專利名稱：一種噴動(dòng)流化反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于化工產(chǎn)品反應(yīng)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于超細(xì)微粒的氣-固相化學(xué)反應(yīng)的噴動(dòng)流化反應(yīng)器。
技術(shù)背景通常情況下用于固體微粒流化反應(yīng)的氣固流化床設(shè)備有噴動(dòng)流化床和密相流化床兩種，氣固流化床最基本的特征是顆粒聚集的乳化相與氣體聚集的氣泡相共存，它的復(fù)雜就在于它的不均勻性和多態(tài)性，對(duì)于超細(xì)微粒的流化難度更大，單一采用上述一種都難以達(dá)到滿意的效果。傳統(tǒng)的流化床由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理，床內(nèi)易出現(xiàn)分層和節(jié)涌，影響流體和顆粒之間的傳熱傳質(zhì)，單一噴動(dòng)床還常出現(xiàn)環(huán)隙區(qū)底部死區(qū)和某些易粘結(jié)顆粒在環(huán)隙區(qū)的團(tuán)聚，使溫度分布不均勻，床層與界面間的傳熱不佳，將它們用于產(chǎn)品(特別是超細(xì)微粒粉體)制備中，反應(yīng)效果不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有流化床存在的上述缺陷，設(shè)計(jì)一種集噴動(dòng)和流化床特點(diǎn)于一體的噴動(dòng)流化床，用以解決傳統(tǒng)流化床內(nèi)分層和節(jié)涌的問題，促進(jìn)流體和顆粒之間的傳熱傳質(zhì)；有效防止單一噴動(dòng)床常出現(xiàn)的環(huán)隙區(qū)底部死區(qū)和某些易粘結(jié)顆粒在環(huán)隙區(qū)的團(tuán)聚，使溫度分布更加均勻的同時(shí)也強(qiáng)化了床層與界面間的傳熱。
本技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案如下噴動(dòng)流化反應(yīng)器，主要包括下部的錐柱形噴動(dòng)床和上部的環(huán)形流化區(qū)錐柱形噴動(dòng)床的主體是一個(gè)倒錐體，其底部連接具有反應(yīng)氣進(jìn)口的外管和具有噴動(dòng)氣進(jìn)口和噴嘴的內(nèi)管，其上端連接有伸入環(huán)形流化區(qū)內(nèi)的導(dǎo)向管。導(dǎo)向管與圓柱筒體內(nèi)徑比為0.15-0.45。
環(huán)形流化區(qū)為一圓柱筒體，與錐柱形噴動(dòng)床的倒錐體相連，筒體外接有進(jìn)料器和出料導(dǎo)流管，流化氣進(jìn)口設(shè)于圓柱筒體的下部。
同時(shí)圍繞圓柱筒體還有一個(gè)加熱器。
另外，環(huán)形流化區(qū)之上連接有微粒沉降室，微粒沉降室上部設(shè)有氣體溢流口。環(huán)形流化區(qū)設(shè)有測(cè)溫口。
本反應(yīng)器的噴動(dòng)流化原理是氣體經(jīng)由位于倒錐形底部中心處的噴嘴垂直向上射入，形成一個(gè)隨流體流速的增高而逐漸向上延伸的射流區(qū)。當(dāng)流體噴射速率足夠高時(shí)，該射流區(qū)穿透微粒床層中心而產(chǎn)生一個(gè)向上運(yùn)動(dòng)的氣-固流栓(稱為噴射區(qū))，當(dāng)微粒被射流夾帶而高速向上運(yùn)動(dòng)，穿過環(huán)繞四周緩慢向下移動(dòng)的微粒床層(稱為環(huán)隙區(qū))而升至高過床層表面的某一高度時(shí)，由于流體速度的驟然降低，微粒會(huì)象噴泉一樣因重力而回落到環(huán)隙區(qū)表面，而形成噴泉區(qū)。這些回落微粒沿著環(huán)隙區(qū)緩慢向下移動(dòng)至床層下部，然后又滲入噴射區(qū)被重新夾帶上來而形成微粒極有規(guī)律的內(nèi)循環(huán)。
