專利名稱：超細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，特別涉及超細顆粒氣固相加工的流化床反應(yīng)器。
超細顆粒屬于黏性細顆粒，對于黏性細顆粒的氣固相加工或催化反應(yīng)過程，由于黏性細顆粒的粒間作用力很強，流態(tài)化時易產(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)流化床只有一個濃相段，低速時處理量低。
為了解決超細顆粒流態(tài)化時易產(chǎn)生的溝流、結(jié)塊或聚團，目前，對粘性細顆粒的流態(tài)化方法大多采用如下幾種方法1.附加外力場正如文獻Mori，S.，第二屆中日流態(tài)化會議文集，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))所報導(dǎo)的附加外力場，主要是振動流化床與磁場流化床。使用振動流化床，大多數(shù)黏性細顆?？稍谝欢ǖ恼駝宇l率下實現(xiàn)流態(tài)化操作，但由于反應(yīng)器系統(tǒng)處于振動狀態(tài)，物料處于全混態(tài)，停留時間不易控制，放大時在管道連接、設(shè)備壽命等問題上有致命的缺點；磁場流化床是利用鐵磁性顆粒在磁場中形成鏈狀物來破碎聚團體與氣泡。從而改善黏性細顆粒的流化質(zhì)量，但放大困難，耗電量大，不宜高溫操作。2.本征方法美國專利US4743431和日本專利JP62106214所報導(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改善黏性細顆粒的流態(tài)化質(zhì)量。該方法簡易方便、不需附加設(shè)備，但對于超細粉末添加顆粒流化時，由于加入了摻雜組份，有時需后期分離。3.其它方法羅馬尼亞專利RO-79678所報導(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題，提供一種使超細顆粒在流化床中停留時間容易控制，設(shè)備使用周期長，床體中無溢流管，能耗低，易工業(yè)化，無需動力設(shè)備及后期分離物料，操作簡便的超細顆粒氣固相加工的流化床反應(yīng)器。
本發(fā)明的技術(shù)方案是對包括床體和分布板的現(xiàn)有流化床反應(yīng)器進行改進，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，其連接是擋板通過法蘭或直接與床體固定連接，或擋板固定連接在一通過固定架與床體相連接的管柱上，擋板可由多個相同或不相同形狀的擋板拼接組成一個大的擋板，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，在擋板上無動力裝置。
下面進一步介紹本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容是如何實現(xiàn)發(fā)明目的的。
在常規(guī)的流化床中，通過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，也可由若干個十字架型、交叉S架型或百葉窗架型等的小擋板通過焊接等方法組成更大的擋板。
通過在床內(nèi)添加內(nèi)構(gòu)件(擋板)的方法，使得黏性的超細顆粒物料在流化時溝流通道的發(fā)展得以阻止。擋板可為1-40層，甚至更多，層數(shù)越多，物料流過反應(yīng)器時越接近活塞流，停留時間越均勻，具體層數(shù)可根據(jù)總過程的經(jīng)濟評價來確定。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，通過擋板對聚團的撞擊，大的顆粒聚團得以破碎或分裂，物料的進一步黏結(jié)得到控制；通過安裝多層的內(nèi)構(gòu)件或擋板，可使得流化床中具有多個濃相段，采用逆流操作時，物料從反應(yīng)器頂部逐級下流進行氣固接觸，從而可保持較長的停留時間；從上至下流動的物料，在每層得以重新分布，到達底部時具有較均勻的停留時間分布。
該種反應(yīng)器加工時，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。
擋板還可通過中心固定柱相連，安裝時，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。
超細顆粒物料從反應(yīng)器上部加入，在從下部進入的氣流和內(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)明使超細顆粒物料實現(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)具有足夠的停留時間，且時間容易控制；3.經(jīng)過多層內(nèi)構(gòu)件的再分布作用，進、出反應(yīng)器的物料具有了比較均勻的停留時間分布，為達到均勻的產(chǎn)品氧化程度打下了基礎(chǔ)；4.有效的破碎了聚團并抑制了聚團的長大，平均聚團尺寸保持在從幾十μm到幾百μm左右。
5.由于沒有摻雜組份，故不需后期分離，保證了穩(wěn)定的連接流動出料。
6.無需動力設(shè)備，操作簡便，設(shè)備使用周期長，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)-固相物料的停留時間分布密度函數(shù)θ-無因次時間實施例11.采用天津炭黑廠濕法生產(chǎn)的N115型超細炭黑(顆粒平均直徑為20納米)，在內(nèi)徑為48毫米，高2.5米的流化床中進行流態(tài)化實驗，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)、實驗發(fā)現(xiàn)，超細炭黑流化均勻，未加構(gòu)件時易溝流的現(xiàn)象消失，床層壓降穩(wěn)定，聚團的平均尺寸保持在20到500微米之間，床層下部可以連續(xù)穩(wěn)定的流動排料。層數(shù)越多，物料流過反應(yīng)器時越接近活塞流，停留時間分布越均勻，如圖4。
對采用不同擋板數(shù)的流化床反應(yīng)器，固相物料的停留時間分布函數(shù)可按各層固相完全混合、層間無固相返混的、具有N層的多層流態(tài)化床來計算E(θ)=N(Nθ)N-1(N-1)!·(exp-N0)]]>E(θ)-固相物料的停留時間分布密度函數(shù)N-床層數(shù)θ-無因次時間(t/γ)，t-物料停留時間，秒γ-物料平均停留時間，秒。實施例2采用天津炭黑廠干法生產(chǎn)的N200型超細炭黑(顆粒平均直徑為24納米)，在內(nèi)徑為48毫米，高2.5米的流化床中進行流態(tài)化實驗，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)、實驗發(fā)現(xiàn)，超細炭黑流化均勻，未加構(gòu)件時易溝流的現(xiàn)象消失，床層壓降穩(wěn)定，聚團的平均尺寸保持在20到500微米之間，床層下部可以連續(xù)穩(wěn)定的流動排料。層數(shù)越多，物料流過反應(yīng)器時越接近活塞流，停留時間分布越均勻，如圖4。
對采用不同擋板數(shù)的流化床反應(yīng)器，固相物料的停留時間分布函數(shù)可按各層固相完全混合、層間無固相返混的、具有N層的多層流態(tài)化床來計算E(θ)=N(Nθ)N-1(N-1)!·(exp-N0)]]>E(θ)-固相物料的停留時間分布密度函數(shù)N-床層數(shù)θ-無因次時間(t/γ)，t-物料停留時間，秒γ-物料平均停留時間，秒。
權(quán)利要求
1.一種超細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法蘭或直接與床體固定連接，或擋板固定連接在一通過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相同或不相同形狀的擋板拼接組成一個大的擋板。
4.如權(quán)利要求1所述的超細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動力裝置。
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,其連接是通過法蘭或通過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的溝流現(xiàn)象,阻止聚團長大并破碎聚團,具有穩(wěn)定的流化床壓降,達到平穩(wěn)的流化狀態(tài)。且不需引入額外動力,能耗低,操作方便。物料易達到均勻的停留時間分布。
文檔編號B01J8/24GK1198962SQ97111770
公開日1998年11月18日 申請日期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 申請人:中國科學(xué)院化工冶金研究所