CN206535529U - 一种声场喷动流化床装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种声场喷动流化床装置，结构包括供气装置、流化床和声波发生装置；所述供气装置由空气压缩机、空气过滤器、空气干燥器和第一空气转子流量计、第二空气转子流量计组成；所述流化床包括圆柱形床体、分布板、喷嘴、进气口、尾气出口、进料口和出料口组成，床体外侧壁上安装有用于测定颗粒浓度与速度的颗粒浓度和速度计及测定床层压降的压力变送器；所述声波发生装置由声波数字信号发生器、声波调节器、扬声器、扩大管和固定于立式床体顶部的波导管组成；本装置适用于粘附性较强的超细粉的流化，减少或消除流化中的节涌、沟流等不良现象，减小聚团尺寸，提高超细粉的流化质量；装置结构简单，操作容易，适应性强。

Description

一种声场喷动流化床装置

技术领域

本实用新型属于超细粉气固流态化领域，具体涉及一种流化床装置。

背景技术

超细粉通常是指粒径在1～1000nm范围内，由数目较少的原子或分子组成的固体颗粒，其原子或分子在热力学上处于亚稳定状态，由于表面效应、体积效应和久保(R.Kubo)效应，使得超细粉在保持原物质化学性质的同时，在磁性、光吸收、热阻、化学活性、催化和熔点等方面表现出毫米级材料所不具备的诸多优异性能，广泛应用于宇航、电子、冶金、化工、生物和医学等众多工业领域。

流态化技术是研究和处理工业过程中固体颗粒与气液相之间的混合、传质、传热及化学反应的多相流技术。利用流化床反应器将颗粒悬浮于流体中并使其激烈运动，进而使颗粒产生类似液体的自由流动性，从而大大强化物质的扩散过程，提高反应速率。流态化技术作为一种强化气固接触的手段，自本世纪40年代初石油流化催化裂化工艺开发成功以来，其应用研究取得了重大进展，迄今已渗透到石油、化工、原子能、环保等工农业生产的各个领域，并已成为颗粒和粉体的制备、加工、改性、输送以及改善催化反应的有效手段。

根据Geldart分类法，超细粉属于C类颗粒，这类颗粒由于粘附性强，流化时易形成沟流、节涌，难以实现平稳流化。因此如何改善这类颗粒的流化质量成为研究的热点。现有改善C类颗粒流化质量的方法主要有三类：第一类是优化床层结构设计，如增加一些床层附件；第二类是采用添加粗颗粒的方法来改变粉体结构特性以改善其流化质量；第三类是向流化床引入各种外力场，利用附加能量来削弱粒子间的粘附以改善其流化质量。优化床层设计有助于消除节涌，抑制沟流，但在实际的应用中，只能从宏观上改善超细粉的流化质量，无法显著降低颗粒的聚团尺寸，也不能抑制底部大聚团堆积的现象。添加粗颗粒或者颗粒表面改性的方法可以从源头上改善超细粉的流化特性，但是只适用于对颗粒成分和纯度要求不高的场合，对于不允许掺杂其它颗粒、或者颗粒作为催化剂要求表面不能改性的情况不适用。因此添加粗颗粒或者颗粒表面改性的方法在实际生产中受到了很大的限制。引入外力场可以减少沟流和节涌的发生，减小聚团尺寸，降低最小流化速度，改善超细粉的流化质量。但磁场只对铁磁性颗粒（或参入少量铁磁性颗粒的混合颗粒）有效，对非铁磁性颗粒则无效。与磁场相比，机械振动和声波具有不受颗粒物性限制，适用范围更广的优点，但对粘附性较强、密度又较大的超细粉，如TiO₂和CaCO₃等，即使在较高的振动强度和声压水平下，仍需要很高的气速才能使其完全流化，带出严重，流化质量的改善不明显。以上所述表明，通过优化床层设计、添加组分或引入外力场可以改善粘附性相对较弱的超细粉的流化质量，但对粘附性较强的超细粉效果不明显，而这类颗粒往往又是很常用的，如TiO₂和CaCO₃等，因此，如何改善这类颗粒的流化质量成了人们关注的焦点。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种声场喷动流化床装置，以用于粘附性较强的超细粉的流化，减少或消除流化中的节涌、沟流等不良现象，减小聚团尺寸，提高超细粉的流化质量。

