CN2550053Y - 一种喷动流化反应器 - Google Patents

Abstract

喷动流化反应器，包括锥柱形喷动床和环形流化区，锥柱形喷动床的主体是一个倒锥体，底部连接有反应气进口的外管和有喷动气进口和喷嘴的内管，上端连接伸入环形流化区内的导向管。环形流化区为一圆柱筒体，与倒锥体相连，筒体外接进料器和出料导流管，流化气进口设于圆柱筒体下部。围绕圆柱筒体有加热器。环形流化区之上连接微粒沉降室。本结构集喷动和流化床特点于一体，解决了传统流化床内分层和节涌、单一喷动床常出现的环隙区底部死区和某些易粘结颗粒在环隙区的团聚的问题，，使温度分布更加均匀，强化了床层与界面间的传热，结构简单。将其用于超细微粒的气－固相化学反应，传热传质均匀，能获得效果好的产品。

Description

一种喷动流化反应器

技术领域

本实用新型属于化工产品反应设备技术领域，具体涉及一种适用于超细微粒的气-固相化学反应的喷动流化反应器。

技术背景

通常情况下用于固体微粒流化反应的气固流化床设备有喷动流化床和密相流化床两种，气固流化床最基本的特征是颗粒聚集的乳化相与气体聚集的气泡相共存，它的复杂就在于它的不均匀性和多态性，对于超细微粒的流化难度更大，单一采用上述一种都难以达到满意的效果。传统的流化床由于结构设计的不合理，床内易出现分层和节涌，影响流体和颗粒之间的传热传质，单一喷动床还常出现环隙区底部死区和某些易粘结颗粒在环隙区的团聚，使温度分布不均匀，床层与界面间的传热不佳，将它们用于产品(特别是超细微粒粉体)制备中，反应效果不理想。

发明内容

本实用新型针对现有流化床存在的上述缺陷，设计一种集喷动和流化床特点于一体的喷动流化床，用以解决传统流化床内分层和节涌的问题，促进流体和颗粒之间的传热传质；有效防止单一喷动床常出现的环隙区底部死区和某些易粘结颗粒在环隙区的团聚，使温度分布更加均匀的同时也强化了床层与界面间的传热。

本技术的实现方案如下：

喷动流化反应器，主要包括下部的锥柱形喷动床和上部的环形流化区：

锥柱形喷动床的主体是一个倒锥体，其底部连接具有反应气进口的外管和具有喷动气进口和喷嘴的内管，其上端连接有伸入环形流化区内的导向管。导向管与圆柱筒体内径比为0.15-0.45。

环形流化区为一圆柱筒体，与锥柱形喷动床的倒锥体相连，筒体外接有进料器和出料导流管，流化气进口设于圆柱筒体的下部。

同时围绕圆柱筒体还有一个加热器。

另外，环形流化区之上连接有微粒沉降室，微粒沉降室上部设有气体溢流口。环形流化区设有测温口。

本反应器的喷动流化原理是：

气体经由位于倒锥形底部中心处的喷嘴垂直向上射入，形成一个随流体流速的增高而逐渐向上延伸的射流区。当流体喷射速率足够高时，该射流区穿透微粒床层中心而产生一个向上运动的气-固流栓(称为喷射区)，当微粒被射流夹带而高速向上运动，穿过环绕四周缓慢向下移动的微粒床层(称为环隙区)而升至高过床层表面的某一高度时，由于流体速度的骤然降低，微粒会象喷泉一样因重力而回落到环隙区表面，而形成喷泉区。这些回落微粒沿着环隙区缓慢向下移动至床层下部，然后又渗入喷射区被重新夹带上来而形成微粒极有规律的内循环。

流化气从环隙区进入，它解决单一喷动床内分层和节涌的问题，有效防止常出现的环隙区底部死区和某些易粘结颗粒在环隙区的团聚，促进了流体和颗粒之间的传热传质；使温度分布更加均匀的同时也强化了床层与界面间的传热。

