專利名稱：一種適用于超細(xì)及粘性顆粒的循環(huán)流化床反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣固相反應(yīng)器，特別涉及一種適用于超細(xì)及粘性顆粒氣固相反應(yīng)和顆粒加工的循環(huán)流化床反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
超細(xì)及粘性顆粒的流態(tài)化在許多工業(yè)過程中有著非常重要的作用，一個(gè)最典型的應(yīng)用就是流化催化反應(yīng)，比如碳?xì)浠衔锏穆然?、超?xì)碳黑的臭氧氧化等。超細(xì)及粘性顆粒的流態(tài)化在許多物理接觸過程中也有重要的作用，比如熱傳遞、固體混合、干燥、吸收和解析、熱處理、物料改性(如淀粉改性)等。對(duì)于顆粒直徑較大的顆粒，比如A類顆粒，易于實(shí)現(xiàn)較為理想的流化效果。然而當(dāng)顆粒直徑較小時(shí)，顆粒之間就會(huì)發(fā)生相互的粘附而聚結(jié)在一起，從而嚴(yán)重影響了這些材料的流態(tài)化性能。我們稱這些表現(xiàn)出顆粒相互粘附性質(zhì)的顆粒為粘性顆粒。多數(shù)超細(xì)顆粒如超細(xì)碳酸鈣、超細(xì)鈦白粉等都屬于粘性顆粒，但是也有非超細(xì)的粘性顆粒。不同超細(xì)顆粒所表現(xiàn)出來的粘附性強(qiáng)度也有著很大的不同，某些超細(xì)顆粒具有很強(qiáng)的粘附性，比如未改性的超細(xì)碳酸鈣等，而同時(shí)另外一些超細(xì)顆粒又有相對(duì)較好的流動(dòng)性，比如超細(xì)碳化硅等。
然而，一般來說，由于超細(xì)顆粒具有的較強(qiáng)的顆粒間作用力，對(duì)于其進(jìn)行流態(tài)化操作時(shí)，容易產(chǎn)生溝流、節(jié)涌、聚團(tuán)甚至死床等非正常流化現(xiàn)象，大大降低了氣固接觸效率，限制了超細(xì)顆粒流化床在工業(yè)中的應(yīng)用。
根據(jù)流化床操作狀態(tài)的不同，流化床可分為經(jīng)典鼓泡流化床和循環(huán)流化床。經(jīng)典鼓泡流化床是指被流化的顆粒停留在流化床主反應(yīng)器內(nèi)，而循環(huán)流化床是指被流化顆粒隨著流化氣體被帶出主反應(yīng)器之后，經(jīng)返料系統(tǒng)再次被回送到主反應(yīng)器當(dāng)中，循環(huán)往復(fù)，達(dá)到一種動(dòng)態(tài)的平衡。
目前，對(duì)于超細(xì)顆粒的流化過程的研究及應(yīng)用大多數(shù)集中在超細(xì)顆粒的經(jīng)典鼓泡流化床，并采取了各種措施來強(qiáng)化超細(xì)顆粒的流化過程。這些措施大致包括1、外力場法外力場法指采用振動(dòng)場、聲場和磁場等外加力場來改善粘性顆粒流化床的流化質(zhì)量。Mori S(第二界中日流態(tài)化會(huì)議集，1988，P.75)指出大多數(shù)粘性顆?？梢栽谝欢l率的振動(dòng)下實(shí)現(xiàn)正常流態(tài)化。Chirone R，massimilla L，Russo S(Bubble-FreeFluidization of a cohesive powder in an acoustic field，Chemical Engineering Science，1993，48(1)41～52)用聲場對(duì)粘性顆粒實(shí)現(xiàn)了類似于A類物料的流化。中國科學(xué)院化工冶金研究所的朱慶山在其1994年的碩士論文《磁場作用下C類物料流化質(zhì)量的改善》研究了外加磁場對(duì)于改善粘性顆粒流態(tài)化質(zhì)量的影響。但是這些基于外加力場的方法存在一個(gè)最大的缺點(diǎn)就是難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的工業(yè)放大。比如外加振動(dòng)場，使反應(yīng)器處于振動(dòng)狀態(tài)，不論是管道連接，還是設(shè)備壽命等問題是難以從根本上克服。外加磁場，同樣存在放大困難，不宜高溫操作，同時(shí)耗電量也十分巨大等缺點(diǎn)。對(duì)于聲場流化，這更是只能夠適于非常小規(guī)模的應(yīng)用。
