[问题]在使用强聚集性、易固结的粉末的填充床、移动床和多段流化床中，由于产生沟流，不能够与气体均匀接触，因此需要一种不产生沟流且能够使用这种粉末的装置。[解决方案]根据本发明专利技术，通过在从下方通风的填充床3或移动床内安装至少一对板来抑制沟流的发生，该对板至少由一对水平摆动多孔板5和静止多孔板4组成；并且使摆动多孔板5作水平摆动运动，从而将水平摆动运动传递给粉末，从而在使用强聚集性、易固结粉末的填充床、移动床或多段流化床装置中实现迄今为止不可能的均匀气固接触，且粉末床中的这些多孔板抑制了粉末固结的发生。此外，在配备这种摆动机构的多段流化床中，即使气体流速小于最初流化速度，摆动板的运动也能实现均匀的气固接触。均匀的气固接触。均匀的气固接触。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有摆动机构且能使气体和粉末之间均匀接触的填充床、移动床和多段流化床装置
[0001]在通过气体与颗粒之间的接触进行的干燥和反应等处理中，粒径小、比表面积大的细粉的处理速率和反应速率更快，且更有利。因此，用于固体催化反应的催化剂的颗粒尺寸很小，仅数微米，且近年来，纳米尺寸的催化剂也被用于获得更高的活性。填充床用作使用固体催化剂的反应器，其主要原因是反应器的容积效率高于流化床装置，且比流化床装置更紧凑，流化床装置是一个完全的混合反应器。
[0002]然而，在填充有这种细粒催化剂的填充床反应器中，当细粉状态的催化剂被紧密填充时，气流的压降变大，并且气体速度的分布容易变得不均匀。因此，当使用细颗粒催化剂时，一般将它们附着在被称为载体的大的惰性颗粒的表面上，然后将这些附着在大颗粒上的催化剂进行填充以使用。
[0003]另一方面，当细粉用于填充床中时，在填充床的底部，由于粉末本身的重量，很容易发生粉末压实。另外，在向该粉末床中通入气体时，容易产生局部沟流(channeling)等偏流(不均匀流动)。由于偏流的发生，床中的气
‑
粉不能够均匀接触。迄今为止，为避免此类问题的发生，此类细粉尚未直接用于填充床反应器和移动床反应器。
[0004]在本专利技术中，即使在容易发生这种偏流的细粉的情况下，通过实施一种抑制在填充床、移动床、多段移动床和多段流化床中发生偏流的机制，能够实现均匀的气体和细粉接触。
技术介绍
[0005]填充床、移动床和流化床是一种在其中进行粉末干燥或气固反应等气体与粉末接触的装置。在此类装置中，均匀的气
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粉接触是控制装置容积效率的极其重要的因素。然而，这种均匀接触是否可行，其难度很大程度上取决于粉末的性质。流化床是用于气
‑
粉均匀接触的装置，也是完全混合装置之一，在流化床中，实现均匀气
‑
粉接触必不可少的是实现均匀流化以防止偏流的发生。然而，当在流化床中使用细粉时，均匀流化变得困难。这种流化的难易程度和颗粒的平均粒径及密度的关系如图1Geldart的流动性分类图(Geldart D.，粉末技术，1，285，1973)所示。
[0006]在图1中，横轴是颗粒直径，纵轴是颗粒密度和流体密度之差。“A区域”表示可以正常流化的区域，“B区域”表示流化时产生大气泡的区域，“D区域”表示气泡尺寸变大且一些颗粒被气流夹带并喷出的喷射床区域。在此，“C区域”表示由于颗粒粒径较小聚集性强而难以均匀流化的区域。根据该图所示，小于20μm的颗粒倾向于聚集，属于所述“C”区域。
[0007]在填充床和移动床中，通过粉末床的气流速度低于最小流化速度，因此比起在普通流化床中更容易引起偏流。(也就是说和流化床相比，图一中“C”和“A”区域之间的边界线将向右偏移。)在粉末处理装置中(其中向细粉中通入气体)，防止偏流的发生和实现气
‑
固均匀接触是极其重要的技术因素。
[0008]本专利技术关注的是使用细粉的填充床和移动床，它们容易发生偏流。在详细说明之
前，说明了本专利技术关注填充床和移动床的原因。
[0009]根据化学工程手册，第4版，第1446页，从反应器的容积效率的角度来看，显示了填充床优于完全混合反应器，例如流化床。在本手册中，以一级反应为例，为获得相同的转化率，填充床反应器所需的体积V
P
与完全混合反应器所需的体积V之比由方程式1表示。
[0010][方程式1][0011][0012]式中，k为反应速率常数，θ为反应时间，u为流体(气体或液体)的流速，L为反应器的轴向长度，D
L
为轴向混合扩散系数(轴向混合度)。在填充床和流化床发生相同反应的情况下，当通过的流体在这些反应器中的反应时间θ和流速u相同时，填充床中流体和粉末的流速分布是平坦的，即活塞流(plug
‑
flow)，不会发生返混，因此，混合扩散系数D
L
的值为零。另一方面，由于流化床是一个完全混合反应器，混合扩散系数D
L
的值很大。从这些信息和方程式1可以看出，流化床的反应器体积V大于填充床反应器的体积V
P
，即V/V
P
>1。这意味着移动床反应器的容积效率总是高于流化床反应器的容积效率。此外，从方程式1可以看出，为了提高反应器的容积效率，抑制反应器中气体和粉末的返混对于最大程度地减少轴向混合扩散系数很重要。
[0013]因此，在本专利技术所涉及的装置中，重要的是实现气体和粉末的均匀流速分布以最大程度地减少返混，并尽可能地防止由于诸如沟流等偏流而出现气体流动捷径。
[0014]当在填充床和移动床中使用易偏流的细颗粒时，如果可以通过外加一些动力来增加颗粒的运动性，并通过动力不断分解产生的偏流，则可以在填充床和移动床中建立均匀的气
‑
固接触。
[0015]在“C”区域中使用细粉时的另一个问题是，当细粉床的高度堆积得更高时，由于粉末本身的重量，容易在粉末床底部周围发生压实。通过发生这种压实，通过它的气流的压降变得非常大。迄今为止，为了避免这种压实的发生，尚未将微小或容易固结的颗粒直接用于填充床和移动床。
[0016]此处，关于填充粉末的填充床中的压降，可以通过著名的Kozeny
‑
Carman方程式(Philip C.Carman“Trans.Inst.Chem.Engrs.”.,London,15.150,1937)来计算。
[0017]通过方程式2可知，填充床的压降ΔP与粒径D
P
的平方成反比增加，并且还与粉末床的孔隙率ε的函数(1
‑
ε)2/ε3相关。其中，V0是反应器中的空塔气速，μ是流体的粘度，Φ
S
是颗粒的形状因子。
[0018]作为试算示例，当粒径从200μm变为其1/10的20μm时，由方程式2计算得到细粉末床的压降将增加为原来的100倍。
[0019]此外，压实度的影响由孔隙率函数(1
‑
ε)2/ε3表示。
[0020]例如，当粉末床被压实孔隙率ε为0.1时，该函数的计算值为810，这是一个极高的值。另一方面，当不压实而使粉末床松动孔隙率ε变大至0.8时，该函数的计算值变则为0.078(约为1/13)，压降反而大大减少。
[0021]即，在使用了这种微细粉末的填充床和移动床中，重要的是防止压实，充分地松散粉末床的体积密度并保持较大的孔隙率ε(＝降低体积密度)。
[0022][方程式2][0023][0024]作为现有的不产生偏流和压实的细粉用粉末处理装置，倾斜回转窑是公知的，它可以通过旋转斜筒来处理细粉。该回转窑内粉末流动与气体流动相反，由于回转窑是逆流装置所以是移动床中的一种。
[0025]然而，在回转窑中，气体并不通过粉末床内部，而是在穿过筒内时与通过筒的旋转而提升之后落下的粉末接触。在这样的回转窑中，不会出现偏流分布本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种填充床、移动床及多段流化床装置，在易发生偏流的粉末用于填充床、移动床及多段流化床时，在气体通风时容易因窜流等发生偏流，无法进行均匀的气固接触，因此一直未使用易发生偏流的粉末，作为改善这种细粉流动性的方法，通过使用水平圆周摆动运动代替旋转运动，有助于颗粒水平方向的运动，能够实现均匀的气固接触。2.一种填充床、移动床及多段流化床装置，作为在细粉床中赋予水平环形摆动运动的装置，使用有水平板，所述水平板使用可摆动运动的多孔板，以免阻碍气体和粉末垂直方向的流动，对多孔板赋予水平摆动运动，在多孔板的垂直方向上设有以恒定间隔固定且无法活动的静止多孔板，将多孔板和静止多孔板配对设置在粉末床中，仅使可摆动运动的多孔板产生水平环形摆动运动，在静止多孔板之间的粉末中产生剪切应力，通过所述剪切应力，使粉末的体积密度平均化，从而防止发生偏流，由此能够实现均匀的气固接触。3.一种填充床、移动床及多段流化床装置，权利要求1
‑
2所述的、粉末床中设置的摆动多孔板和静止多孔板支承每个多孔板上的粉末重量，从而防止整个粉末重量集中施加在装置底部，抑制装置底部的粉末压实以及体积密度的上升，并防止细粉床中的压力上升和窜流的发生，从而能够实现均匀的气固接触。4.一种转换为摆动运动的机构，作为对权利要求1
‑
3所述的摆动多孔板赋予水平环形摆动运动的机构，具有随着垂直的旋转轴的旋转而在水平面内旋转的偏心凸轮，多孔板上同心设置有与所述偏心凸轮的长端内接的环，所述多孔板的直径比容器的内径小摆动运动宽度，在这种状态下，一方面，通过所述偏心凸轮的旋转推动所述环转动，使所述摆动多孔板在水平面上进行偏心旋转运动，另一方面，通过设在容器内壁的至少三处以上的轴对称的位置的旋转限制机构，将所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：紫垣由城，
申请(专利权)人：紫垣由城，
类型：发明
国别省市：
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