專利名稱：超細(xì)顆粒氣固相加工的流化床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣固相加工反應(yīng)器，特別涉及超細(xì)顆粒氣固相加工的流化床反應(yīng)器。
超細(xì)顆粒屬于黏性細(xì)顆粒，對(duì)于黏性細(xì)顆粒的氣固相加工或催化反應(yīng)過(guò)程，由于黏性細(xì)顆粒的粒間作用力很強(qiáng)，流態(tài)化時(shí)易產(chǎn)生溝流、結(jié)塊或聚固，氣固接觸效率降低，使反應(yīng)器局部過(guò)熱，催化劑活性降低或完全喪失活性，影響反應(yīng)器的效率。為了更有效的利用空間，常規(guī)流化床只有一個(gè)濃相段，低速時(shí)處理量低。
為了解決超細(xì)顆粒流態(tài)化時(shí)易產(chǎn)生的溝流、結(jié)塊或聚團(tuán)，目前，對(duì)粘性細(xì)顆粒的流態(tài)化方法大多采用如下幾種方法1.附加外力場(chǎng)正如文獻(xiàn)Mori，S.，第二屆中日流態(tài)化會(huì)議文集，P.75(1988)(Mori，S.，inFluidization’88，Science and Technology，eds.，Kwauk，M.，and Kunii，D.，p.75(1988).)，和Q.Zhu and H.Li，“C類顆粒的磁場(chǎng)流態(tài)化”，粉體工藝，86(2)，179-185(1996)(Q.Zhu and H.Li，”Study on magnetic fluidization of group Cpowders”，Powder Technology，86(2)，179-185(1996))所報(bào)導(dǎo)的附加外力場(chǎng)，主要是振動(dòng)流化床與磁場(chǎng)流化床。使用振動(dòng)流化床，大多數(shù)黏性細(xì)顆?？稍谝欢ǖ恼駝?dòng)頻率下實(shí)現(xiàn)流態(tài)化操作，但由于反應(yīng)器系統(tǒng)處于振動(dòng)狀態(tài)，物料處于全混態(tài)，停留時(shí)間不易控制，放大時(shí)在管道連接、設(shè)備壽命等問(wèn)題上有致命的缺點(diǎn)；磁場(chǎng)流化床是利用鐵磁性顆粒在磁場(chǎng)中形成鏈狀物來(lái)破碎聚團(tuán)體與氣泡。從而改善黏性細(xì)顆粒的流化質(zhì)量，但放大困難，耗電量大，不宜高溫操作。2.本征方法美國(guó)專利US4743431和日本專利JP62106214所報(bào)導(dǎo)的利用本征方法即利用不同性質(zhì)和形狀的添加顆粒以及表面改性來(lái)改善黏性細(xì)顆粒的流態(tài)化質(zhì)量。該方法簡(jiǎn)易方便、不需附加設(shè)備，但對(duì)于超細(xì)粉末添加顆粒流化時(shí)，由于加入了摻雜組份，有時(shí)需后期分離。3.其它方法羅馬尼亞專利RO-79678所報(bào)導(dǎo)的采用四層流化床反應(yīng)器，各層間有溢流管，以使顆粒下流。但這種方法容易造成溢流管堵塞，使流化床操作不穩(wěn)定。
本發(fā)明的目的在于解決上述問(wèn)題，提供一種使超細(xì)顆粒在流化床中停留時(shí)間容易控制，設(shè)備使用周期長(zhǎng)，床體中無(wú)溢流管，能耗低，易工業(yè)化，無(wú)需動(dòng)力設(shè)備及后期分離物料，操作簡(jiǎn)便的超細(xì)顆粒氣固相加工的流化床反應(yīng)器。
本發(fā)明的技術(shù)方案是對(duì)包括床體和分布板的現(xiàn)有流化床反應(yīng)器進(jìn)行改進(jìn)，其特征在于床體的內(nèi)空管中有與床體連接且?guī)в锌p隙的擋板，其連接是擋板通過(guò)法蘭或直接與床體固定連接，或擋板固定連接在一通過(guò)固定架與床體相連接的管柱上，擋板可由多個(gè)相同或不相同形狀的擋板拼接組成一個(gè)大的擋板，擋板的橫截面為十字架型或交叉S架型或百葉窗架型或井字架型或米字架型等，在擋板上無(wú)動(dòng)力裝置。
下面進(jìn)一步介紹本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容是如何實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的的。
在常規(guī)的流化床中，通過(guò)法蘭固定或中心定位的方法，在流化床空管中可以安裝不同形狀的擋板。擋板的邊沿形狀依照床層截面的形狀(一般為圓形截面)進(jìn)行加工，其有效截面形狀可呈十字架型、交叉S架型或百葉窗架型等，也可由若干個(gè)十字架型、交叉S架型或百葉窗架型等的小擋板通過(guò)焊接等方法組成更大的擋板。