2、本征法通過調(diào)整顆粒本身的性質(zhì)來改善粘性顆粒的流化質(zhì)量。中國專利ZL97111769.1、美國專利US4591334、US4743431及日本專利JP62106214的研究者通過在粘性顆粒中添加其他的組分來減小粘性顆粒間的粘附性，改善粘性顆粒的流動(dòng)性。這類方法的最大缺點(diǎn)是在用于固相加工時(shí)，必須增加復(fù)雜的顆粒分離和純化程序。
3、床結(jié)構(gòu)法。
床結(jié)構(gòu)法則通過對(duì)流化床進(jìn)行設(shè)計(jì)、采用內(nèi)構(gòu)件等方法來改善粘性顆粒的流化質(zhì)量，如中國專利CN1198962A、美國專利US5067252。Venkatesh，R.D.，J.Chaouki，etal.在(1996).″Fluidization of cryogels in a conical column.″Powder Technology 89(3)179-186中公開了一種用于錐形床流化用的NiO/Al2O3氣凝膠。目前這類方法對(duì)于改善粘附性較低的超細(xì)顆粒的流態(tài)化質(zhì)量可以起到一定的作用，然而對(duì)于高粘附性的超細(xì)顆粒，則效果并不理想。
4、其他方法(a)高壓流化床，通過提高流體的密度來改善流化質(zhì)量；旋轉(zhuǎn)流化床，通過高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的超重作用來克服顆粒內(nèi)粘附力，從而改善流化質(zhì)量。然而這些方法面臨高壓與高速旋轉(zhuǎn)帶來的設(shè)備結(jié)構(gòu)與操作方面的困難。
(b)Yunyi Liu，Kiyoshi Sato，Tsutomu Tashimo and Kunio Kato，在《Proceeding ofthe Tenth Engineering Foundation Conference on Fluidization》(Beijing，China，May 20-25，2001，Kwauk，Jinghai Li and Wen-Ching Yang(eds.)，pp.517-524)公開了Productionof ultrafine calcium carbonate powders by multiphase reaction in powder-particle spoutedbed，其是用細(xì)粉一顆粒噴動(dòng)床來生產(chǎn)超細(xì)碳酸鈣，是一種特殊的應(yīng)用。
隨著人們對(duì)超細(xì)及粘性顆粒流化過程的認(rèn)識(shí)逐漸深入，逐漸開始了對(duì)超細(xì)及粘性顆粒的循環(huán)流化床研究。李洪鐘Hongzhong Li，Legros，R.，Breeton，C.M.H.，et al，在《Powder Technology》[(1990)60121]中公開了Hydrodynamic behavior of AerogelPowders in high-velocity fluidized beds，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣凝膠的循環(huán)流化床操作。中國科學(xué)院化工冶金研究所的洪若瑜在其1996年的博士論文中公開了《內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)流化床中超細(xì)粉流態(tài)化的研究》，該研究對(duì)粘性顆粒的循環(huán)流態(tài)化進(jìn)行了初步的研究。
與經(jīng)典鼓泡流化床相比，循環(huán)流化床具有下面的優(yōu)點(diǎn)1、可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作，特別是可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于催化劑顆粒物料反應(yīng)與再生的連續(xù)性操作。
