本實(shí)用新型屬于超細(xì)粉氣固流態(tài)化領(lǐng)域，具體涉及一種流化床裝置。

背景技術(shù)：

超細(xì)粉通常是指粒徑在1～1000nm范圍內(nèi)，由數(shù)目較少的原子或分子組成的固體顆粒，其原子或分子在熱力學(xué)上處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，由于表面效應(yīng)、體積效應(yīng)和久保(R.Kubo)效應(yīng)，使得超細(xì)粉在保持原物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的同時(shí)，在磁性、光吸收、熱阻、化學(xué)活性、催化和熔點(diǎn)等方面表現(xiàn)出毫米級(jí)材料所不具備的諸多優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于宇航、電子、冶金、化工、生物和醫(yī)學(xué)等眾多工業(yè)領(lǐng)域。

流態(tài)化技術(shù)是研究和處理工業(yè)過程中固體顆粒與氣液相之間的混合、傳質(zhì)、傳熱及化學(xué)反應(yīng)的多相流技術(shù)。利用流化床反應(yīng)器將顆粒懸浮于流體中并使其激烈運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使顆粒產(chǎn)生類似液體的自由流動(dòng)性，從而大大強(qiáng)化物質(zhì)的擴(kuò)散過程，提高反應(yīng)速率。流態(tài)化技術(shù)作為一種強(qiáng)化氣固接觸的手段，自本世紀(jì)40年代初石油流化催化裂化工藝開發(fā)成功以來，其應(yīng)用研究取得了重大進(jìn)展，迄今已滲透到石油、化工、原子能、環(huán)保等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，并已成為顆粒和粉體的制備、加工、改性、輸送以及改善催化反應(yīng)的有效手段。

根據(jù)Geldart分類法，超細(xì)粉屬于C類顆粒，這類顆粒由于粘附性強(qiáng)，流化時(shí)易形成溝流、節(jié)涌，難以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)流化。因此如何改善這類顆粒的流化質(zhì)量成為研究的熱點(diǎn)?，F(xiàn)有改善C類顆粒流化質(zhì)量的方法主要有三類：第一類是優(yōu)化床層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如增加一些床層附件；第二類是采用添加粗顆粒的方法來改變粉體結(jié)構(gòu)特性以改善其流化質(zhì)量；第三類是向流化床引入各種外力場(chǎng)，利用附加能量來削弱粒子間的粘附以改善其流化質(zhì)量。優(yōu)化床層設(shè)計(jì)有助于消除節(jié)涌，抑制溝流，但在實(shí)際的應(yīng)用中，只能從宏觀上改善超細(xì)粉的流化質(zhì)量，無法顯著降低顆粒的聚團(tuán)尺寸，也不能抑制底部大聚團(tuán)堆積的現(xiàn)象。添加粗顆?；蛘哳w粒表面改性的方法可以從源頭上改善超細(xì)粉的流化特性，但是只適用于對(duì)顆粒成分和純度要求不高的場(chǎng)合，對(duì)于不允許摻雜其它顆粒、或者顆粒作為催化劑要求表面不能改性的情況不適用。因此添加粗顆?；蛘哳w粒表面改性的方法在實(shí)際生產(chǎn)中受到了很大的限制。引入外力場(chǎng)可以減少溝流和節(jié)涌的發(fā)生，減小聚團(tuán)尺寸，降低最小流化速度，改善超細(xì)粉的流化質(zhì)量。但磁場(chǎng)只對(duì)鐵磁性顆粒（或參入少量鐵磁性顆粒的混合顆粒）有效，對(duì)非鐵磁性顆粒則無效。與磁場(chǎng)相比，機(jī)械振動(dòng)和聲波具有不受顆粒物性限制，適用范圍更廣的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)粘附性較強(qiáng)、密度又較大的超細(xì)粉，如TiO₂和CaCO₃等，即使在較高的振動(dòng)強(qiáng)度和聲壓水平下，仍需要很高的氣速才能使其完全流化，帶出嚴(yán)重，流化質(zhì)量的改善不明顯。以上所述表明，通過優(yōu)化床層設(shè)計(jì)、添加組分或引入外力場(chǎng)可以改善粘附性相對(duì)較弱的超細(xì)粉的流化質(zhì)量，但對(duì)粘附性較強(qiáng)的超細(xì)粉效果不明顯，而這類顆粒往往又是很常用的，如TiO₂和CaCO₃等，因此，如何改善這類顆粒的流化質(zhì)量成了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種聲場(chǎng)噴動(dòng)流化床裝置，以用于粘附性較強(qiáng)的超細(xì)粉的流化，減少或消除流化中的節(jié)涌、溝流等不良現(xiàn)象，減小聚團(tuán)尺寸，提高超細(xì)粉的流化質(zhì)量。

