CN117225298B - 一种基于移动床反应器的固态原料投放系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及进料装置技术领域，尤其涉及一种基于移动床反应器的固态原料投放系统，包括：筛分模块，其用以将物料筛分为不同粒径的若干物料组；缓冲模块，用以分别接收各物料组，调节不同物料组的输出量和投放速度；反应监测模块，其设置于移动床反应器内部，用以检测移动床反应器内部的气压；投放控制模块，其根据反应监测模块检测的气压控制缓冲模块输出的物料和对应的输出量。通过筛分模块分别筛分出粒径较大物料、粒径较小物料和标准粒径的物料，通过对粒径较大物料和粒径较小物料的输出增加或减少移动床反应器内固体物料的缝隙面积，使反应过程中保持在一个理想的气压环境下，进而有效提高了投料的精准性。

Description

一种基于移动床反应器的固态原料投放系统

技术领域

本发明涉及进料装置技术领域，尤其涉及一种基于移动床反应器的固态原料投放系统。

背景技术

移动床反应器是一种用于实现气固相反应或液固相反应的反应器。它通过在反应器顶部连续加入固体反应物或催化剂，随着反应的进行，固体物料逐渐向底部移动，并最终从底部连续卸出。同时，流体从底部向上（或从顶部向下）通过固体床层进行反应。

中国专利申请号：CN201810716009.0公开了一种固体自动投料系统，属于生产设备领域，包括进料仓、粉碎仓、出料仓、以及反应釜；还包括粉碎机构、计量传感器、控制器；进料仓、粉碎仓、以及出料仓相连通，出料仓通过管道与反应釜相连通；进料仓与粉碎仓连接处固定设有第一阀门；粉碎仓与出料仓连接处固定设有过滤网，出料仓的出料口端固定设有第二阀门；第一阀门、第二阀门、计量传感器分别与控制器电连接；粉碎机构包括驱动电机、驱动轴、粉碎刀片；粉碎刀片环绕固定在驱动轴上。该发明通过控制器能够实现自动称重和投料，具有投料精度高、减少人工操作带来的失误以及人工成本，以及高效处理的作用。

但是，上述装置存在以下问题：对于移动床反应器进行气固相反应的过程，缺乏对物料投放动能和气固反应压力稳定监测和控制，进而导致投料系统的投放的精准性较低。

发明内容

为此，本发明提供一种基于移动床反应器的固态原料投放系统，用以克服现有技术中对于移动床反应器进行气固相反应的过程，缺乏对物料投放动能和气固反应压力稳定监测和控制，进而导致投料系统的投放的精准性较低的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于移动床反应器的固态原料投放系统，包括：

筛分模块，其用以将物料筛分为不同粒径的若干物料组；

缓冲模块，其与所述筛分模块连接，用以分别接收各物料组，调节不同物料组的输出量和投放速度；

反应监测模块，其设置于所述移动床反应器内部，用以检测移动床反应器内部的气压；

投放控制模块，其分别与所述缓冲模块和所述反应监测模块连接，用以根据所述反应监测模块检测的气压控制所述缓冲模块输出的物料和对应的输出量。

进一步地，所述缓冲模块包括凸曲面下落区、凹曲面下落区和直曲面下落区，以及与各下落区对应的若干缓冲单元；

其中，所述直曲面下落区与物料接触的表面为倾斜直线延周向扫描构成的曲面，所述凸曲面下落区与物料接触的表面为外凸曲线延周向扫描构成的曲面，所述凹曲面下落区与物料接触的表面为内凹曲线延周向扫描构成的曲面。

进一步地，所述筛分模块包括；

一级筛分单元，用以从投入料中筛分出第二物料组并将留存的物料作为第一物料组输出至所述凹曲面下落区对应的缓冲单元；

二级筛分单元，用以接收所述第二物料组并从中筛分出第三物料组，并将留存的物料输出至所述直曲面下落区对应的缓冲单元，将第三物料组输出至所述凸曲面下落区对应的缓冲单元；