2、適用的顆粒直徑范圍更廣，從幾十微米到幾毫米。而超細(xì)粘性的顆粒的聚團(tuán)直徑通常為幾十微米。
3、經(jīng)典鼓泡流化床反應(yīng)器存在細(xì)粉夾帶問題。也就是說，總有一部分細(xì)粉會(huì)被氣體夾帶出反應(yīng)器。特別是為改善流化質(zhì)量而提高氣體速度時(shí)，夾帶就更為嚴(yán)重，造成物料的損失。美國專利US6269778、US6214065采用循環(huán)床，大大降低了細(xì)顆粒物料的損失。美國專利US4793292、US4869207采用一個(gè)垂直列管過濾器來將從循環(huán)床提升管中出來的細(xì)顆粒從氣體中分離，然后回送到提升管。美國專利US4548797提到了一種將細(xì)顆粒從循環(huán)流化床提升管出來的氣體中分離出來并回送到流化床提升管中的方法，從根本上克服了物料夾帶的問題，因此具有更為廣泛的操作氣體速度，有利于反應(yīng)器的工程放大。但是前面所提到的這些設(shè)計(jì)，在應(yīng)用超細(xì)及粘性顆粒作為被操作顆粒物料時(shí)，不能夠避免粘性顆粒的粘壁、堵塞、架橋等現(xiàn)象，粘性顆粒不能夠在回送系統(tǒng)中自由流動(dòng)，顯然這些專利所提供的方法對(duì)于粘附性高的顆粒是不適用的。
4、循環(huán)流化床內(nèi)提升管內(nèi)氣體速度高，一般大于顆粒(或聚團(tuán))的沉降速度，氣固間速度差大，所形成的流態(tài)化聚團(tuán)容易破碎。高速運(yùn)動(dòng)中的聚團(tuán)相互之間、與壁面之間相互碰撞，容易發(fā)生破碎和再團(tuán)聚，固體表面經(jīng)常得到更新等。
5、顆粒間混合激烈，流態(tài)化聚團(tuán)容易破碎，故流態(tài)化聚團(tuán)與主體相之間的傳質(zhì)和傳熱良好；聚團(tuán)與主體相的傳質(zhì)和傳熱良好，有利于聚團(tuán)內(nèi)部的傳熱和傳熱過程，流態(tài)化反應(yīng)器的內(nèi)部，濃度梯度和溫度梯度均較小。
6、循環(huán)流化床提升管中的氣體速度高，工作在快速床狀態(tài)?？焖俅彩窃诮橛谄胀ü呐萘骰埠蜌饬斔椭g的氣體速度下操作的狀態(tài)，不存在鼓泡流化床中的氣泡，不存在溝流，氣體不是以短路形式離開流化床的。超細(xì)顆粒在鼓泡床中流化時(shí)，顆粒間粘性強(qiáng)，經(jīng)常出現(xiàn)溝流，死床或者節(jié)涌，在快速床中，這些現(xiàn)象不再出現(xiàn)。
7、單位截面積上的顆粒處理能力大，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。
9、氣體速度調(diào)節(jié)范圍廣，操作彈性大，易于實(shí)現(xiàn)過程放大和不同的過程應(yīng)用。
循環(huán)流化床的物料回送系統(tǒng)是循環(huán)流化床系統(tǒng)中重要組成部分。其作用是將由循環(huán)流化床的物料捕集系統(tǒng)所捕集的物料回送到提升管底部，維持循環(huán)流化床工作的連續(xù)性。同時(shí)，循環(huán)流化床的物料回送系統(tǒng)還必須提供足夠的封閉氣體的能力，使提升管中的流化氣體不返串進(jìn)入料腿中，保證循環(huán)流化床系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。
從輸送顆粒的驅(qū)動(dòng)力的角度來區(qū)分，循環(huán)流化床的物料回送系統(tǒng)可以分為機(jī)械回送系統(tǒng)和氣動(dòng)回送系統(tǒng)。通常來說，氣動(dòng)回送系統(tǒng)運(yùn)行更為穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)簡單，密封性能更好，更適于工程應(yīng)用。
現(xiàn)有的氣動(dòng)回送系統(tǒng)，其主要結(jié)構(gòu)形式包括具有V型閥、L型閥和J型閥等結(jié)構(gòu)的返料料腿。其他如美國專利US5242662描述了一種內(nèi)置于循環(huán)流化床中料封的方法，美國專利US4955295描述了另一種提高循環(huán)床的回料系統(tǒng)料封性能方法。L型閥、J型閥結(jié)構(gòu)的料腿均不能滿足粘性顆?；厮偷男枰?，容易形成堵塞、架橋。閥中的推動(dòng)氣不能夠有效推動(dòng)顆粒運(yùn)動(dòng)，通常以短路形式通過，其結(jié)果是顆粒在閥中流動(dòng)困難，不適于粘性顆粒物料的回送。
