專利名稱:以某一調(diào)定速率分配可流化粉末材料的裝置的制作方法
本發(fā)明涉及的是一種以某一調(diào)定速率分配可流化粉末材料的裝置。
對(duì)于粉末材料是如何以流化狀態(tài)從一個(gè)貯存地點(diǎn)向另一個(gè)地點(diǎn)或從一個(gè)貯存地點(diǎn)向一個(gè)成多個(gè)使用這種材料的地點(diǎn)輸送的問(wèn)題人們已有所了解。應(yīng)該記得，所謂“可流化材料”是指所有的以粉末形式出現(xiàn)的材料，就這種材料而論，顆粒的測(cè)定以及其凝聚力的表現(xiàn)是這樣的，噴射氣流以很低的速度通過(guò)這種材料產(chǎn)生顆粒彼此之間的減聚力使其內(nèi)部摩擦力得以減小，這樣以這種方式形成的懸浮其表現(xiàn)大體上非常類似于一種均勻的同質(zhì)流體。舉例來(lái)講，這種材料可以是用于熔融電解的鋁土、水泥和灰粉、生石灰或熟石灰、粉塵、氟化鈣，用于橡膠和塑料材料的附加填充劑、淀粉、催化劑、粉狀石墨、碳酸氫鈉硫酸鹽、磷酸鹽、聚磷酸鹽、焦磷酸鹽、金屬粉末、粉末狀塑料材料以及諸如奶粉、面粉等食用產(chǎn)品。
很長(zhǎng)時(shí)期以來(lái)人們就注意到了控制和調(diào)整流化材料流動(dòng)速率的手段問(wèn)題(美國(guó)專利2，667，448號(hào))。人們?cè)岢隽嗽S多種機(jī)械裝置(比如閥門和控制擋板結(jié)構(gòu))，但是當(dāng)所輸送的材料具有磨蝕性時(shí)就不能采用這些裝置了，前面所列舉的大部分材料都屬于這種情況，特別是用于生產(chǎn)鋁的鋁土，在這種情況下就必須放棄使用機(jī)械裝置，以避免其磨損，只能求助于粉末材料的具體特性去想辦法。
法國(guó)專利1，152，269號(hào)(PECHINEY)(即美國(guó)專利2，919，159號(hào)，描述了一種氣動(dòng)輸送流化材料的方法，其中該氣動(dòng)輸送管道直接由一個(gè)裝有粉末的塔的底部來(lái)供給粉末，粉末借助于大氣得以持久地流化。
法國(guó)專利2，236，758號(hào)(PECHINEY)(即美國(guó)專利3，964，793號(hào))描述了一種在一設(shè)備中靠粉末材料的重量來(lái)調(diào)整流動(dòng)速率的方法，它借助于流化供給塔的平衡作用靠氣體的噴射來(lái)實(shí)現(xiàn)連續(xù)氣動(dòng)輸送，其中
在靠重量調(diào)定的氣體流動(dòng)速率下，所噴射氣體的壓力得以測(cè)定，由此引入流化塔的粉末材料的數(shù)量得以控制，為了把所噴射氣體壓力維持在一個(gè)給定值，該塔的端部處于大氣壓力之下。
法國(guó)專利2，391，136號(hào)(PECHINEY)(即美國(guó)專利4，279，549號(hào))頒述了一種方法用于粉末材料氣動(dòng)輸入的自動(dòng)調(diào)整，它包括一個(gè)供給塔，所供給的材料在供給塔的底部形成一個(gè)滑坡部分，靠該滑坡部分的滑動(dòng)來(lái)供給材料。它還包括一個(gè)設(shè)置有一多孔流化隔板的輸送室，并有管道用于在加壓情況下進(jìn)行流化和氣體的供給。還設(shè)有一個(gè)噴嘴，以及用于輸送材料的管道。在該方法中，為了對(duì)滑坡部分傾斜角進(jìn)行調(diào)整，便于材料的流化，選定一個(gè)低于多孔隔板的參考?jí)毫f，并選擇一個(gè)所期望的材料流動(dòng)速率進(jìn)入輸送管道。上面所述多孔隔板，在輸送室中建立一個(gè)Pc＝Pf的壓力，這樣，當(dāng)壓力Pc的任何增加高于壓力Pf時(shí)，都會(huì)引起在壓力Pf下通過(guò)多孔隔板氣流壓力的相應(yīng)下降;而當(dāng)壓力Pc的任何下降低于壓力Pf時(shí)都會(huì)引起氣流壓力的相應(yīng)增加。
