压力传感器相连，对数据 信息进行后处理并将指令传达至脉冲电磁阀。所述脉冲电磁阀用于利于 计算机传达的信号控制自身的阀门，使流体以脉动波的流动形式输入流 化床内。本发明提供的一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装 置，所涉及的设备结构简单，费用低，易于维修，可有效的改善多元颗 粒流化混合过程中出现的偏析现象。
如上所述的考虑一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装 置，其特征在于，供水箱提供系统所需的常温常压的水，流化床本体以 及内部静置的多元颗粒都处于常温状态。
如上所述的考虑一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装 置，其特征在于，所述的过滤器是用于阻挡并排出流体中微小颗粒，防 止管道堵塞。
如上所述的考虑一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装 置，其特征在于，所述的流化床竖直放置，外层包覆保温棉，流化颗粒 为不同粒径大小的石英砂，两端采用垫片法兰密封，并且下端布有布风 板，顶端装有过滤板阻挡颗粒流出。
如上所述的考虑一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装 置，其特征在于，所述压差传感器有三个，分别布置在流化床竖直方 向。
如上所述的考虑一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装 置，其特征在于，所述脉冲电磁阀能适用于高温高压的超临界水流体介 质，两端通电线圈可根据接收到的电流大小调节磁力的大小，从而改变 中间阀体的位置，可使中间阀体的机械运动。
如上所述的考虑一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装 置，其特征在于，所述脉冲电磁阀内部有密闭的腔室，在不同的位置开 有多个通孔，每个孔连接不同的管，且每个孔直径大小不一。可通过控 制内部阀体的移动实现不同孔的开闭，以此实现流体流速随阀体的移动 而改变。
如上所述的考虑一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装 置，其特征在于，床层内多元颗粒的颗粒等效粒径会通过手动输入至计 算机，通过现有的理论计算公式计算出临界流化速度。
如上所述的考虑一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装 置，其特征在于，所述热电偶测得床层内不同位置的温度，并将其传输 至数据采集终端，对温度场分布进行理论分析，进而判断床层内的多元 颗粒是否存在偏析，从而通过数据终端输出信号至脉冲电磁阀，进而调 节流体的脉动频率以及脉动速度。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明结构简单、成本低、操作方便、易于维护、可循环；本发明 可以通过实时检测床层内的温度分布信息，并通过计算机对此信息的分 析判断是否床层内部出现了偏析现象，进而输出一个包含对应的电流大 小信息的信号至脉冲电磁阀，从而输出拥有周期性流速的超临界水，改 变床层内流体以及多元颗粒原有的流动轨迹，可对偏析的颗粒造成流体 扰动，从而改善流化质量。
附图说明
图1为本发明装置的整体结构工艺示意图。
图2为本发明装置防止偏析的示意图。
【附图标记说明】
1：供水箱；
2：高压柱塞泵；
3：阀门；
4：流量计；
5：流体流动方向；
6：数据采集器；
7：计算机；
8：压力传感器；
9：流化床；
10：过滤器；
11：换热器；
12：热电偶；
13：冷却器；
14：电流流动方向；
15：多元颗粒；
16：背压阀；
17：加热器；
18：脉冲电磁阀。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明包括供水箱1、高压柱塞泵2、阀门3、流量计 4、流体流动方向5、数据采集器6、计算机7、压力传感器8、流化床 9、过滤器10、换热器11、热电偶12、冷却器13、电流流动方向14、多 元颗粒15、背压阀16、加热器17和脉冲电磁阀18。
通过供水箱1提供系统常温常压流体，供水箱1出口依次连接高压 柱塞泵2和流量计3管控系统中的流体压力和流量大小，连接换热器10 和加热器17，两者配合提供高温流体，连接脉冲电磁阀18通过对流体周 期性的管控，将流体输入流化床9，而流出流化床9后的流体经过冷却降 压回到供水箱1。
本发明的考虑一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装置， 包括如下步骤：