本實(shí)用新型所述聲場(chǎng)噴動(dòng)流化床裝置，結(jié)構(gòu)包括供氣裝置、流化床和聲波發(fā)生裝置；所述供氣裝置由空氣壓縮機(jī)、空氣過濾器、空氣干燥器和第一空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)、第二空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)組成，所述空氣壓縮機(jī)的出氣口通過管路與空氣過濾器的進(jìn)氣口連通，空氣過濾器的出氣口通過管路與空氣干燥器的進(jìn)氣口連通，空氣干燥器的出氣管路設(shè)置為兩個(gè)分支管路，將氣路分為流化氣支路和噴動(dòng)氣支路，所述第一空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)、第二空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)分別安裝在兩個(gè)分支管路上；所述流化床包括圓柱形床體、分布板；所述床體的底板中心設(shè)置有用于與供氣裝置的噴動(dòng)氣支路的出氣管口相接的噴嘴，床體底部側(cè)壁上設(shè)置有用于與供氣裝置的流化氣支路的出氣管口相接的進(jìn)氣口；所述分布板為中空的倒圓錐體，安裝在床體內(nèi)底板上，圓錐頂部與床體的噴嘴相通，圓錐底部邊緣與床體內(nèi)側(cè)壁貼合，分布板的上邊緣的水平高度高于床體側(cè)壁上的進(jìn)氣口的水平高度，分布板的板面上設(shè)置有若干供流化氣流通的小孔；床體上部側(cè)壁上設(shè)置有尾氣出口和進(jìn)料口，床體下部側(cè)壁，位于分布板底部邊緣的水平高度之上，設(shè)置有出料口，床體內(nèi)側(cè)壁和分布板上部區(qū)域之間形成環(huán)隙區(qū)；所述聲波發(fā)生裝置由聲波數(shù)字信號(hào)發(fā)生器、聲波調(diào)節(jié)器、揚(yáng)聲器、擴(kuò)大管和安裝于圓柱形床體頂部的波導(dǎo)管組成；所述波導(dǎo)管左端通過閥欄固定于流化床床體頂部，右端通過閥欄與擴(kuò)大管相連；所述聲波調(diào)節(jié)器通過信號(hào)導(dǎo)線與聲波數(shù)字信號(hào)發(fā)生器連接，揚(yáng)聲器通過信號(hào)導(dǎo)線與聲波調(diào)節(jié)器連接。

上述聲場(chǎng)噴動(dòng)流化床裝置，床體外側(cè)壁上安裝有用于測(cè)定顆粒濃度與速度的顆粒濃度和速度計(jì)及用于測(cè)定床層壓降的壓力變送器；所述顆粒濃度和速度計(jì)設(shè)置有兩個(gè)探頭，分別穿過不同水平高度的床體側(cè)壁伸入流化床中；所述壓力變送器為智能壓力變送器，在流化床床體上設(shè)置有兩個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，其中一個(gè)測(cè)壓點(diǎn)設(shè)置在床體底部側(cè)壁上，另一個(gè)測(cè)壓點(diǎn)設(shè)置在床體進(jìn)料口下方側(cè)壁上。

上述聲場(chǎng)噴動(dòng)流化床裝置，在流化床床體上部外側(cè)壁上安裝有用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)聲波信號(hào)的聲波信號(hào)分析儀。

上述聲場(chǎng)噴動(dòng)流化床裝置，流化床床體的尾氣出口套有用于尾氣除塵的布袋。

上述聲場(chǎng)噴動(dòng)流化床裝置，分布板上覆蓋有一層用于防止超細(xì)粉顆粒沿分布板上的小孔漏出的濾布。

上述聲場(chǎng)噴動(dòng)流化床裝置，流化床床體頂部通過閥欄固定了防止顆粒沖擊對(duì)揚(yáng)聲器造成損壞的波導(dǎo)管，波導(dǎo)管右端通過擴(kuò)大管與揚(yáng)聲器對(duì)接。