其中，所述第一物料组的平均粒径大于所述第二物料组的平均粒径大于所述第三物料组的平均粒径。

进一步地，所述缓冲模块还包括摩擦系数不同的若干覆盖基布，覆盖基布覆盖于各下落区的表面，所述投放控制模块通过更换覆盖基布调节投放速度。

进一步地，所述反应监测模块包括；

第一监测单元，用以确定经过的气体的气压，设置于移动床反应器内的第一高度；

第二监测单元，其功能与所述第一监测单元相同，设置于所述移动床反应器内的第二高度；

其中，所述第一高度大于所述第二高度。

进一步地，所述投放控制模块对于物料的首次投放，控制所述直曲面下落区对应的缓冲单元输出对应的物料。

进一步地，所述投放控制模块在反应进程中，通过比对所述第一监测单元和所述第二监测单元的气压控制所述凸曲面下落区或所述凹曲面下落区进行物料的投放；

其中，所述投放控制模块响应于第一反应条件控制所述凸曲面下落区对应的缓冲单元输出物料，并根据各监测单元的气压确定物料的第一输出量；

所述第一反应条件满足所述第一监测单元的气压小于目标反应气压，所述第一输出量与各监测单元的气压成负相关。

进一步地，所述投放控制模块响应于第二反应条件控制所述凹曲面下落区对应的缓冲单元输出物料，并根据各监测单元的气压确定物料的第二输出量；

所述第二反应条件满足第一监测单元的气压和第二监测单元的气压均大于所述目标反应气压，所述第二输出量与各监测单元的气压成正相关。

进一步地，所述投放控制模块响应于第三反应条件判定将所述凹曲面下落区的覆盖基布取下后控制对应的缓冲单元输出物料；

所述第三反应条件满足所述第一监测单元的气压大于所述目标反应气压且所述第二监测单元的气压小于目标反应气压。

进一步地，所述投放控制模块在投放的物料中加入惰性示踪物料，通过在移动床反应器的输出口检测惰性示踪物料的输出速度判定所述反应监测模块的故障状态；

其中，所述投放控制模块在所述输出速度处于预设速度区间外时判定所述反应监测模块存在故障。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过筛分模块分别筛分出粒径较大物料、粒径较小物料和标准粒径的物料，通过对粒径较大物料和粒径较小物料的输出增加或减少移动床反应器内固体物料的缝隙面积，进而对气固相反应的气压进行调节，使反应过程中保持在一个理想的气压环境下，提高反应效果，且对不同粒径的物料设置不同的下落区，凸曲面下落区能有效增大粒径较小物料的投放速度，而凹曲面输出面能够有效减小粒径较大的物料的投放速度，避免投放速度过高导致物料间撞击动能过高对反应造成的影响，对标准粒径的选择直曲面下落区输出，利用下落区表面的摩擦力和结构能够有效平衡不同粒径到达移动床反应器的动能，进而有效提高投料的稳定性，进而有效提高了投料的精准性。

进一步地，本发明覆盖基布能够更换为多种摩擦系数，实现对不同种类物料的投放速度控制，且简单有效，进而提高了投料系统的泛用性。

进一步地，本发明通过设置第一监测单元和第二监测单元监测移动床内部的气压，若上方气压较低，填充粒径较小的物料以增大气压，若整体气压较高，填充粒径较大的物料以增加缝隙量进而减小气压，若上方气压较高下方气压较低，说明移动床上方存在物料的迟滞，通过撤掉覆盖基布减少动能损失，并通过粒径较大的物料以较高动能的冲击对上方迟滞的物料进行动力辅助以消除迟滞现象，进一步提高了投料的精准性。

进一步地，本发明通过设置惰性示踪物料，其不参与反应进程，但能对物料在移动床内的传输状态进行检测，极微小物料对于反应监测模块的气压检测功能存在影响，容易引起其故障，通过惰性示踪物料的检测避免了反应监测模块故障造成的物料盲目投放，进一步提高了投料的精准性。