通過(guò)在床內(nèi)添加內(nèi)構(gòu)件(擋板)的方法，使得黏性的超細(xì)顆粒物料在流化時(shí)溝流通道的發(fā)展得以阻止。擋板可為1-40層，甚至更多，層數(shù)越多，物料流過(guò)反應(yīng)器時(shí)越接近活塞流，停留時(shí)間越均勻，具體層數(shù)可根據(jù)總過(guò)程的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)來(lái)確定。每層擋板之間有一定的間隔，一般為5-50厘米，在流體作用下，通過(guò)擋板對(duì)聚團(tuán)的撞擊，大的顆粒聚團(tuán)得以破碎或分裂，物料的進(jìn)一步黏結(jié)得到控制；通過(guò)安裝多層的內(nèi)構(gòu)件或擋板，可使得流化床中具有多個(gè)濃相段，采用逆流操作時(shí)，物料從反應(yīng)器頂部逐級(jí)下流進(jìn)行氣固接觸，從而可保持較長(zhǎng)的停留時(shí)間；從上至下流動(dòng)的物料，在每層得以重新分布，到達(dá)底部時(shí)具有較均勻的停留時(shí)間分布。
該種反應(yīng)器加工時(shí)，首先按上面所述的擋板加工好擋板，然后在每段流化床的外壁安裝法蘭，擋板通過(guò)法蘭之間逐層壓緊固定。也可把流化床分成若干段安裝，段間用法蘭連接，擋板在每段流化床內(nèi)逐層直接焊接在內(nèi)壁上。
擋板還可通過(guò)中心固定柱相連，安裝時(shí)，只需把兩端的擋板用法蘭固定在床體上，或把擋板固定在中心管柱上，而管柱通過(guò)固定架與床體連接，此種方法也可把流化床分成若干段安裝。
超細(xì)顆粒物料從反應(yīng)器上部加入，在從下部進(jìn)入的氣流和內(nèi)構(gòu)件擋板的共同作用下得以消除溝流和聚團(tuán)破碎，穩(wěn)定流態(tài)化。物料從反應(yīng)器上部沿內(nèi)構(gòu)件(擋板)逐層下落，徑向分布均勻，軸向呈現(xiàn)多層的濃相段，與氣體充分接觸后從下部出料口排出。
本發(fā)明使超細(xì)顆粒物料實(shí)現(xiàn)了均勻的流態(tài)化，具有明顯的效果1.加入合適的內(nèi)構(gòu)件(擋板)后，溝流消失，床層有一穩(wěn)定的流態(tài)化壓降；2.在單個(gè)流化床內(nèi)采用多層的內(nèi)構(gòu)件，既有效的利用了反應(yīng)器的空間，節(jié)省了投資，又可保證物料在反應(yīng)器內(nèi)具有足夠的停留時(shí)間，且時(shí)間容易控制；3.經(jīng)過(guò)多層內(nèi)構(gòu)件的再分布作用，進(jìn)、出反應(yīng)器的物料具有了比較均勻的停留時(shí)間分布，為達(dá)到均勻的產(chǎn)品氧化程度打下了基礎(chǔ)；4.有效的破碎了聚團(tuán)并抑制了聚團(tuán)的長(zhǎng)大，平均聚團(tuán)尺寸保持在從幾十μm到幾百μm左右。
5.由于沒(méi)有摻雜組份，故不需后期分離，保證了穩(wěn)定的連接流動(dòng)出料。
6.無(wú)需動(dòng)力設(shè)備，操作簡(jiǎn)便，設(shè)備使用周期長(zhǎng)，工藝易于放大。


圖1為本發(fā)明的一種帶有多層內(nèi)構(gòu)件(擋板)的流化床反應(yīng)器縱剖圖(法蘭固定)。
圖2為本發(fā)明的另一種帶有多層內(nèi)構(gòu)件(擋板)的流化床反應(yīng)器縱剖圖(中心定位)。
圖3為幾種不同形狀的內(nèi)部構(gòu)件(擋板)俯視圖(a十字架型b交叉S架型，c.百葉窗架型)。
圖4多層擋板物料停留時(shí)間分布圖。
1.流化床外壁 2.法蘭3.擋板4.出料管5.分布板 6.加料管 7.管柱8.固定架N為擋板層數(shù) E(θ)-固相物料的停留時(shí)間分布密度函數(shù)θ-無(wú)因次時(shí)間實(shí)施例11.采用天津炭黑廠濕法生產(chǎn)的N115型超細(xì)炭黑(顆粒平均直徑為20納米)，在內(nèi)徑為48毫米，高2.5米的流化床中進(jìn)行流態(tài)化實(shí)驗(yàn)，內(nèi)構(gòu)件擋板形狀為十字架型，分別采用N＝2層(板間距為50厘米)、N＝5層(板間距為30厘米)、N＝10層(板間距為15厘米)、N＝20層(板間距為10厘米)、N＝40層(板間距為5厘米)、實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，超細(xì)炭黑流化均勻，未加構(gòu)件時(shí)易溝流的現(xiàn)象消失，床層壓降穩(wěn)定，聚團(tuán)的平均尺寸保持在20到500微米之間，床層下部可以連續(xù)穩(wěn)定的流動(dòng)排料。層數(shù)越多，物料流過(guò)反應(yīng)器時(shí)越接近活塞流，停留時(shí)間分布越均勻，如圖4。