經(jīng)典的具有V型閥結(jié)構(gòu)的流態(tài)化料腿，可以用于粘附性較小的超細(xì)顆粒的輸送，但對(duì)于粘附性強(qiáng)的超細(xì)顆粒，如未改性的超細(xì)碳酸鈣，則存在兩個(gè)問題1.在閥體內(nèi)形成堵塞，致使V型閥失去輸送物料的能力；2.V型閥要求與之相聯(lián)的料腿部分中的顆粒物料處于一種初始流化狀態(tài)，以便順利地將物料輸送進(jìn)入V型閥的閥體。但是對(duì)于粘性顆粒，特別是對(duì)于粘附性較強(qiáng)的顆粒來說，其流化過程中出現(xiàn)的聚團(tuán)，溝流，架橋等現(xiàn)象，使得維持粘性顆粒在料腿中的流化狀態(tài)變得困難，其結(jié)果是造成V型閥不能夠穩(wěn)定的工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，而提供一種適用于超細(xì)及粘性顆粒的循環(huán)流化床反應(yīng)器，該反應(yīng)器使超細(xì)及粘性顆粒能夠正常流化，徹底消除粘性顆粒在提升管中的附壁現(xiàn)象，可以加強(qiáng)流化聚團(tuán)的破碎-團(tuán)聚過程，強(qiáng)化顆粒間的混合，提高聚團(tuán)和主體相間的傳熱、傳質(zhì)等過程以及聚團(tuán)內(nèi)部的傳熱、傳質(zhì)等過程；且易于實(shí)現(xiàn)過程應(yīng)用及放大，操作控制簡單，穩(wěn)定運(yùn)行，節(jié)約能量，無需后期物料分離的氣固相流化床反應(yīng)器。通過該反應(yīng)器能夠得到穩(wěn)定的、能夠控制的超細(xì)粘性顆粒流。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的適用于超細(xì)及粘性顆粒的循環(huán)流化床反應(yīng)器，包括提升管2、超細(xì)顆粒捕集系統(tǒng)11和回料系統(tǒng)，該回料系統(tǒng)為具有V型閥的料腿，提升管2的上部與超細(xì)顆粒捕集系統(tǒng)11相連，超細(xì)顆粒捕集系統(tǒng)11的下部與回料系統(tǒng)相連，回料系統(tǒng)的料腿通過V型閥與提升管2相連；其特征在于在提升管2內(nèi)放有浮游內(nèi)構(gòu)件3；所述的料腿為錐形料腿1；所述的V型閥為V型氣動(dòng)輸料閥4；所述的浮游內(nèi)構(gòu)件3為具有球形或者近似球形顆粒狀物或不規(guī)則形狀，其直徑或者當(dāng)量直徑為50～3000微米，密度或者表觀密度為500～3000kg/m3；所述的錐形料腿1的錐形角度為5～60°；所述的錐形料腿底部設(shè)有錐形料腿流化氣體進(jìn)口6及錐形料腿氣體分布板8；所述的V型氣動(dòng)輸料閥具有V型閥輔助進(jìn)氣口及V型閥輔助氣體分布板10。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a是本發(fā)明的錐形回料系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖2b是本發(fā)明的錐形回料系統(tǒng)的正視圖；其中錐形料腿1提升管2 浮游內(nèi)構(gòu)件3V型閥4 提升管流化氣體進(jìn)口5 錐形料腿流化氣體進(jìn)口6提升管氣體分布板7 錐形料腿氣體分布板8V型閥輔助進(jìn)氣口9