本实用新型所述声场喷动流化床装置，结构包括供气装置、流化床和声波发生装置；所述供气装置由空气压缩机、空气过滤器、空气干燥器和第一空气转子流量计、第二空气转子流量计组成，所述空气压缩机的出气口通过管路与空气过滤器的进气口连通，空气过滤器的出气口通过管路与空气干燥器的进气口连通，空气干燥器的出气管路设置为两个分支管路，将气路分为流化气支路和喷动气支路，所述第一空气转子流量计、第二空气转子流量计分别安装在两个分支管路上；所述流化床包括圆柱形床体、分布板；所述床体的底板中心设置有用于与供气装置的喷动气支路的出气管口相接的喷嘴，床体底部侧壁上设置有用于与供气装置的流化气支路的出气管口相接的进气口；所述分布板为中空的倒圆锥体，安装在床体内底板上，圆锥顶部与床体的喷嘴相通，圆锥底部边缘与床体内侧壁贴合，分布板的上边缘的水平高度高于床体侧壁上的进气口的水平高度，分布板的板面上设置有若干供流化气流通的小孔；床体上部侧壁上设置有尾气出口和进料口，床体下部侧壁，位于分布板底部边缘的水平高度之上，设置有出料口，床体内侧壁和分布板上部区域之间形成环隙区；所述声波发生装置由声波数字信号发生器、声波调节器、扬声器、扩大管和安装于圆柱形床体顶部的波导管组成；所述波导管左端通过阀栏固定于流化床床体顶部，右端通过阀栏与扩大管相连；所述声波调节器通过信号导线与声波数字信号发生器连接，扬声器通过信号导线与声波调节器连接。

上述声场喷动流化床装置，床体外侧壁上安装有用于测定颗粒浓度与速度的颗粒浓度和速度计及用于测定床层压降的压力变送器；所述颗粒浓度和速度计设置有两个探头，分别穿过不同水平高度的床体侧壁伸入流化床中；所述压力变送器为智能压力变送器，在流化床床体上设置有两个测压点，其中一个测压点设置在床体底部侧壁上，另一个测压点设置在床体进料口下方侧壁上。

上述声场喷动流化床装置，在流化床床体上部外侧壁上安装有用于实时监测声波信号的声波信号分析仪。

上述声场喷动流化床装置，流化床床体的尾气出口套有用于尾气除尘的布袋。

上述声场喷动流化床装置，分布板上覆盖有一层用于防止超细粉颗粒沿分布板上的小孔漏出的滤布。

上述声场喷动流化床装置，流化床床体顶部通过阀栏固定了防止颗粒冲击对扬声器造成损坏的波导管，波导管右端通过扩大管与扬声器对接。

本实用新型所述声场喷动流化床装置工作流程：开启空气压缩机，压缩空气经空气过滤器与空气干燥器后分为喷动气和流化气两股，两股气体流量可通过对应的转子流量计单独调节。同时打开声波发生器，产生的声场经声波调节器调节声压级40-150dB、声波频率0-140Hz和波形，经扬声器通过扩大管和波导管后辐射引入流化床；将超细粉通过床体的进料口加入，流化气经第一空气转子流量计调节气体流量后经分布板的小孔进入流化床中；喷动气经第二空气转子流量计调节气体流量后通过喷嘴进入流化床。喷动气和流化气穿透经过床层中的超细粉颗粒，带动颗粒循环流化后，尾气通过流化床床体上部的气体出口经布袋除尘后排空。床体内下部的超细粉由喷动气夹带向上在中心形成颗粒浓度较低的喷动区，同时高速射流将较大的聚团打碎成小聚团，在流化床上部气流减速形成喷泉，颗粒落入环隙区，在环隙区被流化气流化同时向下移动到喷嘴附近，被喷动气再次夹带，从而使颗粒在环隙区流化并在环隙区与喷动区之间形成连续稳定的循环；流化过程中通过压力变送器、颗粒浓度和速度计、声波信号分析仪对流化床床体中的床层压降、颗粒浓度和速度及声波信号进行实时监测。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