該過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)在于，提供了根據(jù)壓力Pf，在選定值附近粉末材料的流動(dòng)速率的自身調(diào)節(jié)，這就避免了輸送塔阻塞的危險(xiǎn)，并且穩(wěn)定了材料的流動(dòng)速率。
當(dāng)今，某些使用者，特別是對(duì)用于生產(chǎn)鋁的Hall-Heioult電解槽的操作者來(lái)講，他們要求這種流化氣動(dòng)輸送裝置進(jìn)一步提高其使用壽命和可靠性水平，同時(shí)要求對(duì)于材料流動(dòng)速率的調(diào)整具有較高的準(zhǔn)確度，之所以這樣要求是為了給電解槽供料和給含氟廢氣的集氣干燥過(guò)程提供裝置之用，這種含氟廢氣是由所述電解槽放出的，這里利用了鋁土對(duì)含氟物質(zhì)的吸收能力。最后重要的一點(diǎn)是，用在流化過(guò)程和用在流化輸送過(guò)程的壓縮空氣的消耗量應(yīng)當(dāng)減至最小，并且該裝置應(yīng)當(dāng)能以一個(gè)簡(jiǎn)單、可靠、迅速的方式停止和重新起動(dòng)。另外，這種要求也適用于各種類型的流化輸送過(guò)程，而不僅僅與用作電解鋁土的目的有關(guān)。
本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有裝置仍存在的各種不利因素，并且滿足使用者在可靠性、精確性以及使用的方便性方面的要求。
本發(fā)明的主題是一種用于調(diào)整可流化粉末材料流動(dòng)速率的裝置，其中包括一個(gè)貯存部件和一個(gè)用于流化該粉末材料的部件以及一個(gè)用于排放該經(jīng)流化了的粉末材料的部件。該裝置包括一個(gè)由兩部分構(gòu)成的殼體，該殼體的上部與該貯存部件和該排放部件連接，而其下部由一個(gè)多孔流化隔板使之與所述上部分隔開(kāi)來(lái)。根據(jù)本發(fā)明，該殼體的上部一方面通過(guò)一個(gè)豎筒與該貯存部件連接，該豎筒伸進(jìn)該殼體內(nèi)的長(zhǎng)度可以較長(zhǎng)或較短，而另一方面在該殼體上部的另一端則與一個(gè)平衡和脫氣豎筒連接，最后在位于該平衡豎筒同一側(cè)外表面的低部與一個(gè)排放孔連通用于排放該經(jīng)流化了的粉末材料，該排放孔位于該多孔流化隔板表面的緊上方，并且該排放孔上設(shè)有一個(gè)管狀接頭，該管狀接頭與一個(gè)管道連接用于該經(jīng)流化了的粉末材料的重力排放。該殼體的下部?jī)H僅包括一個(gè)進(jìn)氣口用于輸入調(diào)定壓力下的流化氣體。被流化鋁土的流速僅僅由該流化氣體的壓力作用進(jìn)行控制，并且對(duì)于一個(gè)給定的參考?jí)毫?，該流速可以自?dòng)調(diào)節(jié)，這正是本發(fā)明的特征要點(diǎn)所在。
下面為了減化敘述過(guò)程會(huì)給出“流化氣體”的參考范圍，但是應(yīng)當(dāng)理解為對(duì)于任何其他氣體流體都是適用的。例如，當(dāng)流化高活性物質(zhì)或者流化具有爆炸危險(xiǎn)的物質(zhì)(比如面粉、鋁粉或鎂粉等)時(shí)，可以選擇惰性或大體上不起反應(yīng)的氣體作為氣體流體，比如氬、氮、二氧化碳等。
圖1、1a、2和3表明了根據(jù)本發(fā)明的裝置的垂直截面示意圖，而圖4是沿A-A線截取的該裝置的水平截面視圖。