作为气-固相化学反应器，特别要防止气体短路、固体返混、颗粒扬析及磨损等缺点，应具有物料可流动性、相对均匀的温度分布和较好的传热特性。本专利较好地解决了这些问题。

该反应器主要用于超细微粒(10__150μm)在流化状态下，通过瞬时的传热传质过程，与反应物蒸汽在一定条件下发生气-固相化学反应，产物以纳米级(30__150nm)形态气相沉积包覆于基材微粒表面，获得产品，尤其是用于获得云母珠光颜料。

本反应器具有下述优点：

A由于固体微粒在悬浮状态下与流体接触，气-固相界面积大，有利于非均相反应的进行，提高了反应效率；

B由于固体微粒在床内混合激烈，使之在全床内的温度和浓度均匀一致，传热系数高，全床热容量大，热稳定性高，有利于放热反应的等温操作；

C流体与微粒之间传热、传质速度也较其他方式高；

D由于气-固体系中空隙率的变化，可以引起颗粒曳力系数的大幅度变化，以致在很宽的范围内均能形成较浓密的床层，所以流态化技术的操作弹性范围宽，单位设备生产能力大，设备结果简单，造价低，符合现代化大生产的需要。当然，由于多相流系统规律复杂；因此，工艺控制和过程技术难度大一些。

附图说明

图1是本反应器结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本反应器结构包括以下三部分：

1、主体部分：包括含喷动气进口14、喷嘴3、底部倒锥体6及导向管4在内的锥柱形喷动床，含流化气进口13和圆柱筒体2在内的环形流化区以及加热器1三部分组成。

2、辅助部分：包括进料器5、出料导流管15、储料仓9和含气体溢流口8在内的微粒沉降室16四部分组成。

3、控制接口：包括测温口7在内的工艺控制接口。

它们的具体结构是：

锥柱形喷动床的主体是一个倒锥体6，其底部连接具有反应气进口12的外管10和具有喷动气进口14和喷嘴3的内管11，其上端连接有伸入环形流化区内的导向管4。导向管4与圆柱筒体2内径比为0.15-0.45。

环形流化区为一圆柱筒体2，与锥柱形喷动床的倒锥体6相连，筒体外接有进料器5，通过出料导流管15连接储料仓9。流化气进口13设于圆柱筒体2的下部。圆柱筒体2外设置有一个带状加热器1。

环形流化区之上连接微粒沉降室16，微粒沉降室16上部设有气体溢流口8。环形流化区设有测温口7。

我们设计加工了用于制备珠光颜料的公斤级喷动流化反应器。实验证明，效果良好。以制备红棕色云母珠光颜料为例：

设备：    喷动流化反应器

原料：    基材320目云母粉             反应气：Fe(CO)₅+O₂

气流：    喷动气流量25L·min^-1       流化气流量10L·min^-1]

          反应气流量O₂3.0L·min^-1 Fe(CO)₅9.5L·min^-1]

工艺：    温度300℃                   时间    10min

化学反应：

          

产品质量：表观密度0.47g.ml^-1   表面粒子晶形   好

          颜料三色值L^*--59.534 a^*--12.291  b^*-15.788

Claims (4)

1、一种喷动流化反应器，包括下部的锥柱形喷动床和上部的环形流化区，其特征在于：

锥柱形喷动床的主体是一个倒锥体(6)，其底部连接具有反应气进口(12)的外管(10)和具有喷动气进口(14)和喷嘴(3)的内管(11)，其上端连接有伸入环形流化区内的导向管(4)；

环形流化区为一圆柱筒体(2)，与锥柱形喷动床的倒锥体(6)相连，筒体外接有进料器(5)和出料导流管(15)，流化气进口(13)设于圆柱筒体(2)的下部；

围绕圆柱筒体(2)还有一个加热器(1)。

2、根据权利要求1所述的一种喷动流化反应器，其特征在于环形流化区之上连接有微粒沉降室(16)，微粒沉降室(16)上部设有气体溢流口(8)。

3、根据权利要求1或2所述的一种喷动流化反应器，其特征在于导向管(4)与圆柱筒体(2)内径比为0.15-0.45。

4、根据权利要求3所述的一种喷动流化反应器，其特征在于在环形流化区设有测温口(7)。