V型閥輔助氣體分布板10 超細(xì)顆粒捕集系統(tǒng)11細(xì)顆粒流12 提升管流化氣體13錐形料腿流化氣體14 V型閥輔助氣體15排出流化氣體16 V型閥進(jìn)料口41V型閥排料口42 V型閥排料管43具體的實(shí)施方式本發(fā)明還將結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例作進(jìn)一步詳述本發(fā)明的工作原理如下1、本發(fā)明的提升管內(nèi)的浮游內(nèi)構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)及作用根據(jù)超細(xì)粘性顆粒的性質(zhì)，選取適當(dāng)密度和直徑的浮游內(nèi)構(gòu)件3。在流化氣體的作用下，浮游內(nèi)構(gòu)件3在循環(huán)流化床提升管2中形成經(jīng)典流化狀態(tài)或者湍動(dòng)流化狀態(tài)，而粘附性顆粒則形成快速流化床狀態(tài)。
如果Umin、Umax分別為循環(huán)流化床提升管2中超細(xì)顆粒的最小帶出氣體表觀速度和超細(xì)顆粒的稀相輸送速度；Umb，f、Ut，f分別為浮游內(nèi)構(gòu)件的最小流化速度和終端速度；那么所選取的浮游內(nèi)構(gòu)件3應(yīng)當(dāng)具有這樣的性質(zhì)Umb，f＜Umin，Umax＜Ut，f。浮游內(nèi)構(gòu)件的Umb，f、Ut，f的計(jì)算參考一般A或者B類顆粒umb、ut的計(jì)算方法。
在正常工作狀態(tài)，浮游內(nèi)構(gòu)件3不被流化氣體帶出循環(huán)流化床的提升管2。也就是說，浮游內(nèi)構(gòu)件3不進(jìn)入循環(huán)流化床的顆粒循環(huán)。
由于浮游內(nèi)構(gòu)件3處于經(jīng)典流化或者湍動(dòng)流化狀態(tài)，浮游內(nèi)構(gòu)件3之間、浮游內(nèi)構(gòu)件3與超細(xì)粘性顆粒流化聚團(tuán)之間以及浮游內(nèi)構(gòu)件3與流化床器壁之間處于一種激烈的碰撞狀態(tài)。這種激烈的碰撞，主要有以下的作用1.可以防止高粘性超細(xì)顆粒在流化過程中形成過分長大的流化聚團(tuán)，而這種聚團(tuán)的過分長大通常會(huì)在提升管2內(nèi)形成死床區(qū)域，造成流化床的非正常操作；2.這種碰撞作用還可以防止粘附性顆粒在提升管2內(nèi)壁上形成粘附層，幾乎可以徹底消除粘性顆粒在主反應(yīng)器提升管2中的附壁現(xiàn)象；3.可以加強(qiáng)流化聚團(tuán)的破碎一團(tuán)聚過程，強(qiáng)化顆粒間的混合，提高聚團(tuán)和主體相間的傳熱、傳質(zhì)等過程以及聚團(tuán)內(nèi)部的傳熱、傳質(zhì)等過程；4.浮游內(nèi)構(gòu)件3之間的碰撞，可以保證浮游內(nèi)構(gòu)件3表面不粘附細(xì)顆粒。
2、錐形回料系統(tǒng)錐形回料系統(tǒng)包括兩部分錐形料腿1和V型氣動(dòng)顆粒輸料閥4。錐形料腿1內(nèi)的顆粒物料通過V型輸料閥4，有控制地輸送回提升管2；同時(shí)V型閥還能夠封堵提升管2內(nèi)的流化氣體，防止提升管2內(nèi)的流化氣體返串進(jìn)入料腿1。
為了能夠?qū)㈩w粒輸送進(jìn)入V型閥4，必須保證料腿1中的物料處于一種自由流動(dòng)狀態(tài)。處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的粘性顆粒才有可能被輸送進(jìn)入V型閥4。
超細(xì)粘性顆粒在某一個(gè)較低的流化氣體速度下的流化過程中會(huì)形成直徑較大的聚團(tuán)，并沉落至床層底部，形成死床區(qū)域。隨著流化過程的進(jìn)行，死床區(qū)域會(huì)不斷擴(kuò)大，最終導(dǎo)致整個(gè)床層發(fā)生死床。
提高超細(xì)粘性顆粒的流化速度，顆粒聚團(tuán)之間的碰撞加劇，可以減小流化過程中形成的流化聚團(tuán)的平均尺寸，并延長流化床層出現(xiàn)死床的時(shí)間。流化氣體速度被提升到足夠高時(shí)，甚至可以避免死床現(xiàn)象的發(fā)生。
但是，隨著流化氣體速度的提高，超細(xì)顆粒隨流化氣體的帶出率也增加，造成料腿1中的物料損失。同時(shí)，料腿1中采用過高的氣體速度，會(huì)給循環(huán)流化床的物料捕集系統(tǒng)11的正常工作帶來負(fù)面影響。比如，降低氣固分離器的分離效率，甚至完全破壞氣固分離器的正常工作。因此，通常循環(huán)流化床要求在較低的料腿1表觀氣體速度下操作，同時(shí)實(shí)現(xiàn)超細(xì)粘性顆粒在料腿1中的自由流動(dòng)。然而，這正是實(shí)現(xiàn)超細(xì)粘性顆粒循環(huán)流態(tài)化的困難所在。