圖1、1a和2對(duì)應(yīng)于該裝置的關(guān)閉狀態(tài)，而圖3則表明了該裝置的開(kāi)啟狀態(tài)。
圖1a是一個(gè)設(shè)置有一個(gè)接頭噴嘴的排放孔的放大視圖。
貯存容器1通過(guò)一個(gè)供料豎筒3與殼體2相連。
殼體2大體呈平行六面體形狀，在水平方向?yàn)槠渥铋L(zhǎng)尺寸，其中包括在其最低部分2B有一個(gè)多孔流化隔板4和一個(gè)用于提供穩(wěn)定壓力下的流化氣體的進(jìn)氣口5，該穩(wěn)定壓力在一個(gè)預(yù)定參考值下以公知的方式得以控制，位于其上部2A處，在其一個(gè)端面7B的側(cè)面上有一個(gè)平衡和脫氣豎筒6，而在其另一個(gè)端面7A的側(cè)面上有一個(gè)供料豎筒3，在其與平衡塔相應(yīng)的端面7B上并且大體上位于該多孔隔板4的表面處，有一個(gè)排放孔8用于排放該經(jīng)流化了的粉末材料，所設(shè)置的該排放孔位于該多孔流化隔板的緊上方并且該排放孔形成一個(gè)隔膜，在該排放孔上設(shè)有一個(gè)噴嘴或接頭8A，該噴嘴8A大多數(shù)情況下呈管狀并且其內(nèi)徑大于排放孔8A的直徑，通過(guò)這個(gè)噴嘴連接一個(gè)導(dǎo)管用來(lái)排放該粉末材料。該平衡豎筒6的下端與該殼體的上側(cè)壁9垂直。
在不工作條件下，貯存在容器1中的粉末材料向下流入殼體2，形成一個(gè)自然滑坡部分10(參見(jiàn)圖1)，其相對(duì)于流化隔板的傾角α取決于粉末材料的種類及其物理特性，該滑坡部分10的末尾必然最大限度地達(dá)到排放孔8的位置，否則在不工作條件下，既使在沒(méi)有任何流化作用的情況下，該粉末材料也會(huì)連續(xù)地自然流動(dòng)。為此，豎筒3的下部邊緣3A到相對(duì)的該殼體的垂直表面7B之間的距離L由該裝置的結(jié)構(gòu)決定，并不依賴于該粉末材料，滑坡部分10的傾角α可以測(cè)量出來(lái)。另一種控制裝置可以根據(jù)滑坡部分10從該供料豎筒的下邊緣開(kāi)始形成時(shí)通過(guò)控制該供料豎筒3伸入該殼體上部的程度來(lái)構(gòu)成。
如前面所指出的，排放孔8可以設(shè)置一個(gè)形成隔膜的噴嘴或接頭8A，該噴嘴或接頭的外部可以連接管道11用來(lái)排放經(jīng)流化了的粉末材料，該接頭8A在該裝置不工作條件下還構(gòu)成了一個(gè)安全裝置;在靜止條件下，在接頭8A處可以擋住位于滑坡10上的末經(jīng)流化的粉末材料的偶然流動(dòng)。這樣就有可能在停止該系統(tǒng)的操作時(shí)，使該系統(tǒng)不至完全排空(見(jiàn)圖2)。
該裝置的操作過(guò)程說(shuō)明如下隨著該殼體注入粉末材料(見(jiàn)圖1和圖2)并封住該排放孔8，該流化氣體就經(jīng)過(guò)管道5以及控制裝置12穿過(guò)該多孔隔板4可以發(fā)現(xiàn)由于起初在該粉末材料內(nèi)部空氣的存在，該顆粒具有減聚力的原因，該粉末材料首先經(jīng)過(guò)一個(gè)“流動(dòng)”狀態(tài)，進(jìn)而該粉末材料迅速地充滿該殼體的上部2A以及該平衡豎筒6的底部。
進(jìn)一步增加空氣的壓力，可以發(fā)現(xiàn)，該粉末材料在平衡豎筒6中的高度會(huì)逐漸增加到一定高度H(參見(jiàn)圖3)，這取決于該流化氣體的壓力(Pf)以及在平衡塔6中粉末材料的平均比重(d)(H＝Pf/d)。