附图说明

图1为本发明基于移动床反应器的固态原料投放系统的结构框图；

图2为本发明实施例固态原料投放系统的工作示意图；

图3为本发明实施例的缓冲模块下落器的结构示意图；

图4为本发明实施例的缓冲模块下落区的俯视图；

图5为本发明实施例倾斜直线示意图；

图6为本发明实施例外凸曲线示意图；

图7为本发明实施例内凹曲线示意图；

图中，1，一级筛分单元；2，二级筛分单元；3，第二缓冲单元；4，直曲面下落区；5，第一监测单元；6，第二监测单元；7，第一缓冲单元；8，凹曲面下落区；9，移动床反应器输入口；10，移动床反应器；11，移动床反应器输出口；12，凸曲面下落区；13，下落口；14，倾斜直线；15，外凸曲线；16，内凹曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本发明基于移动床反应器的固态原料投放系统的结构框图，一种基于移动床反应器的固态原料投放系统，包括；

筛分模块，其用以将物料筛分为不同粒径的若干物料组；

缓冲模块，其与筛分模块连接，用以分别接收各物料组，调节不同物料组的输出量和投放速度；

反应监测模块，其设置于移动床反应器内部，用以检测移动床反应器内部的气压；

投放控制模块，其分别与缓冲模块和所述反应监测模块连接，用以根据反应监测模块检测的气压控制缓冲模块输出的物料和对应的输出量。

通过筛分模块分别筛分出粒径较大物料、粒径较小物料和标准粒径的物料，通过对粒径较大物料和粒径较小物料的输出增加或减少移动床反应器内固体物料的缝隙面积，进而对气固相反应的气压进行调节，使反应过程中保持在一个理想的气压环境下，提高反应效果，且对不同粒径的物料设置不同的下落区，凹曲面输出面能够有效减小粒径较大的物料的投放速度，避免投放速度过高导致物料间撞击动能过高对反应造成的影响，对标准粒径的选择直曲面下落区输出，利用下落区表面的摩擦力和结构能够有效平衡不同粒径到达移动床反应器的动能，进而有效提高投料的稳定性，进而有效提高了投料的精准性。

可以理解的是，本发明投料系统仅适用于气固相反应的移动床发生器。

请结合图2和图3参阅图4所示，图2为本发明实施例固态原料投放系统的工作示意图，图3为本发明实施例的缓冲模块下落区的结构示意图；图4为本发明实施例的缓冲模块下落区的俯视图，缓冲模块包括凸曲面下落区12、凹曲面下落区8和直曲面下落区4，以及与各下落区对应的若干缓冲单元，可以理解的是，图2为剖面图，为简化说明，其仅示出了凹曲面下落区8对应的第一缓冲单元7和直曲面下落区4对应的第二缓冲单元3；

请参阅图5-7所示，其分别为本发明实施例倾斜直线示意图、本发明实施例外凸曲线示意图和本发明实施例内凹曲线示意图，直曲面下落区4与物料接触的表面为倾斜直线14延周向扫描构成的曲面，凸曲面下落区与物料接触的表面为外凸曲线15延周向扫描构成的曲面，凹曲面下落区与物料接触的表面为内凹曲线16延周向扫描构成的曲面。

请继续结合图4参阅图2所示，筛分模块包括；

一级筛分单元1，用以从投入料中筛分出第二物料组并将留存的物料作为第一物料组输出至凹曲面下落区对应的缓冲单元；

二级筛分单元2，用以接收第二物料组并从中筛分出第三物料组，并将留存的物料输出至直曲面下落区对应的缓冲单元，将第三物料组输出至凸曲面下落区对应的缓冲单元；各缓冲单元的物料均经由下落口13从移动床反应器输入口9进入移动床反应器10。

其中，第一物料组的平均粒径大于第二物料组的平均粒径大于第三物料组的平均粒径。

可以理解的是，平均粒径为各物料组中物料颗粒最大外径的平均值。

可选的，单个筛分单元包括筛框、筛板和输出机构，筛框采用不锈钢材质，呈圆柱体结构，便于更换组装。筛板采用不同孔径的网孔状不锈钢板，层叠设置于筛框内。筛框通过电机带动摆动，使物料在筛板上移动，依次过筛，实现粒度分选。