本實(shí)用新型所述聲場(chǎng)噴動(dòng)流化床裝置工作流程：開啟空氣壓縮機(jī)，壓縮空氣經(jīng)空氣過濾器與空氣干燥器后分為噴動(dòng)氣和流化氣兩股，兩股氣體流量可通過對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子流量計(jì)單獨(dú)調(diào)節(jié)。同時(shí)打開聲波發(fā)生器，產(chǎn)生的聲場(chǎng)經(jīng)聲波調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)聲壓級(jí)40-150dB、聲波頻率0-140Hz和波形，經(jīng)揚(yáng)聲器通過擴(kuò)大管和波導(dǎo)管后輻射引入流化床；將超細(xì)粉通過床體的進(jìn)料口加入，流化氣經(jīng)第一空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)氣體流量后經(jīng)分布板的小孔進(jìn)入流化床中；噴動(dòng)氣經(jīng)第二空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)氣體流量后通過噴嘴進(jìn)入流化床。噴動(dòng)氣和流化氣穿透經(jīng)過床層中的超細(xì)粉顆粒，帶動(dòng)顆粒循環(huán)流化后，尾氣通過流化床床體上部的氣體出口經(jīng)布袋除塵后排空。床體內(nèi)下部的超細(xì)粉由噴動(dòng)氣夾帶向上在中心形成顆粒濃度較低的噴動(dòng)區(qū)，同時(shí)高速射流將較大的聚團(tuán)打碎成小聚團(tuán)，在流化床上部氣流減速形成噴泉，顆粒落入環(huán)隙區(qū)，在環(huán)隙區(qū)被流化氣流化同時(shí)向下移動(dòng)到噴嘴附近，被噴動(dòng)氣再次夾帶，從而使顆粒在環(huán)隙區(qū)流化并在環(huán)隙區(qū)與噴動(dòng)區(qū)之間形成連續(xù)穩(wěn)定的循環(huán)；流化過程中通過壓力變送器、顆粒濃度和速度計(jì)、聲波信號(hào)分析儀對(duì)流化床床體中的床層壓降、顆粒濃度和速度及聲波信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

（1）本實(shí)用新型為超細(xì)粉的流化提供了一種新的流化裝置，特別適用于流化粘附性較強(qiáng)的超細(xì)粉；

（2）本實(shí)用新型所述聲場(chǎng)噴動(dòng)流化床裝置將聲波引入噴動(dòng)流化床，聲振動(dòng)和聲湍流效應(yīng)有利于促進(jìn)顆粒分散，抑制溝流與節(jié)涌，實(shí)現(xiàn)粘附性顆粒的穩(wěn)定流化，同時(shí)通過噴動(dòng)氣和流化氣的協(xié)調(diào)配合，利用噴動(dòng)氣高速射流的破碎作用和紊流效應(yīng)，使較大的聚團(tuán)被打碎成小聚團(tuán)，使之在環(huán)隙區(qū)流化氣和聲波作用下，實(shí)現(xiàn)顆粒均一穩(wěn)定的流化，解決了由于粘附性較強(qiáng)而難以均勻流化，發(fā)生節(jié)涌、溝流等不良現(xiàn)象的問題，進(jìn)一步改善超細(xì)粉的流化質(zhì)量；

（3）本實(shí)用新型所述聲場(chǎng)噴動(dòng)流化床裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，適應(yīng)性強(qiáng)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型所述聲場(chǎng)噴動(dòng)流化床裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型所述聲場(chǎng)噴動(dòng)流化床裝置的分布板展開示意圖。

圖中，1—空氣壓縮機(jī)，2—空氣過濾器，3—空氣干燥器，4—第一空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)，5—第二空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)，6—進(jìn)氣口，7—分布板，8—床體，9—聲波信號(hào)分析儀，10—布袋，11—尾氣出口，12—閥欄，13—波導(dǎo)管，14—閥欄，15—擴(kuò)大管，16—揚(yáng)聲器，17—聲波調(diào)節(jié)器，18—聲波數(shù)字信號(hào)發(fā)生器，19—進(jìn)料口，20—環(huán)隙區(qū)，21—出料口，22—顆粒濃度和速度計(jì)，23—壓力變送器，24—噴嘴。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所述聲場(chǎng)噴動(dòng)流化床裝置作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例