在該殼體里，由于空氣參雜在該粉末材料中不能從中跑掉(除非在豎筒6的上部14中)，所以該粉末材料處于一種假流化狀態(tài)或者說(shuō)處于一種“潛流化”狀態(tài)，這種特殊的狀態(tài)我們?cè)谠缦鹊膶＠鸉R-A-2，534，891中已有所描述。這種狀態(tài)對(duì)應(yīng)于粉末材料顆?？障吨锌諝鈮毫Φ奶囟ㄋ剑仁故且环N真正的流化介質(zhì)，實(shí)際上不存在顆粒的減聚力和運(yùn)動(dòng)，而且也沒(méi)有空氣循環(huán)。
現(xiàn)在如果我們打開(kāi)排放孔8，在該孔外和區(qū)域15中會(huì)發(fā)生空氣膨脹，該區(qū)域15位于排放孔8的緊后面位置，在該區(qū)域15處產(chǎn)生了一個(gè)真正的流化狀態(tài)，從而允許該粉末材料流動(dòng)通過(guò)排放孔8和接頭8A。
通過(guò)排放孔8流走的粉末材料依次由從滑坡部分10滑移過(guò)來(lái)的處于潛流化狀態(tài)的該粉末材料所代替，在排放孔8后面可以看到這一點(diǎn)，這種現(xiàn)象導(dǎo)致了該材料逐漸向供料豎筒3的底部流動(dòng)。事實(shí)上，每次“材料滑移”都給粉末材料提供了充分空間以便于局部地從潛流化狀態(tài)向真正流化狀態(tài)轉(zhuǎn)化，這就會(huì)以一個(gè)寬范圍的流動(dòng)速率來(lái)供給一定量的鋁土，這個(gè)供給量等于該排放流動(dòng)速率，而該流動(dòng)速率中不會(huì)有任何突變。
該系統(tǒng)其它因素的動(dòng)態(tài)平衡以下列方式發(fā)生a)該流化壓力Pf等于該平衡塔的反壓P2加上通過(guò)該多孔流化隔板的壓降P1Pf＝P2+P1該壓力P2本身等于(h1+h2)d1，其中d1為該部分地流化相的平均比重(例如，對(duì)用于電解之用的“流砂似的粗?！变X土大約為0.75到0.95)，h1為流化隔板4和排放孔軸線之間的高度，h2為排放孔8軸線和該流化粉末材料柱體的上面14之間的距離。
假如該壓力Pe不同于大氣壓力，而是獲得了高于平衡和脫氣豎筒6的壓力，那么對(duì)應(yīng)新的柱體高度H′＝H-Pe/d就建立了一個(gè)平衡條件，Pe是相對(duì)一個(gè)作為參考?jí)毫Φ拇髿鈮毫Χ缘?，大氣壓力為零?br>b)該流化氣體的流動(dòng)速率Qf等于Q＝Q1+Q2+QpQ1為通過(guò)排放孔8與該流化相一起帶走的氣體的流動(dòng)速率，它對(duì)應(yīng)于處在該潛流化狀態(tài)的該粉末材料的壓降。
Q2為在該平衡豎筒中放出氣體的流動(dòng)速率，Qp為各種損失的流動(dòng)速率(很小)，Qp在正確設(shè)計(jì)的裝置中可以忽略不計(jì)。
c)如果認(rèn)為在該平衡豎筒中飛走的材料為零而沒(méi)有損失的話，那么在排放孔8中粉末材料的排放流動(dòng)速率Q′A等于來(lái)自貯存容器2的鋁土的流動(dòng)速率QA，在這里就是這樣考慮的。
這樣該系統(tǒng)就處于平衡條件中了，并且這是本發(fā)明的基本要素所在?？梢园l(fā)現(xiàn)，對(duì)于給定的粉末材料和給定的接頭8，該粉末材料的流動(dòng)速率Q′A與Pf是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，在某個(gè)極限以內(nèi)這種關(guān)系大體上呈線性關(guān)系，這將在以后予以詳細(xì)說(shuō)明。
結(jié)果，在該裝置中粉末材料的流動(dòng)速率僅僅通過(guò)控制該流化氣體的壓力就可以得到穩(wěn)定和調(diào)整，而不需要任何其它的氣壓源。而在先有技術(shù)中(特別是在法國(guó)專利第2，391，136即美國(guó)專利4，279，549號(hào)中)則需要一個(gè)流化氣體進(jìn)氣孔和另一個(gè)進(jìn)氣孔以達(dá)到氣動(dòng)輸送之目的。