且第一筛分单元筛网的孔径大于第二筛分单元。

具体而言，缓冲模块还包括摩擦系数不同的若干覆盖基布，覆盖基布覆盖于各下落区的表面，投放控制模块通过更换覆盖基布调节投放速度。覆盖基布能够更换为多种摩擦系数，实现对不同种类物料的投放速度控制，且简单有效，进而提高了投料系统的泛用性。

在实施中，覆盖基布包括以下材料中的三种以上：

聚乙烯塑料织物，摩擦系数：0.25，摩擦力较小，用于快速流动的颗粒物料。

不织布毛毡，摩擦系数：0.3-0.5，具有一定缓冲性，用于中等流动速度的粉料。

抗磨棉麻混纺织物，摩擦系数0.6，耐磨性好，用于包括刺激性粉料的慢速流动。

硅橡胶复合织物，摩擦系数：0.8，高摩擦力，用于需要严格控制流速的颗粒和粉料。

玻璃丝织物，摩擦系数：0.1-0.3，低摩擦力，用于流动性强的细粉料。

请继续参阅图2所示，反应监测模块包括；

第一监测单元5，用以确定经过的气体的气压，设置于移动床反应器内的第一高度；

第二监测单元6，其功能与第一监测单元相同，设置于移动床反应器内的第二高度；

其中，第一高度大于第二高度。

可选的，单个监测单元为通过结构件固定在移动床反应器内部的气压传感器，传感器输出的电压信号传至控制器，转换为压力数值。

具体而言，投放控制模块对于物料的首次投放，控制直曲面下落区对应的缓冲单元输出对应的物料。

具体而言，投放控制模块在反应进程中，通过比对第一监测单元和第二监测单元的气压控制凸曲面下落区或凹曲面下落区进行物料的投放；

其中，投放控制模块响应于第一反应条件控制凸曲面下落区对应的缓冲单元输出物料，并根据各监测单元的气压确定物料的第一输出量；

第一反应条件满足第一监测单元的气压小于目标反应气压，第一输出量与各监测单元的气压成负相关。

可选的，第一输出量N1根据式（1）确定，

，

其中，P1为第一监测单元的气压，P2为第二监测单元的气压，P0为目标反应气压，N0为直曲面下落区输出物料的质量。为体积转换系数，其根据移动床反应器的体积确定。

可以理解的是，输出量的单位为质量，投料模式为间歇投料，且第一输出量和第二输出量针对的是单次投料的输出量。

具体而言，投放控制模块响应于第二反应条件控制凹曲面下落区对应的缓冲单元输出物料，并根据各监测单元的气压确定物料的第二输出量；

第二反应条件满足第一监测单元的气压和第二监测单元的气压均大于目标反应气压，第二输出量与各监测单元的气压成正相关。

可选的，第二输出量N2根据式（2）确定，

，

具体而言，投放控制模块响应于第三反应条件判定将凹曲面下落区的覆盖基布取下后控制对应的缓冲单元输出物料；

第三反应条件满足第一监测单元的气压大于目标反应气压且第二监测单元的气压小于目标反应气压。

在实施中，目标反应气压根据应用场景设定，满足在其余变量不变的情况下，在该目标反应气压下，气固相反应产生的非目标产物的量最少即可。

可以理解的是，对于除第一反应条件、第二反应条件和第三反应条件的监测结果，不进行凹曲面下落区和凸曲面下落区的对应的缓冲单元的物料输出。

请继续参阅图2所示，投放控制模块在投放的物料中加入惰性示踪物料，通过在移动床反应器输出口11处检测惰性示踪物料的输出速度判定反应监测模块的故障状态；

其中，投放控制模块在输出速度处于预设速度区间外时判定反应监测模块存在故障。

可选的，惰性示踪物料为性质稳定、不参与反应且颜色与物料不同的小粒径陶瓷微球，其与固体原料一起投放至反应器内。通过输出端检测微球物料流量变化，监测传输状态。

可以理解的是，预设速度区间，可以根据实际工况、场景设置为其他值，或者设置为可变化的若干确定值，只需能够满足判定要求即可，在此不再赘述。可选的，预设速度区间为闭区间，其最大值为移动床反应器工作正常的状态下出现的最大物料输出速度，最小值为移动床反应器工作正常的状态下出现的最小物料输出速度，最大物料输出速度和最小物料输出速度根据历史数据设置；在实施中，历史数据可以设置为能够表现出移动床反应器的物料输出速度的统计学特征的任意时长内的最大物料输出速度和最小物料输出速度的数据，特别的，历史数据与当前的时间间隔不应大于50个自然日，且持续时长不应低于90个自然日或超过200个自然日。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于移动床反应器的固态原料投放系统，其特征在于，包括；