（1）本实用新型为超细粉的流化提供了一种新的流化装置，特别适用于流化粘附性较强的超细粉；

（2）本实用新型所述声场喷动流化床装置将声波引入喷动流化床，声振动和声湍流效应有利于促进颗粒分散，抑制沟流与节涌，实现粘附性颗粒的稳定流化，同时通过喷动气和流化气的协调配合，利用喷动气高速射流的破碎作用和紊流效应，使较大的聚团被打碎成小聚团，使之在环隙区流化气和声波作用下，实现颗粒均一稳定的流化，解决了由于粘附性较强而难以均匀流化，发生节涌、沟流等不良现象的问题，进一步改善超细粉的流化质量；

（3）本实用新型所述声场喷动流化床装置结构简单，操作容易，适应性强。

附图说明

图1为本实用新型所述声场喷动流化床装置的结构示意图。

图2为本实用新型所述声场喷动流化床装置的分布板展开示意图。

图中，1—空气压缩机，2—空气过滤器，3—空气干燥器，4—第一空气转子流量计，5—第二空气转子流量计，6—进气口，7—分布板，8—床体，9—声波信号分析仪，10—布袋，11—尾气出口，12—阀栏，13—波导管，14—阀栏，15—扩大管，16—扬声器，17—声波调节器，18—声波数字信号发生器，19—进料口，20—环隙区，21—出料口，22—颗粒浓度和速度计，23—压力变送器，24—喷嘴。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本实用新型所述声场喷动流化床装置作进一步说明。

实施例

本实施例中，声场喷动流化床装置结构如图1、图2所示，包括供气装置、流化床和声场装置；所述供气装置由空气压缩机1、空气过滤器2、空气干燥器3、第一空气转子流量计4、第二空气转子流量计5组成，所述空气压缩机的出气口通过管路与空气过滤器的进气口连通，空气过滤器的出气口通过管路与空气干燥器的进气口连通，空气干燥器的出气管路设置为两个分支管路，将气路分为流化气支路和喷动气支路，所述第一空气转子流量计、第二空气转子流量计分别安装在两个分支管路上；所述流化床包括立柱式床体8、分布板7；所述床体的底板中心设置有用于与供气装置的喷动气支路的出气管口相接的喷嘴24，床体底部侧壁上设置有用于与供气装置的流化气支路的出气管口相接的进气口6，所述分布板为中空的倒圆锥体，安装在床体底板内，圆锥顶部与床体的喷嘴相通，圆锥底部边缘与床体内侧壁贴合，分布板的上边缘的水平高度高于床体侧壁上的进气口的水平高度，分布板的板面上设置有若干供流化气流通的小孔；床体上部侧壁上设置有尾气出口11和进料口19，床体下部侧壁，位于分布板底部边缘的水平高度之上，设置有出料口21。流化床床体由厚度为5 mm，内径120 mm，高1200 mm的有机玻璃制成；喷嘴直径为3 mm；分布板锥角90°，开孔率3.7%，孔径1 mm，由厚度为5 mm的有机玻璃板制成。床体外侧壁上安装有用于测定颗粒浓度与速度的颗粒浓度和速度计22。所述颗粒浓度和速度计设置有两个探头，分别穿过不同水平高度的床体侧壁伸入流化床内。采用PC6D颗粒浓度测量仪测定颗粒浓度，设置两个采样点，下部采样点设在锥形分布板的最上方，距喷动气进口垂直高度50 mm，上部采样点设在底部采样点上方200 mm处。床体外侧壁上安装有用于测定床层压降压力变送器23，所述压力变送器为智能压力变送器，床体上共设有两个测压点，其中一个测压点在喷嘴出口上方3mm，另一个测压点在流化床中心线上，距离喷嘴出口800 mm。流化床床体上部外侧壁上安装有用于实时监测声波信号的声波信号分析仪9。流化床床体的尾气出口套有用于尾气除尘的布袋10。分布板上覆盖有一层用于防止超细粉颗粒沿分布板上的小孔漏出的滤布。