流化氣從環(huán)隙區(qū)進(jìn)入，它解決單一噴動(dòng)床內(nèi)分層和節(jié)涌的問題，有效防止常出現(xiàn)的環(huán)隙區(qū)底部死區(qū)和某些易粘結(jié)顆粒在環(huán)隙區(qū)的團(tuán)聚，促進(jìn)了流體和顆粒之間的傳熱傳質(zhì)；使溫度分布更加均勻的同時(shí)也強(qiáng)化了床層與界面間的傳熱。
作為氣-固相化學(xué)反應(yīng)器，特別要防止氣體短路、固體返混、顆粒揚(yáng)析及磨損等缺點(diǎn)，應(yīng)具有物料可流動(dòng)性、相對(duì)均勻的溫度分布和較好的傳熱特性。本專利較好地解決了這些問題。
該反應(yīng)器主要用于超細(xì)微粒(10__150μm)在流化狀態(tài)下，通過瞬時(shí)的傳熱傳質(zhì)過程，與反應(yīng)物蒸汽在一定條件下發(fā)生氣-固相化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)物以納米級(jí)(30__150nm)形態(tài)氣相沉積包覆于基材微粒表面，獲得產(chǎn)品，尤其是用于獲得云母珠光顏料。
本反應(yīng)器具有下述優(yōu)點(diǎn)A由于固體微粒在懸浮狀態(tài)下與流體接觸，氣-固相界面積大，有利于非均相反應(yīng)的進(jìn)行，提高了反應(yīng)效率；B由于固體微粒在床內(nèi)混合激烈，使之在全床內(nèi)的溫度和濃度均勻一致，傳熱系數(shù)高，全床熱容量大，熱穩(wěn)定性高，有利于放熱反應(yīng)的等溫操作；C流體與微粒之間傳熱、傳質(zhì)速度也較其他方式高；D由于氣-固體系中空隙率的變化，可以引起顆粒曳力系數(shù)的大幅度變化，以致在很寬的范圍內(nèi)均能形成較濃密的床層，所以流態(tài)化技術(shù)的操作彈性范圍寬，單位設(shè)備生產(chǎn)能力大，設(shè)備結(jié)果簡(jiǎn)單，造價(jià)低，符合現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要。當(dāng)然，由于多相流系統(tǒng)規(guī)律復(fù)雜；因此，工藝控制和過程技術(shù)難度大一些。


圖1是本反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本反應(yīng)器結(jié)構(gòu)包括以下三部分1、主體部分包括含噴動(dòng)氣進(jìn)口14、噴嘴3、底部倒錐體6及導(dǎo)向管4在內(nèi)的錐柱形噴動(dòng)床，含流化氣進(jìn)口13和圓柱筒體2在內(nèi)的環(huán)形流化區(qū)以及加熱器1三部分組成。
2、輔助部分包括進(jìn)料器5、出料導(dǎo)流管15、儲(chǔ)料倉(cāng)9和含氣體溢流口8在內(nèi)的微粒沉降室16四部分組成。
3、控制接口包括測(cè)溫口7在內(nèi)的工藝控制接口。
它們的具體結(jié)構(gòu)是錐柱形噴動(dòng)床的主體是一個(gè)倒錐體6，其底部連接具有反應(yīng)氣進(jìn)口12的外管10和具有噴動(dòng)氣進(jìn)口14和噴嘴3的內(nèi)管11，其上端連接有伸入環(huán)形流化區(qū)內(nèi)的導(dǎo)向管4。導(dǎo)向管4與圓柱筒體2內(nèi)徑比為0.15-0.45。
環(huán)形流化區(qū)為一圓柱筒體2，與錐柱形噴動(dòng)床的倒錐體6相連，筒體外接有進(jìn)料器5，通過出料導(dǎo)流管15連接儲(chǔ)料倉(cāng)9。流化氣進(jìn)口13設(shè)于圓柱筒體2的下部。圓柱筒體2外設(shè)置有一個(gè)帶狀加熱器1。
環(huán)形流化區(qū)之上連接微粒沉降室16，微粒沉降室16上部設(shè)有氣體溢流口8。環(huán)形流化區(qū)設(shè)有測(cè)溫口7。
