粘性細(xì)礦粉流態(tài)化反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種粘性細(xì)礦粉流態(tài)化反應(yīng)器，包括氣流分布室、反應(yīng)器主體和爐頂，氣流分布室外壁設(shè)有氣流切向進(jìn)入的反應(yīng)氣體入口，反應(yīng)器主體外壁下端設(shè)有細(xì)礦粉及循環(huán)回料入口，爐頂設(shè)有出口，氣流分布室和反應(yīng)器主體之間通過(guò)氣體分布器連通。所述氣體分布器為尖部朝下的圓錐筒，圓錐頂角為45°~60°；在圓錐筒氣體分布器壁上均勻布設(shè)有若干勻流小孔，每個(gè)勻流小孔與圓錐筒氣體分布器外壁相切，勻流小孔的切向與反應(yīng)氣體入口的切向相同。所述勻流小孔直徑為1～2mm，且勻流小孔總面積為圓錐筒氣體分布器內(nèi)表面積的1.5～5%。本發(fā)明不需外加構(gòu)件，不受反應(yīng)器溫度限制、能耗低，能使粘性細(xì)礦粉均勻流態(tài)化。
【專利說(shuō)明】粘性細(xì)礦粉流態(tài)化反應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及顆粒流態(tài)化技術(shù)，特別涉及粘性細(xì)礦粉流態(tài)化反應(yīng)器，本反應(yīng)器利用氣流旋轉(zhuǎn)剪切力和顆粒之間的摩擦碰撞來(lái)破碎粘性細(xì)礦粉顆粒團(tuán)聚，使其流化。
【背景技術(shù)】
[0002]在礦產(chǎn)資源的提取分離過(guò)程中，去除雜質(zhì)有害元素后得到的精礦粉，粒度都較細(xì)，比如國(guó)產(chǎn)精礦粉、超細(xì)人造金紅石等。由于細(xì)顆粒具有較強(qiáng)的顆粒間作用力而發(fā)生相互粘附和聚結(jié)，對(duì)其進(jìn)行流態(tài)化操作時(shí)，容易形成溝流、節(jié)涌或聚團(tuán)，造成氣固接觸效率降低，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件不充分，影響氣固界面的反應(yīng)進(jìn)程和反應(yīng)器效率。
[0003]對(duì)于粘性細(xì)顆粒的流態(tài)化研究，專利CN1689942A公開(kāi)了一種采用振動(dòng)或磁場(chǎng)來(lái)破碎因顆粒間的粘性力而形成的聚團(tuán)，實(shí)現(xiàn)納米顆粒的流態(tài)化與輸送。Mori S(第二屆中日流態(tài)化會(huì)議文集，1988，P75), Chirone R 等(Chemical Engineering Science, 48(1)，P41-52, 1993)和 Zhu Q and Li H (Powder Technology, 86 (2)，P179-185, 1996)等分別報(bào)導(dǎo)了振動(dòng)場(chǎng)、聲場(chǎng)和磁場(chǎng)等附加外力場(chǎng)對(duì)粘性顆粒實(shí)現(xiàn)流態(tài)化操作的作用，這類基于外加力場(chǎng)的方法均存在工業(yè)放大、設(shè)備壽命和不宜高溫操作等問(wèn)題。專利US4743431、US4591334、JP62106214和CN1198961A等分別報(bào)道了利用不同性質(zhì)和形狀的添加顆粒，通過(guò)調(diào)整顆粒本身的性質(zhì)來(lái)減小粘性顆粒的粘附性，改善流態(tài)化質(zhì)量等，這類方法缺乏添加顆粒的選擇依據(jù)，用于細(xì)礦粉加工時(shí)，存在再分離和純化等問(wèn)題。專利US5067252、CN1198962A等報(bào)導(dǎo)了通過(guò)對(duì)流化床內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、采用內(nèi)構(gòu)件，如十字架型、交叉S型、百葉窗型等，以改善粘性顆粒的流化質(zhì)量，這類增加內(nèi)構(gòu)件的方法，使床內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不但對(duì)粘性細(xì)顆粒效果不明顯，還增加細(xì)顆粒粘附或堵塞內(nèi)構(gòu)件的問(wèn)題。專利US6269778、US6214065、US4548797和CN1485127A等提到通過(guò)提高流化床內(nèi)的氣體速度，加強(qiáng)顆粒間的混合和流態(tài)化聚團(tuán)的破碎，同時(shí)采用循環(huán)把氣流夾帶出來(lái)的細(xì)顆粒再送回到流化床提升管內(nèi)的方法來(lái)降低細(xì)顆粒物料的損失，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。這些經(jīng)典的流化床反應(yīng)器內(nèi)氣流均是通過(guò)多孔分布板分配氣流，目的是使流化床不同截面上氣流均勻上行，氣流的剪切力不高，顆粒間混合和相互碰撞導(dǎo)致粘性細(xì)礦粉的流態(tài)化聚團(tuán)破碎及表面更新不充分，不利于粘性細(xì)礦粉的流態(tài)化質(zhì)量和反應(yīng)器效率的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種不需外加構(gòu)件，不受反應(yīng)器溫度限制、能耗低，能使粘性細(xì)礦粉均勻流態(tài)化的流態(tài)化反應(yīng)器。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:粘性細(xì)礦粉流態(tài)化反應(yīng)器，包括氣流分布室、反應(yīng)器主體和爐頂，氣流分布室外壁設(shè)有氣流切向進(jìn)入的反應(yīng)氣體入口，反應(yīng)器主體外壁下端設(shè)有細(xì)礦粉及循環(huán)回料入口，爐頂設(shè)有出口，氣流分布室和反應(yīng)器主體之間通過(guò)氣體分布器連通。所述氣體分布器為尖部朝下的圓錐筒，圓錐頂角為45°飛0° ;在圓錐筒氣體分布器壁上均勻布設(shè)有若干勻流小孔，每個(gè)勻流小孔與圓錐筒氣體分布器外壁相切，勻流小孔的切向與反應(yīng)氣體入口的切向相同。
[0006]進(jìn)一步地，所述勻流小孔直徑為I?2mm，且勻流小孔總面積為圓錐筒氣體分布器內(nèi)表面積的1.5?5%,優(yōu)選2%。
[0007]所述勻流小孔按組設(shè)置在圓錐筒氣體分布器的不同高度上，且同一高度上的該組勻流小孔在該高度對(duì)應(yīng)的圓周上均勻開(kāi)設(shè)。
[0008]本發(fā)明將循環(huán)流化床反應(yīng)器底部的氣體分布器由現(xiàn)有的平面多孔形分布板設(shè)計(jì)為圓錐筒結(jié)構(gòu)，小孔切向設(shè)置在圓錐筒壁上，形成螺旋進(jìn)氣模式，使進(jìn)入流化床反應(yīng)器內(nèi)的氣體形成具有強(qiáng)剪切作用的旋轉(zhuǎn)流，增強(qiáng)氣流的攪拌，細(xì)顆粒間的碰撞和摩擦加強(qiáng)，使粘性細(xì)礦粉在經(jīng)典流化床或循環(huán)流化床反應(yīng)器中流化過(guò)程出現(xiàn)的聚團(tuán)破碎，同時(shí)提高氣固間的傳熱、傳質(zhì)過(guò)程。反應(yīng)器內(nèi)部無(wú)外加任何附屬器件，避免了粘性細(xì)礦粉在外加附件的粘附。本反應(yīng)器操作控制簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，易實(shí)現(xiàn)過(guò)程應(yīng)用和放大，且使粘性細(xì)礦粉均勻流態(tài)化。
[0009]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果:
1、氣流通過(guò)切向入口和氣體分布器的處理，在反應(yīng)器內(nèi)形成無(wú)外加附件的強(qiáng)旋流，強(qiáng)烈的剪切、攪拌作用使細(xì)顆粒間的碰撞和摩擦加強(qiáng)、聚團(tuán)破碎，有利粘性細(xì)礦粉流態(tài)化。
[0010]2、粘性細(xì)礦粉分散到參與反應(yīng)的氣體中，隨氣流在反應(yīng)器壁表面濃縮旋轉(zhuǎn)，螺旋上升，避免了粘性細(xì)礦粉在反應(yīng)器主體內(nèi)壁的粘附。
[0011]3、反應(yīng)氣體攜細(xì)礦粉在反應(yīng)器主體內(nèi)螺旋式上升，由此可增大氣粉的相互反應(yīng)作用的路徑時(shí)間，提高反應(yīng)器效率明顯。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1-本發(fā)明反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2-本發(fā)明氣體分布室俯視圖。
[0014]其中，1-氣流分布室；2_反應(yīng)器主體；3_爐頂；4_反應(yīng)氣體入口 ；5_氣體分布器；6-細(xì)礦粉及循環(huán)回料入口； 7-出口。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0016]參見(jiàn)圖1，本發(fā)明粘性細(xì)礦粉流態(tài)化反應(yīng)器，包括氣流分布室1、反應(yīng)器主體2和爐頂3，反應(yīng)器主體2的上部與爐頂3相連。氣流分布室I外壁設(shè)有氣流切向進(jìn)入的反應(yīng)氣體入口 4，反應(yīng)器主體外壁下端設(shè)有細(xì)礦粉及循環(huán)回料入口 6，爐頂3設(shè)有出口 7，氣體及未反應(yīng)完全的細(xì)粉通過(guò)該出口排出；氣流分布室和反應(yīng)器主體之間通過(guò)氣體分布器連通。所述氣體分布器5為頂部朝下的圓錐筒，圓錐頂角為45°飛0° ;在圓錐筒氣體分布器壁上均勻布設(shè)有若干勻流小孔，每個(gè)勻流小孔與圓錐筒氣體分布器外壁水平相切，勻流小孔的切向與反應(yīng)氣體入口的切向相同。所述勻流小孔按組設(shè)置在圓錐筒氣體分布器的不同高度上，且同一高度上的該組勻流小孔在該高度對(duì)應(yīng)的圓周上均勻開(kāi)設(shè)。
[0017]氣體分布器5上的小孔大小及開(kāi)孔率直接影響分布器的機(jī)械強(qiáng)度和氣體通過(guò)小孔的速度和阻力。如果小孔多或直徑過(guò)大，會(huì)使分布器的機(jī)械強(qiáng)度降低，氣流通過(guò)小孔的流動(dòng)速度小，旋轉(zhuǎn)攪拌的動(dòng)能不足會(huì)則達(dá)不到預(yù)期的效果，反之，如果小孔過(guò)小或過(guò)少，氣體通過(guò)分布器的阻力大，消耗的能力就大。適宜的小孔直徑和開(kāi)孔率既可以保證氣流通過(guò)小孔的流速，有足夠的動(dòng)能，又可以使反應(yīng)器主體2內(nèi)氣固形成彌散的分散流化狀。鑒于此，本發(fā)明最終確定所述勻流小孔直徑為I?2_，且勻流小孔總面積為圓錐筒氣體分布器內(nèi)表面積的1.5?5%,優(yōu)選2%。
[0018]本發(fā)明工作原理:參加反應(yīng)的氣體從反應(yīng)氣體入口 4導(dǎo)入，切向進(jìn)入氣流分布室1，再經(jīng)氣流分布室I內(nèi)的氣體分布器5上設(shè)置的旋轉(zhuǎn)切向小孔進(jìn)入流化床反應(yīng)器主體2內(nèi)，在反應(yīng)器主體內(nèi)形成具有強(qiáng)剪切作用的旋轉(zhuǎn)流。同時(shí)粘性細(xì)礦粉及循環(huán)回料從入口 6送入，在反應(yīng)器內(nèi)強(qiáng)旋流的攪拌作用下，反應(yīng)氣體與礦粉顆粒間充分混合，接觸、碰撞和摩擦，使粘性細(xì)礦粉分散到參與反應(yīng)的氣體中，隨氣流在反應(yīng)器壁表面濃縮旋轉(zhuǎn)，氣固表面更新速度快，傳熱、傳質(zhì)過(guò)程得到強(qiáng)化，反應(yīng)器效率明顯提高。同時(shí)在強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)和氣流剪切力的作用下，粘性聚團(tuán)容易破碎，隨反應(yīng)氣體上行懸浮而不粘壁不沉積。反應(yīng)后隨氣流從出口 7離開(kāi)反應(yīng)器的夾帶細(xì)粉經(jīng)分離后，可以經(jīng)循環(huán)回料入口 6再次進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)利用。這樣既可以實(shí)現(xiàn)粘性細(xì)礦粉的流態(tài)化，又可以提高礦粉的反應(yīng)速率和循環(huán)利用效率，且反應(yīng)器內(nèi)無(wú)外加附屬器件，操作控制簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，易實(shí)現(xiàn)過(guò)程應(yīng)用和放大。
[0019]本發(fā)明專門(mén)針對(duì)粘性細(xì)礦粉流態(tài)化設(shè)計(jì)，實(shí)際實(shí)施過(guò)程中可以根據(jù)反應(yīng)要求的溫度，選擇反應(yīng)器材質(zhì)，如反應(yīng)溫度低于100°c可以直接采用鋼鐵材料，而反應(yīng)溫度較高或具有腐蝕性(若反應(yīng)氣體具有腐蝕性，如Cl2等氣體)可以嵌襯耐熱保溫材料或耐腐蝕材料。
[0020]本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化和變動(dòng)。這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
【權(quán)利要求】
1.粘性細(xì)礦粉流態(tài)化反應(yīng)器，包括氣流分布室、反應(yīng)器主體和爐頂，氣流分布室外壁設(shè)有氣流切向進(jìn)入的反應(yīng)氣體入口，反應(yīng)器主體外壁下端設(shè)有細(xì)礦粉及循環(huán)回料入口，爐頂設(shè)有出口，氣流分布室和反應(yīng)器主體之間通過(guò)氣體分布器連通，其特征在于:所述氣體分布器為尖部朝下的圓錐筒，圓錐頂角為45°飛O。；在圓錐筒氣體分布器壁上均勻布設(shè)有若干勻流小孔，每個(gè)勻流小孔與圓錐筒氣體分布器外壁相切，勻流小孔的切向與反應(yīng)氣體入口的切向相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粘性細(xì)礦粉流態(tài)化反應(yīng)器，其特征在于:所述勻流小孔直徑為I?2mm，且勻流小孔總面積為圓錐筒氣體分布器內(nèi)表面積的1.5?5%，優(yōu)選2%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的粘性細(xì)礦粉流態(tài)化反應(yīng)器，其特征在于:所述勻流小孔按組設(shè)置在圓錐筒氣體分布器的不同高度上，且同一高度上的該組勻流小孔在該高度對(duì)應(yīng)的圓周上均勻開(kāi)設(shè)。
【文檔編號(hào)】B01J8/24GK103752232SQ201410061467
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】溫良英, 梁海龍, 尹國(guó)亮, 白晨光, 徐建, 魯峰, 鐘泓 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)