粉料氣固兩相流化裝置的設(shè)計(jì)

粉料氣固兩相流化裝置的設(shè)計(jì)

對(duì)于一些產(chǎn)品的制備，化工應(yīng)連續(xù)均勻地添加含有反應(yīng)罐的粉末。如果采用螺旋加料器等機(jī)械加料方式,往往導(dǎo)致反應(yīng)罐中的氣體回流到加料器中,使加料器中的粉料吸濕、潮解并結(jié)塊,使機(jī)械式加料器無(wú)法正常工作。如果用溶劑將粉料溶解后泵送入反應(yīng)罐,則給產(chǎn)品的分離和提純帶來(lái)很大的困難。經(jīng)綜合分析,我們認(rèn)為采用氣力加注技術(shù)將粉料加入反應(yīng)罐,可大大簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝,保證反應(yīng)過程的穩(wěn)定進(jìn)行:①粉料以氣固混合物方式注入帶壓反應(yīng)罐,避免了反應(yīng)罐中氣體向加料器回流;②注入的空氣可以通過反應(yīng)罐的冷凝回流系統(tǒng)排到大氣,不參與反應(yīng),對(duì)產(chǎn)品的純度沒有影響;③排出空氣的同時(shí),反應(yīng)罐中氣體經(jīng)冷凝后可回收再利用,有效防止了環(huán)境污染,保證了粉料氣力加注系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。為此,我們研制了粉料氣力加注系統(tǒng)。1粉料流化單元粉料氣力加注系統(tǒng)由料斗、出料閥、粉料流化裝置和輸粉器組成。系統(tǒng)各部分在PLC的控制下協(xié)調(diào)工作:①通過PLC調(diào)節(jié)出料閥的開啟時(shí)間T1(s),控制料斗對(duì)流化裝置的供料量,以保證粉料能被充分流化;通過PLC調(diào)節(jié)出料閥每?jī)纱伍_啟動(dòng)作之間的時(shí)間間隔T2(s),使流化裝置內(nèi)的粉料濃度保持在一定的范圍內(nèi)(不隨輸粉器的抽吸而過分降低),以保證粉料輸送的連續(xù)性和均勻性;②粉料流化裝置由粉腔、氣孔板和充氣腔組成。粉腔通大氣,以保證粉料順利加入。充氣腔內(nèi)壓縮空氣通過氣孔板對(duì)粉腔里的粉料充氣流化。通過調(diào)節(jié)壓縮空氣的壓力能夠使粉料呈沸騰狀態(tài),且不會(huì)四處飛揚(yáng);③輸粉器采用負(fù)壓吸入、正壓排送的方式工作,將已經(jīng)流動(dòng)化的粉料注入帶壓反應(yīng)罐。粉料氣力加注系統(tǒng)原理如圖1所示。2項(xiàng)目設(shè)計(jì)2.1料斗量的確定加料系統(tǒng)的給料部分具有粗略的定量給料功能,為此,料斗的設(shè)計(jì)應(yīng)能使貯存的粉料以整體流動(dòng)的方式流出:①消除粉料的不均勻分布、斷流、脈動(dòng)及噴流;②使料斗內(nèi)任何一個(gè)水平橫截面上的壓力比較均勻;③物料的離析可保持在最小程度;④可保持先進(jìn)入貯倉(cāng)的物料先卸出的流動(dòng)順序;⑤料斗內(nèi)不存死角,卸料均勻,流量和料斗內(nèi)粉料的高度無(wú)關(guān);⑥卸出物料的堆密度穩(wěn)定。設(shè)計(jì)整體流動(dòng)料斗時(shí),首先根據(jù)每次反應(yīng)所需裝粉量以及場(chǎng)地的限制,決定料斗的形狀和外形尺寸,然后確定避免形成穩(wěn)固的料拱所需的最小出料口尺寸b,以及料斗壁的傾角α。