對(duì)采用不同擋板數(shù)的流化床反應(yīng)器，固相物料的停留時(shí)間分布函數(shù)可按各層固相完全混合、層間無(wú)固相返混的、具有N層的多層流態(tài)化床來(lái)計(jì)算E(θ)=N(Nθ)N-1(N-1)!·(exp-N0)]]>E(θ)-固相物料的停留時(shí)間分布密度函數(shù)N-床層數(shù)θ-無(wú)因次時(shí)間(t/γ)，t-物料停留時(shí)間，秒γ-物料平均停留時(shí)間，秒。實(shí)施例2采用天津炭黑廠干法生產(chǎn)的N200型超細(xì)炭黑(顆粒平均直徑為24納米)，在內(nèi)徑為48毫米，高2.5米的流化床中進(jìn)行流態(tài)化實(shí)驗(yàn)，內(nèi)構(gòu)件擋板形狀為交叉S架型，分別采用N＝2層(板間距為50厘米)、N＝5層(板間距為30厘米)、N＝10層(板間距為15厘米)、N＝20層(板間距為10厘米)、N＝40層(板間距為5厘米)、實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，超細(xì)炭黑流化均勻，未加構(gòu)件時(shí)易溝流的現(xiàn)象消失，床層壓降穩(wěn)定，聚團(tuán)的平均尺寸保持在20到500微米之間，床層下部可以連續(xù)穩(wěn)定的流動(dòng)排料。層數(shù)越多，物料流過(guò)反應(yīng)器時(shí)越接近活塞流，停留時(shí)間分布越均勻，如圖4。
對(duì)采用不同擋板數(shù)的流化床反應(yīng)器，固相物料的停留時(shí)間分布函數(shù)可按各層固相完全混合、層間無(wú)固相返混的、具有N層的多層流態(tài)化床來(lái)計(jì)算E(θ)=N(Nθ)N-1(N-1)!·(exp-N0)]]>E(θ)-固相物料的停留時(shí)間分布密度函數(shù)N-床層數(shù)θ-無(wú)因次時(shí)間(t/γ)，t-物料停留時(shí)間，秒γ-物料平均停留時(shí)間，秒。
權(quán)利要求
1.一種超細(xì)顆粒氣固相加工的流化床反應(yīng)器，包括床體和分布板，其特征在于床體的內(nèi)空管中有與床體連接且?guī)в锌p隙的擋板。
2.如權(quán)利要求1所述的超細(xì)顆粒氣固相加工的流化床反應(yīng)器，其特征在于所述的連接是擋板通過(guò)法蘭或直接與床體固定連接，或擋板固定連接在一通過(guò)固定架與床體相連接的管柱上。
3.如權(quán)利要求1所述的超細(xì)顆粒氣固相加工的流化床反應(yīng)器，其特征在于所述的擋板可由多個(gè)相同或不相同形狀的擋板拼接組成一個(gè)大的擋板。
4.如權(quán)利要求1所述的超細(xì)顆粒氣固相加工的流化反床應(yīng)器，其特征在于所述的擋板的橫截面為十字架型或交叉S架型或百葉窗架型或井字架型或米字架型。
5.如權(quán)利要求1或3所述的超細(xì)顆粒氣固相加工的流化床反應(yīng)器，其特征在于所述的擋板上無(wú)動(dòng)力裝置。
全文摘要
本發(fā)明屬于氣固相加工反應(yīng)器,特別涉及超細(xì)顆粒氣固相加工的流化床反應(yīng)器。在包括床體和分布板的流化床內(nèi)空管中,加入特殊形狀的與床體連接且?guī)в锌p隙的擋板,其連接是通過(guò)法蘭或通過(guò)管柱或直接與床體固定連接,擋板的有效橫截面為多種形狀。本發(fā)明的流化床反應(yīng)器可有效消除粉末流化時(shí)的溝流現(xiàn)象,阻止聚團(tuán)長(zhǎng)大并破碎聚團(tuán),具有穩(wěn)定的流化床壓降,達(dá)到平穩(wěn)的流化狀態(tài)。且不需引入額外動(dòng)力,能耗低,操作方便。物料易達(dá)到均勻的停留時(shí)間分布。
文檔編號(hào)B01J8/24GK1198962SQ97111770
公開日1998年11月18日 申請(qǐng)日期1997年5月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月13日
發(fā)明者王兆霖, 李洪鐘 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化工冶金研究所