所述声场装置由声波数字信号发生器18、声波调节器17、扬声器、扩大管15和固定于立式床体顶部的波导管13与组成；所述弯管由厚度为5 mm，内径120 mm，高400 mm的有机玻璃制成，左端通过阀栏12固定于流化床床体顶部，右端通过阀栏14与扩大管相连；所述声波调节器通过信号导线与声波数字信号发生器连接，扬声器通过信号导线与声波调节器连接。产生的声场经声波调节器调节声压级40-150dB、声波频率0-140Hz和波形。

Claims (10)

1.一种声场喷动流化床装置，其特征在于结构包括供气装置、流化床和声波发生装置；所述供气装置由空气压缩机（1）、空气过滤器（2）、空气干燥器（3）和第一空气转子流量计（4）、第二空气转子流量计（5）组成，所述空气压缩机的出气口通过管路与空气过滤器的进气口连通，空气过滤器的出气口通过管路与空气干燥器的进气口连通，空气干燥器的出气管路设置为两个分支管路，将气路分为流化气支路和喷动气支路，所述第一空气转子流量计、第二空气转子流量计分别安装在两个分支管路上；所述流化床包括圆柱形床体（8）、分布板（7）；所述床体的底板中心设置有用于与供气装置的喷动气支路的出气管口相接的喷嘴（24），床体底部侧壁上设置有用于与供气装置的流化气支路的出气管口相接的进气口（6）；所述分布板为中空的倒圆锥体，安装在床体内底板上，圆锥顶部与床体的喷嘴相通，圆锥底部边缘与床体内侧壁贴合，分布板的上边缘的水平高度高于床体侧壁上的进气口的水平高度，分布板的板面上设置有若干供流化气流通的小孔；床体上部侧壁上设置有尾气出口（11）和进料口（19），床体下部侧壁，位于分布板底部边缘的水平高度之上，设置有出料口（21），床体内侧壁和分布板上部区域之间形成环隙区（20）；所述声波发生装置由声波数字信号发生器（18）、声波调节器（17）、扬声器（16）、扩大管（15）和安装于圆柱形床体顶部的波导管（13）组成；所述波导管左端通过阀栏（12）固定于流化床床体顶部，右端通过阀栏（14）与扩大管相连；所述声波调节器通过信号导线与声波数字信号发生器连接，扬声器通过信号导线与声波调节器连接。

2.根据权利要求1所述声场喷动流化床装置，其特征在于床体外侧壁上安装有用于测定颗粒浓度与速度的颗粒浓度和速度计（22）及用于测定床层压降的压力变送器（23）。

3.根据权利要求2所述声场喷动流化床装置，其特征在于所述颗粒浓度和速度计设置有两个探头，分别穿过不同水平高度的床体侧壁伸入流化床中；所述压力变送器为智能压力变送器，在流化床床体上设置有两个测压点，其中一个测压点设置在床体底部侧壁上，另一个测压点设置在床体进料口下方侧壁上。

4.根据权利要求1～3中任一权利要求所述声场喷动流化床装置，其特征在于流化床床体上部外侧壁上安装有用于实时监测声波信号的声波信号分析仪（9）。

5.根据权利要求1～3中任一权利要求所述声场喷动流化床装置，其特征在于流化床床体的尾气出口套有用于尾气除尘的布袋（10）。

6.根据权利要求4所述声场喷动流化床装置，其特征在于流化床床体的尾气出口套有用于尾气除尘的布袋（10）。

7.根据权利要求1～3中任一权利要求所述声场喷动流化床装置，其特征在于所述分布板上覆盖有一层用于防止超细粉颗粒沿分布板上的小孔漏出的滤布。

8.根据权利要求4所述声场喷动流化床装置，其特征在于所述分布板上覆盖有一层用于防止超细粉颗粒沿分布板上的小孔漏出的滤布。

9.根据权利要求1～3中任一权利要求所述声场喷动流化床装置，其特征在于流化床床体顶部通过阀栏固定了防止颗粒冲击对扬声器造成损坏的波导管，波导管右端通过扩大管与扬声器对接。

10.根据权利要求4所述声场喷动流化床装置，其特征在于流化床床体顶部通过阀栏固定了防止颗粒冲击对扬声器造成损坏的波导管，波导管右端通过扩大管与扬声器对接。