一种轻颗粒悬浮系统技术方案

本发明专利技术提出了一种轻颗粒悬浮系统，所述轻颗粒悬浮系统包括气液固三相区，所述气液固三相区包括气相、液相和固相，所述液相为连续相，所述固相为轻颗粒，所述轻颗粒的密度小于所述液相密度。所述液相作为连续相用于分散所述固体轻颗粒，固体颗粒选用密度小于所述液相的轻颗粒。本发明专利技术的轻颗粒悬浮系统具有以下优势：在液相中通入气体，使轻颗粒分散于液相中，利于气液固三相充分接触，且节省能耗。

A light particle suspension system

The present invention provides a light particle suspension system, the suspension system includes a light gas liquid solid three-phase region, the gas liquid solid three-phase region including gas phase, liquid phase and solid phase and the liquid phase as the continuous phase and the solid phase of light particles, the light particle density is less than that of the liquid density. The liquid phase serves as a continuous phase for dispersing the solid light particles, and the solid particles select light particles of a density smaller than the liquid phase. The light particle suspension system of the invention has the following advantages: the gas is injected into the liquid phase, the light particles are dispersed in the liquid phase, and the gas liquid solid three-phase contacts are fully contacted, and the energy consumption is saved.

【技术实现步骤摘要】
一种轻颗粒悬浮系统
本专利技术属于气液固三相接触领域，尤其是涉及一种轻颗粒悬浮系统。
技术介绍
在过程工程及其它许多工业过程中，经常需要用到多相流系统，包括气-液、气-固、液-固、气-液-固等体系。并且，又常常要求在这些体系中，各相之间有着充分的接触，以保证这类系统的效率。以液固相系统为例，比如在某个液固化学反应中，固体以颗粒的形式存在于连续的液体相中，其中至少部分反应是在液固界面上进行的。为了提高液体与固体的反应效率，就需要将固体颗粒尽量分散于液体中，使固体颗粒与液体有更大的接触表面积。又比如在某个液相催化反应中，固体催化剂以颗粒的形式存在于连续的液体相中，两种或两种以上的液体组份在固体颗粒(催化剂)的表面进行反应。在这种情况下，为了提高液体间的催化反应效率，也是需要将固体颗粒尽量分散于液体中，使被反应的液体有更多的机会与固体颗粒表面进行接触。如果这些反应亦需要气体相的参与者，亦可以将气体充入，此时形成气液固三相系统。又比如在某个吸附分离过程中，为了提高吸附效率，更需要将颗粒尽量分散于液体相中，使吸附剂有更多的机会与液体中溶质接触而发生吸附反应。在如上液固系统中，所涉及的固体颗粒一般均重于液体，因而在系统静止时，颗粒将堆积在系统底部，不能自动上浮。为了使颗粒有效地分散在液体中，人们开发了一些有效的方法。比如通过强力搅拌，通过机械、液体或者气体的强力射流，使至少一部分颗粒悬浮在混合体中。另一种有效的方法，就是利用固体流态化。该方法是将液体从系统的下部注入到液固系统中，形成向上的净流体流动，导致系统中的颗粒，因液体向上流动所造成的曳力而被悬浮。此时，通过合理地调整液体流速，使液体流速高于最小流化速度而低最小夹带速度，就可以有效地将颗粒比较均匀地分散在系统内至少一部分空间内。如果同时在系统的底部加入气体，气体的向上流动也可以提供额外的曳力，协助颗粒的悬浮。此时系统成为气液固三相体系。如果所涉及的固体颗粒轻于流体，在系统静止时，颗粒将浮在系统的上表面而不会自动下沉。为了使颗粒有效地分散在液体中，除了通过强力搅拌，比如机械、液体或者气体的强力射流，还可以采用逆向固体流态化的方法。该方法是将液体从系统的上部注入到液固系统中，形成向下的净流体流动，导致系统中的颗粒，因液体向下流动所造成的曳力而被倒悬浮——一种因克服颗粒轻于液体而带来的浮力的悬浮现象，有时又称为逆向流态化。此时，通过合理地调整液体流速，使液体流速高于最小逆向流化速度而低最小逆向夹带速度，亦可以有效地将颗粒比较均匀地分散在系统的至少一部分空间内。但在此逆向流态化条件下，从上部同时加入气体一般将没有意义，因为气体不会向下流动。在上述两类系统中，固体流态化方法虽然可以使颗粒比较有效地分散悬浮在液体相中(或者液体与气体的混合相中)，但必须维持一定的液体流速，即最小流化速度。为此需要消耗能量，用来驱动如水泵等装置，以维持较高的液体速度，因而导致不必要的能量损耗。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种轻颗粒悬浮系统，以克服现有技术的不足，在液相中通入气体，使气液混合流体的平均比重下降，当混合流体的平均比重与轻颗粒接近或相当时，流体流动的少许搅动，即可使轻颗粒被分散在液相中，利于气液固三相充分接触，且节省能耗。具体技术方案如下：一种轻颗粒悬浮系统，其特征在于：包括气液固三相区，所述气液固三相区包括气相、液相和固相，所述液相为连续相，所述固相为轻颗粒，所述轻颗粒的密度均一或非均一，所述轻颗粒的尺寸均一或非均一，所述气相自下而上流动，所述轻颗粒分散于所述液相中，所述轻颗粒的密度小于所述液相密度。相对于现有技术，本专利技术具有以下优势：在液相中通入气体，使轻颗粒分散于液相中，利于气液固三相充分接触，且节省能耗。附图说明图1为本专利技术轻颗粒悬浮系统结构示意图；图2(a)-图2(d)为气液固三相区中横截面上设置一个或多个气体分布器的型式示意图；图3(a)-图3(c)为气液固三相区中垂直方向设置一个或多个气体分布器的型式示意图；图4(a)-图4(d)为轻颗粒悬浮系统中管道与气体分布器配合设置的示意图；图5为轻颗粒在不同颗粒填装高度下的最小流化气速的变化。具体实施方式：为了更好的理解本专利技术的轻颗粒悬浮系统，下面结合图1-5实例进行阐述。在一个实施例中，本专利技术公开了一种轻颗粒悬浮系统，包括气液固三相区，所述气液固三相区包括气相、液相和固相，所述液相为连续相，所述固相为轻颗粒，所述轻颗粒的密度小于所述液相密度。在所述的液体连续相中放入轻颗粒，由于所述轻颗粒的密度低于所述液相密度，静置时轻颗粒浮于液体的上部(系统的上部为自由界面)。液相可连续或间歇地从装置上部或下部加入到系统中，若要保持液位恒定，可增设溢流堰或采用其他可实施性方案；气体经气体分布器均匀分布后进入到体系中。随着气速的增大，使得气液两相流体的平均密度不断下降，当其下降到与轻颗粒的密度接近或相当时，流体的轻微扰动即可使轻颗粒悬浮于系统中。由于所用的固体颗粒密度低于液相密度，若要使轻颗粒处于悬浮状态，仅需克服液相对颗粒向上的浮力，因而很容易被流化，从而节省能量。在该实施例中，所述液相作为连续相，用于分散所述固体轻颗粒，固体颗粒选用密度小于所述液相的轻颗粒，可在基本确保悬浮系统能够维持的情况下有效地节省能量。进一步的，在另一个实施例中，所述轻颗粒的密度均一或非均一，所述轻颗粒的尺寸均一或非均一，所述轻颗粒分散于所述液相中。当所述轻颗粒的密度小于所述液相密度时，如果气相自下而上流动，那么使得气相和液相混合后的流体密度下降到接近或等于轻颗粒的密度，流体的少许扰动便可使得所述轻颗粒悬浮于所述液相中。尽管密度可以非均一，但需要认识到：随着轻颗粒密度的增大、最小流化速度随之下降；随着轻颗粒粒径的增大，最小流化速度随之增加。最小流化速度是指颗粒从部分悬浮至完全悬浮或接近完全悬浮的转变速度。选择所述轻颗粒时，可以综合考虑颗粒的材质、形状、密度、粒径等等影响条件。一般可以选用聚乙烯、聚丙烯、发泡的聚苯乙烯、中空玻璃球等等。所述轻颗粒的形状不定，可以是球形，椭球形，柱状形，也可以是不规则多边形等等。选择轻颗粒考虑颗粒直径因素时，首选轻颗粒直径小于10mm的轻颗粒，优先选择轻颗粒直径小于5mm的轻颗粒，若所选择的颗粒直径越大，则颗粒的比表面积越小，同密度下的颗粒所需的最小流化速度越大，既不利于气液固三相充分接触又消耗能量。在另一个实施例中：当气相的气速升高至临界气速时，至少部分所述轻颗粒开始被系统所悬浮。若要维持颗粒悬浮于系统中，应确保足够时间下，操作气速是大于临界气速的状态。在另一个实施例中：所述轻颗粒的密度大于等于所述液相密度的80％且小于所述液相密度，所述轻颗粒的体积在所述气液固三相区中的体积分率小于等于30％。对于该实施例而言，若所述轻颗粒的密度过小，则需要的所述气相的量过大，维持悬浮状态所需能耗就高。选择轻颗粒考虑密度因素时首选密度大于等于所述液相密度的80％的轻颗粒，优先选择大于所述液相密度90％的轻颗粒。若轻颗粒的密度低于所述液相密度的80％，同等体积下所述轻颗粒与所述液相密度差过大，需要更大的动力才能克服轻颗粒本身的浮力，能耗过大，轻颗粒的密度与所述液相密度越接近，越容易在所述液相中悬浮。如果不在乎能耗，那么此处轻颗粒的密本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轻颗粒悬浮系统，其特征在于：包括气液固三相区，所述气液固三相区包括气相、液相和固相，所述液相为连续相，所述固相为轻颗粒，所述轻颗粒的密度均一或非均一，所述轻颗粒的尺寸均一或非均一，所述气相自下而上流动，所述轻颗粒分散于所述液相中，所述轻颗粒的密度小于所述液相密度。