1.按说明书附图1将实验装置组装就绪，多元颗粒随机堆积于流化 床内，将整个循环系统开启；
2.开启电脑以及连接压力传感器和热电偶的线路，在固定床阶段 (如图2a)，通过输入初始状态下多元颗粒等效粒径至计算机，计算机 分析计算出理论临界流化速度，并选定一个恰当小于理论临界流化速度 的初始速度转换为管控脉冲电磁阀输入电流大小的电信号。脉冲电磁阀 接收到信号，电流通过阀两端的通电线圈，产生磁力吸引中间阀体的移动，进而改变了通流的孔，从而达到流速随时间变化而增大，使床层更 快流化；
3.监控流化床内不同位置的温度变化，将流化床内的温度信息导 入计算机，通过计算机对温度场分布出现的奇异点的判断，进一步判断 是否存在偏析现象，从而输出恰当电流信号，脉冲电磁阀接收到信号， 电流通过阀两端的通电线圈，产生磁力吸引中间阀体的移动，进而改变 了通流的孔，从而达到流速随时间变化而变化，并且通过计算机对调电信号中的正负极控制两端线圈，可实现中间阀体来回反复性运动，从而 实现周期性的流速。通过计算机调控电信号中的电流大小控制两端线圈 的通电量，可实现中间阀体运动的快慢，从而调控脉动频率大小。以此 改变原有颗粒和流体的运动轨迹，并对偏析的颗粒进行再次混合，减少 偏析，提高混合指数，增加颗粒停留时间，提升超临界水流化质量。如 图2b表示流化床在正常的操作条件下，二元颗粒产生偏析的现象，即大 颗粒主要堆积于床层底部，小颗粒聚集在上部。图2c表示在流速改变为 脉冲式形式的情况下，呈现出大小颗粒再次混合的状态，大小颗粒相对 均匀的分布在床层的下部与上部。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它 形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变 更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内 容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何的简单修改、等同 变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.如权利要求1所述的一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装置，其特征在于，供水箱提供系统所需的常温常压的水，流化床本体以及内部静置的多元颗粒都处于常温状态。
2.如权利要求1所述的一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装置，其特征在于，所述的过滤器是用于阻挡并排出流体中微小颗粒，防止管道堵塞。
3.如权利要求1所述的一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装置，其特征在于，所述的流化床竖直放置，外层包覆保温棉，流化颗粒为不同粒径大小的石英砂，两端采用垫片法兰密封，并且下端布有布风板，顶端装有过滤板阻挡颗粒流出。
4.如权利要求1所述的一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装置，其特征在于，所述压力传感器有三个，分别布置在流化床竖直方向。
5.如权利要求1所述的一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装置，其特征在于，所述脉冲电磁阀能适用于高温高压的超临界水流体介质，两端通电线圈可根据接收到的电流大小调节磁力的大小，从而改变中间阀体的位置，可使中间阀体产生机械运动。并且安装在流化床的床底正下方。
6.如权利要求1所述的一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装置，其特征在于，所述脉冲电磁阀内部有密闭的腔室，在不同的位置开有多个通孔，每个孔连接不同的管，且每个孔直径大小不一。可通过控制内部阀体的移动实现不同孔的开闭，以此实现流体流速随阀体的移动而改变。
7.如权利要求1所述的一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装置。其特征在于，床层内多元颗粒的颗粒等效粒径会通过手动输入至计算机，通过现有的理论计算公式计算出临界流化速度。
8.如权利要求1所述的一种防止多元颗粒偏析的脉冲式超临界水流化装置，其特征在于，所述热电偶测得床层内不同位置的温度，并将其传输至数据采集终端，对温度场分布进行理论分析，进而判断床层内的多元颗粒是否存在偏析，从而通过数据终端输出信号至脉冲电磁阀，进而调节流体的脉动频率以及脉动速度。
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