理論上出料口寬度(或直徑)b為典型物料塊度尺寸的3～6倍,實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)粉料的性質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)先初步?jīng)Q定出料口最小尺寸,然后通過實(shí)驗(yàn)最終確認(rèn)。料斗壁的傾角α可由下式確定:α>φ+(10°～17°)(1)式中,φ為粉料與料斗壁的靜磨擦角。物料從料斗中卸出時(shí)的流量可按下式計(jì)算:W=3600ρAV(t/h)(2)式中,ρ為粉體堆密度,t/m3;A為出料口面積,m2;V為物料速度,m/s。又物料速度按下式估算:V=λ3.2gR??????√(3)V=λ3.2gR(3)式中,λ為放料系數(shù);g為重力加速度,9.8m/s2;R為出料口水力半徑,m。根據(jù)所計(jì)算的物料流量W和每次加入流化腔的粉料的量U(kg),可以估算料斗出料閥的開啟時(shí)間:T1=3.6U/W(4)2.2氣孔板的設(shè)計(jì)粉料流化是粉料能否被穩(wěn)定輸送的關(guān)鍵。流化裝置由粉腔、氣孔板和充氣室組成:①氣孔板可選用多層濾網(wǎng)、熔結(jié)塑料或多孔陶瓷板;②氣孔板必須在其所有表面提供均勻的空氣分布,才能使氣孔板上的粉料充分流化,為此氣孔板的阻力應(yīng)足夠大,以保證每個(gè)氣孔冒氣;③氣孔板的孔徑應(yīng)小于粉料顆粒直徑,以防氣孔被堵塞;④充氣室提供的氣量應(yīng)與氣孔板的阻力相匹配,一方面應(yīng)防止小氣量通過氣孔板時(shí)出現(xiàn)局部短路現(xiàn)象,另一方面應(yīng)防止過大氣量將粉料吹得過分分散,造成氣固混合比下降,影響粉料輸送效率。2.3噴射器的選用粉料腐蝕性大,為防止污染,輸粉裝置可采用負(fù)壓吸粉,正壓排送的工作方式,例如噴射器和粉料隔膜泵等。噴射器無(wú)運(yùn)動(dòng)部件,工作可靠,但其效率低,排氣量大,要求高效率的反應(yīng)罐冷凝回流系統(tǒng)與之匹配,粉料高速流出噴射器時(shí)易產(chǎn)生靜電,應(yīng)將噴射器可靠接地;粉料隔膜泵排氣量小,容易與反應(yīng)罐的冷凝回流系統(tǒng)匹配,但膜片易老化,故障較多,運(yùn)行費(fèi)用較高?？筛鶕?jù)工廠的實(shí)際情況酌情選用適合的輸粉器。選用噴射器時(shí),首先根據(jù)生產(chǎn)要求的單位時(shí)間輸粉量P(kg/h)和流化裝置單位容積內(nèi)被流化粉末的重量M(kg/m3),然后確定噴射器抽氣量:Q=P/M(m3/h)(5)噴射器噴嘴的空氣流量Q0(m3/h)可通過下式求出:式中,μ為噴射器引射系數(shù);k為空氣絕熱指數(shù);K為修正系數(shù);P0為工作介質(zhì)壓力,(A);P1為吸氣壓力,(A);P4為排氣壓力,(A)。為保證連續(xù)、均勻地輸粉,容積為V(m3)的粉腔內(nèi)的粉料濃度應(yīng)不小于Mmin,則出料閥每?jī)纱伍_啟動(dòng)作之間的時(shí)間間隔T2=3600(U-VMmin)/P(7)噴射器的總排氣量為Q+Q0,當(dāng)噴射器注入的空氣挾帶罐內(nèi)的氣體高速流過冷凝器時(shí),冷凝器的容量應(yīng)與之匹配,以防空氣將罐內(nèi)氣體帶入大氣,造成環(huán)境污染。如果選用粉料隔膜泵輸粉,同樣應(yīng)首先確定粉料隔膜泵吸、排氣量Q,然后根據(jù)排氣