【技术特征摘要】
1.一种轻颗粒悬浮系统，其特征在于：包括气液固三相区，所述气液固三相区包括气相、液相和固相，所述液相为连续相，所述固相为轻颗粒，所述轻颗粒的密度均一或非均一，所述轻颗粒的尺寸均一或非均一，所述气相自下而上流动，所述轻颗粒分散于所述液相中，所述轻颗粒的密度小于所述液相密度。2.根据权利要求1所述的一种轻颗粒悬浮系统，其特征在于：优选的，当气相的气速升高至临界气速时，至少部分所述轻颗粒开始被系统所悬浮。3.根据权利要求1所述的一种轻颗粒悬浮系统，其特征在于：所述轻颗粒的密度大于等于所述液相密度的80％且小于所述液相密度，所述轻颗粒的体积在所述气液固三相区中的体积分率小于等于30％。4.根据权利要求1所述的一种轻颗粒悬浮系统，其特征在于：在所述气液固三相区中，所述气相的体积分率小于等于25％。5.根据权利要求1所述的一种轻颗粒悬浮系统，其特征在于：在所述轻颗粒悬浮系统中，所述轻颗粒被连续或间歇地加入和取出。6.根据权利要求1所述的一种轻颗粒悬浮系统，其特征在于：在所述轻...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝京旭，邵媛媛，马可颖，
申请(专利权)人：天津西敦津洋环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12