筛分模块，其用以将物料筛分为不同粒径的若干物料组；

缓冲模块，其与所述筛分模块连接，用以分别接收各物料组，调节不同物料组的输出量和投放速度；

反应监测模块，其设置于所述移动床反应器内部，用以检测移动床反应器内部的气压；

投放控制模块，其分别与所述缓冲模块和所述反应监测模块连接，用以根据所述移动床反应器内部的气压控制所述缓冲模块输出的物料和对应的输出量；

所述缓冲模块包括凸曲面下落区、凹曲面下落区和直曲面下落区，以及与各下落区对应的若干缓冲单元；

其中，所述直曲面下落区与物料接触的表面为倾斜直线延周向扫描构成的曲面，所述凸曲面下落区与物料接触的表面为外凸曲线延周向扫描构成的曲面，所述凹曲面下落区与物料接触的表面为内凹曲线延周向扫描构成的曲面；

所述缓冲模块还包括摩擦系数不同的若干覆盖基布，覆盖基布覆盖于各下落区的表面，所述投放控制模块通过更换覆盖基布调节投放速度；

所述筛分模块包括；

一级筛分单元，用以从投入料中筛分出第二物料组并将留存的物料作为第一物料组输出至所述凹曲面下落区对应的缓冲单元；

二级筛分单元，用以接收所述第二物料组并从中筛分出第三物料组，并将留存的物料输出至所述直曲面下落区对应的缓冲单元，将第三物料组输出至所述凸曲面下落区对应的缓冲单元；

其中，所述第一物料组的平均粒径大于所述第二物料组的平均粒径，所述第二物料组的平均粒径大于所述第三物料组的平均粒径

所述反应监测模块包括；

第一监测单元，用以确定经过的气体的气压，设置于移动床反应器内的第一高度；

第二监测单元，其功能与所述第一监测单元相同，设置于所述移动床反应器内的第二高度；

其中，所述第一高度大于所述第二高度；

所述投放控制模块对于物料的首次投放，控制所述直曲面下落区对应的缓冲单元输出对应的物料；

所述投放控制模块在反应进程中，通过比对所述第一监测单元和所述第二监测单元的气压控制所述凸曲面下落区或所述凹曲面下落区进行物料的投放；

其中，所述投放控制模块响应于第一反应条件控制所述凸曲面下落区对应的缓冲单元输出物料，并根据各监测单元的气压确定物料的第一输出量；

所述第一反应条件满足所述第一监测单元的气压小于目标反应气压，所述第一输出量与各监测单元的气压成负相关；

所述投放控制模块响应于第二反应条件控制所述凹曲面下落区对应的缓冲单元输出物料，并根据各监测单元的气压确定物料的第二输出量；

所述第二反应条件满足第一监测单元的气压和第二监测单元的气压均大于所述目标反应气压，所述第二输出量与各监测单元的气压成正相关；

所述投放控制模块响应于第三反应条件判定将所述凹曲面下落区的覆盖基布取下后控制对应的缓冲单元输出物料；

所述第三反应条件满足所述第一监测单元的气压大于所述目标反应气压且所述第二监测单元的气压小于目标反应气压。

2.根据权利要求1所述的基于移动床反应器的固态原料投放系统，其特征在于，所述投放控制模块在投放的物料中加入惰性示踪物料，通过在移动床反应器的输出口检测惰性示踪物料的输出速度判定所述反应监测模块的故障状态；

其中，所述投放控制模块在所述输出速度处于预设速度区间外时判定所述反应监测模块存在故障。