充當(dāng)隔膜的排放孔8的直徑由兩個(gè)因素決定，即對(duì)于給定壓力Pf下鋁土的流動(dòng)速率Q′A和函數(shù)Q′＝f(Pf)所表示的曲線的形式。
在這種情況下一種被流化的粉末(比如鋁土)可以看作是一種真正的流體，人們發(fā)現(xiàn)這與通過(guò)一垂直壁的小孔的體積給出流動(dòng)速率Q的法則具有某種相關(guān)性。
Q＝K.S.2 g h]]>Q為流動(dòng)速率(單位m3/S)，S為該孔的面積(單位m2)，g為重力加速度，h為從該流體的上流高度到該孔的中心所量出的該孔的落差(單位m)，和K為一個(gè)系數(shù)，它特別取決于該排放孔的幾何結(jié)構(gòu);K值可以在0.6到1之間變化。
如果取排放孔8的截面作為一個(gè)參量，按鋁土的重量計(jì)算，可以繪制出關(guān)于流動(dòng)速率對(duì)流化壓力的關(guān)系曲索，可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)該“孔徑”參量的某一數(shù)值，該曲線具有一段或長(zhǎng)或短大體上為直線的線段。因此，在根據(jù)本發(fā)明的裝置所提供的流動(dòng)速率范圍上，有可能選定排放孔8直徑的最佳值，這樣所提供的按重量計(jì)算的流動(dòng)速率大體上就對(duì)應(yīng)于該曲線中直線段的中間位置。
如果壓力Pf嚴(yán)格地保持恒定，那么令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，該粉末材料按重量計(jì)算的流動(dòng)速率也是保持恒定的。
如果期望在流動(dòng)速率上非常迅速地瞬時(shí)提供一個(gè)很大的增量(例如，用于把大量的鋁土輸入一個(gè)電解槽中，否則鋁土有飛逸的可能)，可以在平衡豎筒的上部高于粉末材料柱體的正常高度H處設(shè)置一個(gè)輔助孔8B。這樣在Pf上的一個(gè)增量就會(huì)產(chǎn)生雙倍的效果即由排放孔8的排放流動(dòng)速率上的正常增量和由輔助孔8B溢出和流出的經(jīng)流化了的鋁土的輔助流共同作用的結(jié)果，這是因?yàn)橹w6現(xiàn)已達(dá)到了在14處所示出的高度。
在低于正常高度H處設(shè)置輔助孔8B也是可以的，進(jìn)而該輔助孔8B會(huì)提供一個(gè)恒定的補(bǔ)充流，然而這個(gè)補(bǔ)充流則小于通過(guò)排放孔8的主流，在某種情況下，這會(huì)產(chǎn)生一定的吸引力的。
使用實(shí)例建立一個(gè)被流化鋁土的配量分配器，用于匯集含氟廢氣，這些廢氣是由一系列利用熔融電解法生產(chǎn)鋁的電解槽放出的，由該電解槽排放的氣體被吸入及收集在一個(gè)普通的收集器中，鋁土就輸入到這個(gè)收集器中，利用鋁土的吸附特性，該鋁土就可以收集起這些含氟衍生物，然后該鋁土被重新注入到該電解槽內(nèi)。
該排放接頭8A連接著一個(gè)由有機(jī)玻璃制成的透明管11，該管11相對(duì)該用來(lái)收集從該電解槽排出的氣體的收集器的底部大約向下傾斜45°，該供料豎筒3與給電解槽供給鋁土的普通設(shè)備(例如一種氣墊支撐輸送器)接通。該平衡豎筒6在該槽式氣體收集器的上部開(kāi)口。這種收集器在其內(nèi)部處于減壓狀態(tài)下具有虹吸作用，高于平衡豎筒6的壓力Pe比大氣壓力要低(大約為100毫米水標(biāo)(mmWG))。
接頭8A的直徑為20mm，它對(duì)應(yīng)于按重量計(jì)算的鋁土平均流速的最優(yōu)值為QA＝1.8噸/小時(shí)。