本實(shí)施例中，聲場(chǎng)噴動(dòng)流化床裝置結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，包括供氣裝置、流化床和聲場(chǎng)裝置；所述供氣裝置由空氣壓縮機(jī)1、空氣過濾器2、空氣干燥器3、第一空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)4、第二空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)5組成，所述空氣壓縮機(jī)的出氣口通過管路與空氣過濾器的進(jìn)氣口連通，空氣過濾器的出氣口通過管路與空氣干燥器的進(jìn)氣口連通，空氣干燥器的出氣管路設(shè)置為兩個(gè)分支管路，將氣路分為流化氣支路和噴動(dòng)氣支路，所述第一空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)、第二空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)分別安裝在兩個(gè)分支管路上；所述流化床包括立柱式床體8、分布板7；所述床體的底板中心設(shè)置有用于與供氣裝置的噴動(dòng)氣支路的出氣管口相接的噴嘴24，床體底部側(cè)壁上設(shè)置有用于與供氣裝置的流化氣支路的出氣管口相接的進(jìn)氣口6，所述分布板為中空的倒圓錐體，安裝在床體底板內(nèi)，圓錐頂部與床體的噴嘴相通，圓錐底部邊緣與床體內(nèi)側(cè)壁貼合，分布板的上邊緣的水平高度高于床體側(cè)壁上的進(jìn)氣口的水平高度，分布板的板面上設(shè)置有若干供流化氣流通的小孔；床體上部側(cè)壁上設(shè)置有尾氣出口11和進(jìn)料口19，床體下部側(cè)壁，位于分布板底部邊緣的水平高度之上，設(shè)置有出料口21。流化床床體由厚度為5 mm，內(nèi)徑120 mm，高1200 mm的有機(jī)玻璃制成；噴嘴直徑為3 mm；分布板錐角90°，開孔率3.7%，孔徑1 mm，由厚度為5 mm的有機(jī)玻璃板制成。床體外側(cè)壁上安裝有用于測(cè)定顆粒濃度與速度的顆粒濃度和速度計(jì)22。所述顆粒濃度和速度計(jì)設(shè)置有兩個(gè)探頭，分別穿過不同水平高度的床體側(cè)壁伸入流化床內(nèi)。采用PC6D顆粒濃度測(cè)量?jī)x測(cè)定顆粒濃度，設(shè)置兩個(gè)采樣點(diǎn)，下部采樣點(diǎn)設(shè)在錐形分布板的最上方，距噴動(dòng)氣進(jìn)口垂直高度50 mm，上部采樣點(diǎn)設(shè)在底部采樣點(diǎn)上方200 mm處。床體外側(cè)壁上安裝有用于測(cè)定床層壓降壓力變送器23，所述壓力變送器為智能壓力變送器，床體上共設(shè)有兩個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，其中一個(gè)測(cè)壓點(diǎn)在噴嘴出口上方3 mm，另一個(gè)測(cè)壓點(diǎn)在流化床中心線上，距離噴嘴出口800 mm。流化床床體上部外側(cè)壁上安裝有用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)聲波信號(hào)的聲波信號(hào)分析儀9。流化床床體的尾氣出口套有用于尾氣除塵的布袋10。分布板上覆蓋有一層用于防止超細(xì)粉顆粒沿分布板上的小孔漏出的濾布。

所述聲場(chǎng)裝置由聲波數(shù)字信號(hào)發(fā)生器18、聲波調(diào)節(jié)器17、揚(yáng)聲器、擴(kuò)大管15和固定于立式床體頂部的波導(dǎo)管13與組成；所述彎管由厚度為5 mm，內(nèi)徑120 mm，高400 mm的有機(jī)玻璃制成，左端通過閥欄12固定于流化床床體頂部，右端通過閥欄14與擴(kuò)大管相連；所述聲波調(diào)節(jié)器通過信號(hào)導(dǎo)線與聲波數(shù)字信號(hào)發(fā)生器連接，揚(yáng)聲器通過信號(hào)導(dǎo)線與聲波調(diào)節(jié)器連接。產(chǎn)生的聲場(chǎng)經(jīng)聲波調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)聲壓級(jí)40-150dB、聲波頻率0-140Hz和波形。