我們?cè)O(shè)計(jì)加工了用于制備珠光顏料的公斤級(jí)噴動(dòng)流化反應(yīng)器。實(shí)驗(yàn)證明，效果良好。以制備紅棕色云母珠光顏料為例設(shè)備噴動(dòng)流化反應(yīng)器原料基材320目云母粉 反應(yīng)氣Fe(CO)5+O2氣流噴動(dòng)氣流量25L·min-1流化氣流量10L·min-1]反應(yīng)氣流量O23.0L·min-1Fe(CO)59.5L·min-1]工藝溫度300℃ 時(shí)間10min化學(xué)反應(yīng)
產(chǎn)品質(zhì)量表觀密度0.47g.ml-1表面粒子晶形 好顏料三色值L*--59.534 a*--12.291 b*-15.788
權(quán)利要求1.一種噴動(dòng)流化反應(yīng)器，包括下部的錐柱形噴動(dòng)床和上部的環(huán)形流化區(qū)，其特征在于錐柱形噴動(dòng)床的主體是一個(gè)倒錐體(6)，其底部連接具有反應(yīng)氣進(jìn)口(12)的外管(10)和具有噴動(dòng)氣進(jìn)口(14)和噴嘴(3)的內(nèi)管(11)，其上端連接有伸入環(huán)形流化區(qū)內(nèi)的導(dǎo)向管(4)；環(huán)形流化區(qū)為一圓柱筒體(2)，與錐柱形噴動(dòng)床的倒錐體(6)相連，筒體外接有進(jìn)料器(5)和出料導(dǎo)流管(15)，流化氣進(jìn)口(13)設(shè)于圓柱筒體(2)的下部；圍繞圓柱筒體(2)還有一個(gè)加熱器(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種噴動(dòng)流化反應(yīng)器，其特征在于環(huán)形流化區(qū)之上連接有微粒沉降室(16)，微粒沉降室(16)上部設(shè)有氣體溢流口(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種噴動(dòng)流化反應(yīng)器，其特征在于導(dǎo)向管(4)與圓柱筒體(2)內(nèi)徑比為0.15-0.45。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種噴動(dòng)流化反應(yīng)器，其特征在于在環(huán)形流化區(qū)設(shè)有測(cè)溫口(7)。
專利摘要噴動(dòng)流化反應(yīng)器，包括錐柱形噴動(dòng)床和環(huán)形流化區(qū)，錐柱形噴動(dòng)床的主體是一個(gè)倒錐體，底部連接有反應(yīng)氣進(jìn)口的外管和有噴動(dòng)氣進(jìn)口和噴嘴的內(nèi)管，上端連接伸入環(huán)形流化區(qū)內(nèi)的導(dǎo)向管。環(huán)形流化區(qū)為一圓柱筒體，與倒錐體相連，筒體外接進(jìn)料器和出料導(dǎo)流管，流化氣進(jìn)口設(shè)于圓柱筒體下部。圍繞圓柱筒體有加熱器。環(huán)形流化區(qū)之上連接微粒沉降室。本結(jié)構(gòu)集噴動(dòng)和流化床特點(diǎn)于一體，解決了傳統(tǒng)流化床內(nèi)分層和節(jié)涌、單一噴動(dòng)床常出現(xiàn)的環(huán)隙區(qū)底部死區(qū)和某些易粘結(jié)顆粒在環(huán)隙區(qū)的團(tuán)聚的問題，，使溫度分布更加均勻，強(qiáng)化了床層與界面間的傳熱，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。將其用于超細(xì)微粒的氣－固相化學(xué)反應(yīng)，傳熱傳質(zhì)均勻，能獲得效果好的產(chǎn)品。
文檔編號(hào)B01J8/24GK2550053SQ0222293
公開日2003年5月14日 申請(qǐng)日期2002年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月11日
發(fā)明者章嫻君, 張慶熙, 周勇, 劉曉東 申請(qǐng)人:西南師范大學(xué)