對(duì)于正常流速，流化壓力Pf調(diào)在400毫米水標(biāo)(mmWG)(≈3920Pa)。該多孔流化隔板的總面積為4.5dm2，其相應(yīng)的總的氣體流動(dòng)速率Qf為11升/分鐘。
通過(guò)該多孔流化隔板的壓降P1為20mmBC，因此就給出了P2(該平衡豎筒的反壓)＝400-200，即380毫米水標(biāo)(＝3720Pa)。
上面所描述的用于被流化鋁土的調(diào)定供料系統(tǒng)已經(jīng)在用于從一系列120電解槽收集含氟廢氣的供料裝置中使用了數(shù)個(gè)月了，其工作狀況非常正常。該流化氣體的消耗速率在每平方米500毫米水標(biāo)(4900Pa)下小于1米3/小時(shí)。
經(jīng)過(guò)對(duì)該流化壓力Pf和排放孔8簡(jiǎn)單調(diào)整，該裝置可以用在本說(shuō)明書開(kāi)篇中提到的各種粉末材料。
權(quán)利要求
1.用于以某一調(diào)定速率來(lái)分配可流化粉末材料的裝置，其中包括一個(gè)貯存部件(11)和一種用于流化所述粉末材料的部件(4、5)以及一個(gè)用于排放該已經(jīng)流化了粉末材料的部件。該裝置包括一個(gè)由兩部分組成的殼體(2)，其上部(2A)與該貯存部件和該排放部件連通，而其下部(2B)通過(guò)一個(gè)多孔流化隔板(4)使之與所述上部(2A)分隔開(kāi)來(lái)，其特征在于該殼體的上部(2A)一方面在其一端(7A)通過(guò)一個(gè)豎筒(3)與該貯存部件(1)連通，另一方面該殼體上部(2A)在其另一端與一個(gè)平衡或脫氣豎筒(6)連通，而在其低部(7B)則與一個(gè)用于排放該已經(jīng)流化了的粉末材料的排放孔(8)連通，該排放孔緊靠該多孔流化隔板(4)的上表面設(shè)置，另外該殼體的底部(2B)與一個(gè)進(jìn)氣口(5)相連通，該進(jìn)氣口用于輸入調(diào)定壓力下的流化氣體。
2.一種如權(quán)利要求
1所要求的調(diào)定速率分配裝置，其特征在于，該排放孔(8)設(shè)置了一個(gè)排放接頭(8A)，該排放接頭的內(nèi)徑大于該排放孔(8)的直徑。
3.一種如權(quán)利要求
1或2所要求的調(diào)定速率分配裝置，其特征在于，為了提供一個(gè)輔助的補(bǔ)充流速，該裝置包括一個(gè)第二排放孔(8B)，該排放孔(8B)設(shè)置在該第一排放孔的標(biāo)高之上。
4.一種如權(quán)利要求
3所要求的調(diào)定速率分配裝置，其特征在于，用于提供一個(gè)補(bǔ)充流的該第二排放孔(8B)最好設(shè)置在高于平衡豎筒(6)中粉末材料在正常流速條件下所達(dá)到的高度(13)的位置之上。
專利摘要
一種以某一調(diào)定速率分配可流化粉末材料的裝置包括貯存部件Ⅰ和流化部件4、5及排放部件8、8A、Ⅱ。該裝置的殼體2由兩部分組成，其上部2A與貯存和排放部件連通，其下部2B用多孔流化隔板4與上部2A分隔開(kāi)。根據(jù)本發(fā)明，上部2A的一端7A通過(guò)豎筒3與貯存部件Ⅰ連通，另一端與平衡和脫氣豎筒6連通，在其底部7B與緊靠多孔流化隔板4上表面設(shè)置的排放孔8連通；下部2B與進(jìn)氣口5連通引入調(diào)定壓力下的流化氣體。
文檔編號(hào)B65G53/04GK86100066SQ86100066
公開(kāi)日1986年7月2日 申請(qǐng)日期1986年1月7日
發(fā)明者翰羅特·簡(jiǎn)·帕斯卡爾, 沃爾佩利里·扎基 申請(qǐng)人:皮奇尼鋁公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan