[发明专利]一种声场喷动流化床装置

说明书

技术领域

本发明属于超细粉气固流态化领域，具体涉及一种流化床装置。

背景技术

超细粉通常是指粒径在1～1000nm范围内，由数目较少的原子或分子组成的固体颗粒，其原子或分子在热力学上处于亚稳定状态，由于表面效应、体积效应和久保(R.Kubo)效应，使得超细粉在保持原物质化学性质的同时，在磁性、光吸收、热阻、化学活性、催化和熔点等方面表现出毫米级材料所不具备的诸多优异性能，广泛应用于宇航、电子、冶金、化工、生物和医学等众多工业领域。

流态化技术是研究和处理工业过程中固体颗粒与气液相之间的混合、传质、传热及化学反应的多相流技术。利用流化床反应器将颗粒悬浮于流体中并使其激烈运动，进而使颗粒产生类似液体的自由流动性，从而大大强化物质的扩散过程，提高反应速率。流态化技术作为一种强化气固接触的手段，自本世纪40年代初石油流化催化裂化工艺开发成功以来，其应用研究取得了重大进展，迄今已渗透到石油、化工、原子能、环保等工农业生产的各个领域，并已成为颗粒和粉体的制备、加工、改性、输送以及改善催化反应的有效手段。

根据Geldart分类法，超细粉属于C类颗粒，这类颗粒由于粘附性强，流化时易形成沟流、节涌，难以实现平稳流化。因此如何改善这类颗粒的流化质量成为研究的热点。现有改善C类颗粒流化质量的方法主要有三类：第一类是优化床层结构设计，如增加一些床层附件；第二类是采用添加粗颗粒的方法来改变粉体结构特性以改善其流化质量；第三类是向流化床引入各种外力场，利用附加能量来削弱粒子间的粘附以改善其流化质量。优化床层设计有助于消除节涌，抑制沟流，但在实际的应用中，只能从宏观上改善超细粉的流化质量，无法显著降低颗粒的聚团尺寸，也不能抑制底部大聚团堆积的现象。添加粗颗粒或者颗粒表面改性的方法可以从源头上改善超细粉的流化特性，但是只适用于对颗粒成分和纯度要求不高的场合，对于不允许掺杂其它颗粒、或者颗粒作为催化剂要求表面不能改性的情况不适用。因此添加粗颗粒或者颗粒表面改性的方法在实际生产中受到了很大的限制。引入外力场可以减少沟流和节涌的发生，减小聚团尺寸，降低最小流化速度，改善超细粉的流化质量。但磁场只对铁磁性颗粒（或参入少量铁磁性颗粒的混合颗粒）有效，对非铁磁性颗粒则无效。与磁场相比，机械振动和声波具有不受颗粒物性限制，适用范围更广的优点，但对粘附性较强、密度又较大的超细粉，如TiO₂和CaCO₃等，即使在较高的振动强度和声压水平下，仍需要很高的气速才能使其完全流化，带出严重，流化质量的改善不明显。以上所述表明，通过优化床层设计、添加组分或引入外力场可以改善粘附性相对较弱的超细粉的流化质量，但对粘附性较强的超细粉效果不明显，而这类颗粒往往又是很常用的，如TiO₂和CaCO₃等，因此，如何改善这类颗粒的流化质量成了人们关注的焦点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种声场喷动流化床装置，以用于粘附性较强的超细粉的流化，减少或消除流化中的节涌、沟流等不良现象，减小聚团尺寸，提高超细粉的流化质量。

本发明所述声场喷动流化床装置，结构包括供气装置、流化床和声波发生装置；所述供气装置由空气压缩机、空气过滤器、空气干燥器和第一空气转子流量计、第二空气转子流量计组成，所述空气压缩机的出气口通过管路与空气过滤器的进气口连通，空气过滤器的出气口通过管路与空气干燥器的进气口连通，空气干燥器的出气管路设置为两个分支管路，将气路分为流化气支路和喷动气支路，所述第一空气转子流量计、第二空气转子流量计分别安装在两个分支管路上；所述流化床包括圆柱形床体、分布板；所述床体的底板中心设置有用于与供气装置的喷动气支路的出气管口相接的喷嘴，床体底部侧壁上设置有用于与供气装置的流化气支路的出气管口相接的进气口；所述分布板为中空的倒圆锥体，安装在床体内底板上，圆锥顶部与床体的喷嘴相通，圆锥底部边缘与床体内侧壁贴合，分布板的上边缘的水平高度高于床体侧壁上的进气口的水平高度，分布板的板面上设置有若干供流化气流通的小孔；床体上部侧壁上设置有尾气出口和进料口，床体下部侧壁，位于分布板底部边缘的水平高度之上，设置有出料口，所述环隙区位于床体内侧壁和分布板上部区域之间；所述声波发生装置由声波数字信号发生器、声波调节器、扬声器、扩大管和安装于圆柱形床体顶部的波导管组成；所述波导管左端通过阀栏固定于流化床床体顶部，右端通过阀栏与扩大管相连；所述声波调节器通过信号导线与声波数字信号发生器连接，扬声器通过信号导线与声波调节器连接。