與直管型料腿不同的是，錐形料腿1能夠在軸向方向上提供不同的表觀速度錐形料腿1在單位質(zhì)量流量為Gg的進(jìn)氣狀態(tài)下，某一截面上的表觀氣體速度為u＝Gg/(ρgπh2tan2(θ/2))，其中ρg為氣體密度，h為該截面到錐形幾何頂點(diǎn)的高度，θ為錐形料腿1的頂角。流化氣體的表觀速度隨截面幾何高度h的平方的倒數(shù)而變化。隨著幾何高度h的降低，表觀流化氣體速度u迅速增加，而隨著h的增加，表觀流化氣體速度u則迅速減小。
粘性超細(xì)顆粒在流化過程中形成的較大直徑的流化聚團(tuán)下落進(jìn)入錐形料腿的底部，遇到較高的流化氣體速度，該較高的流化氣體速度足夠保持這些較大直徑的聚團(tuán)處于流化狀態(tài)。并且，由于較高的流化氣體速度導(dǎo)致的更為劇烈的聚團(tuán)碰撞，使得大直徑的流化聚團(tuán)破碎減小成為直徑較小流化聚團(tuán)。這些較小直徑的流化聚團(tuán)被流化氣體重新送入錐形料腿的上部，同時(shí)，新的大聚團(tuán)又沉落進(jìn)入錐形料腿的底部。這樣就保證了錐形料腿不會(huì)因?yàn)樾纬纱蟮牧骰蹐F(tuán)而導(dǎo)致死床，從而在料腿中形成了穩(wěn)定的流化狀態(tài)。
錐形床內(nèi)表觀氣體速度與錐形床截面的幾何高度h的平方成反比，因此隨著h的減小(截面的下降)，氣體表觀速度迅速增加。這樣在較小的料腿進(jìn)氣量時(shí)，就可以滿足破碎大聚團(tuán)，維持料腿穩(wěn)定流化的要求。
隨著錐形料腿幾何高度的增加氣體表觀速度迅速減小，在錐形料腿床層的頂部不會(huì)形成嚴(yán)重的氣流顆粒夾帶。
對(duì)于粘附性大的顆粒，減小θ角，有利于顆粒的下行。根據(jù)不同的顆粒性質(zhì)，流化床設(shè)計(jì)的θ角在5～60°之間。
經(jīng)典的V型輸料閥不能夠輸送高粘附性的顆粒，必須加以輔助氣體。錐形料腿1內(nèi)的顆粒經(jīng)由V型閥4和料腿1之間的連接口41進(jìn)入V型閥4內(nèi)，并在閥內(nèi)形成堆積。經(jīng)典的V型閥，借助于從料腿中進(jìn)入V型閥內(nèi)的氣體，可以將堆積到一定程度的、流動(dòng)性較好的物料送入提升管。但是對(duì)于粘性顆粒，所需要的推動(dòng)力要大得多，因此必須對(duì)V型閥施加輔助進(jìn)氣。借助于輔助氣體15，V型閥4將堆積到一定量的粘性顆粒送入提升管2，而間隔期則形成料封，防止提升管2中的氣體返串進(jìn)入料腿1。
實(shí)施例一種適用于超細(xì)及粘性顆粒的循環(huán)流化床反應(yīng)器，包括提升管2、超細(xì)顆粒捕集系統(tǒng)11和回料系統(tǒng)，該回料系統(tǒng)有具有V型閥的料腿，提升管2的上部與超細(xì)顆粒捕集系統(tǒng)11相連，超細(xì)顆粒捕集系統(tǒng)11的下部與回料系統(tǒng)相連，回料系統(tǒng)的料腿通過V型閥排料管42與提升管2相連；在提升管2內(nèi)放有浮游內(nèi)構(gòu)件3；在提升管2下部設(shè)提升管流化氣體進(jìn)口5和提升管氣體分布板7；所述的浮游內(nèi)構(gòu)件3為具有球形或者近似球形的顆粒狀物或不規(guī)則形狀的顆粒狀物，其直徑或者當(dāng)量直徑為50～3000微米，密度或者表觀密度為500～3000kg/m3，其表面為光滑或粗糙。所述的錐形料腿1的錐形角度為5～60°。
所述的料腿為錐形料腿；所述的V型閥為V型氣動(dòng)輸料閥。
所述的錐形料腿1底部設(shè)有錐形料腿流化氣體進(jìn)口6及錐形料腿氣體分布板8。
所述的V型氣動(dòng)輸料閥具有V型閥輔助氣體15及V型閥輔助氣體分布板10。
所述的提升管2內(nèi)的提升管流化氣體13的速度大于錐形料腿流化氣體14的速度。
將上述循環(huán)反應(yīng)器進(jìn)行如下試驗(yàn)采用原生顆粒直徑0.1μm的未改性碳酸鈣進(jìn)行流化實(shí)驗(yàn)。該物料具有很強(qiáng)的粘附性，是典型的粘附性超細(xì)顆粒。流化床提升管2內(nèi)徑0.075m，高3.2m；物料捕集系統(tǒng)11采用二級(jí)旋風(fēng)分離器，捕集系統(tǒng)11所捕集的細(xì)顆粒被重新送回到料腿1；最終的氣體通過布袋除塵器后排放；料腿直管部分內(nèi)徑0.08m，錐形部分的錐度為5°，幾何高度0.8m；提升管內(nèi)裝有直徑0.0012m，密度2100kg/m3的浮游內(nèi)構(gòu)件0.5～2.0kg。提升管操作表觀氣體速度1.8～4.5m/s，錐形料腿進(jìn)25℃空氣2.78～11.1×10-4m3/s，V型閥輔助進(jìn)25℃空氣1.39～6.94×10-4m3/s。實(shí)現(xiàn)了碳酸鈣固體顆粒循環(huán)率為5～25kg/(m2·s)的穩(wěn)定循環(huán)流態(tài)化操作。
權(quán)利要求
1.一種適用于超細(xì)及粘性顆粒的循環(huán)流化床反應(yīng)器，包括提升管、超細(xì)顆粒捕集系統(tǒng)和回料系統(tǒng)，該回料系統(tǒng)為具有V型閥的料腿，提升管的上部與超細(xì)顆粒捕集系統(tǒng)相連，超細(xì)顆粒捕集系統(tǒng)的下部與回料系統(tǒng)相連，回料系統(tǒng)的料腿通過V型閥與提升管相連；其特征在于在提升管內(nèi)放有浮游內(nèi)構(gòu)件；所述的料腿為錐形料腿；所述的V型閥為V型氣動(dòng)輸料閥。
2.如權(quán)利要求1所述的一種適用于超細(xì)及粘性顆粒的循環(huán)流化床反應(yīng)器，其特征在于所述的浮游內(nèi)構(gòu)件為具有球形或者近似球形顆粒狀物或不規(guī)則形狀，其直徑或者當(dāng)量直徑為50～3000微米，密度或者表觀密度為500～3000kg/m3。
3.如權(quán)利要求1所述的一種適用于超細(xì)及粘性顆粒的循環(huán)流化床反應(yīng)器，其特征在于所述的錐形料腿的錐形角度為5～60°。
4.如權(quán)利要求1所述的一種適用于超細(xì)及粘性顆粒的循環(huán)流化床反應(yīng)器，其特征在于所述的錐形料腿底部設(shè)有錐形料腿流化氣體進(jìn)口及錐形料腿氣體分布板。
5.如權(quán)利要求1所述的一種適用于超細(xì)及粘性顆粒的循環(huán)流化床反應(yīng)器，其特征在于所述的V型氣動(dòng)輸料閥具有V型閥輔助進(jìn)氣口及V型閥輔助氣體分布板。
全文摘要
本發(fā)明的適用于超細(xì)及粘性顆粒的循環(huán)流化床反應(yīng)器，包括提升管、超細(xì)顆粒捕集系統(tǒng)和回料系統(tǒng)，回料系統(tǒng)具有V型閥料腿，提升管上部與超細(xì)顆粒捕集系統(tǒng)相連，超細(xì)顆粒捕集系統(tǒng)下部與回料系統(tǒng)相連，料腿通過V型閥與提升管相連；提升管內(nèi)放浮游內(nèi)構(gòu)件；錐形料腿的錐形角度為5～60°；V型閥為V型氣動(dòng)輸料閥；錐形料腿底部設(shè)流化氣體進(jìn)口及氣體分布板；V型氣動(dòng)輸料閥具有V型閥輔助進(jìn)氣口及V型閥輔助氣體分布板；該反應(yīng)器可使超細(xì)及粘性顆粒正常流化，徹底消除在提升管中的附壁，加強(qiáng)流化聚團(tuán)的破碎－團(tuán)聚過程，強(qiáng)化顆粒間混合，提高聚團(tuán)和主體相間的傳熱、傳質(zhì)及聚團(tuán)內(nèi)部的傳熱、傳質(zhì)；且易于放大，操作簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)約能量，無需后期物料分離。
文檔編號(hào)B01J8/24GK1485127SQ0213127
公開日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2002年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月24日
發(fā)明者童華, 李洪鐘, 童 華 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院過程工程研究所