УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ТРАНСПОРТИРОВКИ В ОЖИЖЕННОМ СЛОЕ НА ПОРИСТОМ ОСНОВАНИИ ПОРОШКООБРАЗНОГО МАТЕРИАЛА И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАСОРЕНИЯ ПОРИСТОГО ОСНОВАНИЯ И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАСОРЕНИЯ ПОРИСТОГО ОСНОВАНИЯ

Использование: при транспортировке сыпучих материалов. Сущность: устройство для пневматического транспортирования порошкообразного вещества ожиженного на пористом основании и определения засо-рения пористого основания и способ определения засорения пористого основания. Устройство состоит из рабочей камеры с пористым основанием 19, 21. Пористое основание разделено на две части. Первая распо-ложена под колонкой питания 15 на горизонтальном уровне, ниже уровня второй части, расположенной под колонной уравновешивания 16. Каждая из этих частей запитывается двумя независимыми объемами. При этом измеряют разницу давлений ожижения в каждом из этих двух объемов 18, 20. Эта разница растет в функции засорения пористого основания 19, помещенного под колонной питания, и позволяет обеспечить раскупорку этого основания 19, если разница превысит заранее определенное значение. Изобретение при-меняется при транспортировке в ожиженном слое любого продукта, например, алюминия, извести, цемента, металлических порошков и пластмасс, продуктов питания, 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к устройствам, использующим порошкообразный материал в состоянии ожи-женного слоя с целью его распределения из емкости, транспортировки или физической обработки-сепарации посторонних тел, смешанных с ним.
Известна транспортировка от одного места к другому порошкообразных материалов в состоянии ожи-жения. Материал называют ожижаемым, если он находится в порошкообразной форме и если его грануло-метрия и сцепляемость таковы, что поддуваемый воздух, даже с малой скоростью вызывает разлипаемость частиц между собой и снижение сил внутреннего трения так, что образованная таким образом суспензия ведет себя как однородная жидкость. Такими материалами являются, например, алюминий, цементы и гип-сы, летучие шлаки, фторид кальция, наполнители для пластмасс и резины, катализаторы, угольная пыль, сульфаты и фосфаты, металлические порошки, порошкообразные пластические материалы, продукты пи-тания, такие как крахмалы, порошкообразные молоко и мука, и т.д.
Предшествующий уровень техники представлен следующими тремя патентами того же заявителя.
Французский патент №2575734 описывает устройство, обеспечивающее регулирование расхода ожи-жаемого материала типа алюминия.
Французский патент №2575680 описывает устройство, обеспечивающее возможность отсепарировать в некотором продукте, состоящем из мелких ожижаемых частиц, скопления слипшихся частиц, не пригод-ных для ожижения.
Французский патент №2391136 описывает способ и устройство для автоматического регулирования расхода в системе транспортировки в ожиженном слое без применения механических элементов.
Устройство - объект изобретения может применяться с каждым из указанных выше применяться с каж-дым из указанных выше устройств и способов.
Устройство, описанное во французском патенте №2575734, имеет (фиг.1) загрузочный бункер 1, напол-ненный алюминием, связанный с рабочей камерой 2 колонной питания 3, примыкающей со стороны 7А рабочей камеры (слева на фиг.1); рабочую камеру 2, которая имеет в нижней части 2В ожижающее пори-стое основание 4 и подвод 5 ожижающего газа при постоянном и регулируемом давлении, в верхней части А2, на конце 7В, противоположном концу колонны питания, колонну 6 уравновешивания и дегазации, на концевой поверхности 7В, соответствующей колонне уравновешивания, и непосредственно над пористым основанием 4, выходное отверстие 8 ожиженного порошкообразного материала.
В отсутствии ожижающего газа порошкообразный материал, который хранится в бункере 1, опускает-ся в рабочую камеру 2, формируя естественный откос 10, угол которого с пористым основанием ожижения зависит от природы и физического состояния порошкообразного материала.
Когда подают ожиженный газ, отверстие 8 при этом закрыто, по каналу 5 и средству регулирования 12 через пористое основание 4 ожижаемый материал начинает ожижаться; он быстро заполняет верхнюю часть рабочей камеры, затем поднимается понемногу в колонну уравновешивания до некоторой высоты h (фиг.2), которая является функцией ожижающего давления Рf и средней плотности ожижаемого материала в колонне уравновешивания 6. Расчет показывает, а эксперимент подтверждает, что когда система находится в равновесии, при заданных ожижаемом материале и диаметре отверстия 8 расход материала является исключительно функцией давления газа ожижения, что обеспечивает удобное средство регулирования это-го расхода.
В действительности давление ожижения Pf уравновешено гидростатическим давлением, обусловлен-ным высотой h ожиженного слоя в колонне уравновешивания, увеличенном на потери давления в пористом основании. Взаимно однозначное соотношение между давлением ожижения Pf и расходом материала пред-полагает, что потери давления в пористом основании не изменяются, т.е. это основание не закупоривается. Это имеет место, когда речь идет об идеально чистом материале и однородной гранулометрии, образую-щей единую ожижаемую фазу. Но если распределяемый материал состоит из двух твердых фаз, одна из которых имеет тенденцию к осаждению в условиях ожижения, эта фаза, осажденная на пористом основа-нии, поднимает потери давления через одну стенку. Это приводит при постоянном давлении ожижения к уменьшению высоты h ожижаемого материала в колонне уравновешивания и, следовательно расхода через отверстие 8. Эта проблема возникает, в частности, в двух случаях:
со свежим глиноземом, который содержит тяжелых частицы жаростойких кирпичей, называемых “пес-ками”, которые подмешиваются к глинозему в процессе кальцинации;
в системах питания ванн электролиза алюминия, где рециклируют глинозем, который был использован для улавливания фторированных газов, выходящих из ванн. Этот глинозем с уловленными продуктами стремится сформировать компактные агломераты, называемые в терминах специальности “окалиновой”, которые осаждаются на пористой стенке.
Цель изобретения - предложить средство для непрерывного наблюдения за степенью забивания пори-стого основания с тем, чтобы вовремя вмешаться для очистки.
Предлагаемое решение проблем поясняется фиг.3-5.
Существует следующее соотношение между различным величинами, действующими на ожижение.
Давление ожидания Рf равно
Pf = Pc + d ·h,
где Рс - потеря давления через пористое основание;
d - плотность порошкообразного материала в ожиженном состоянии;
h - высота порошкообразного материала в колонне уравновешивания.
С другой стороны, Р = k·v, где k - коэффициент потери давления в пористом основании;
v - скорость воздуха через пористое основание.
В обычных промышленных условиях таких систем скорость потока воздуха ожижения практически всегда достаточно мала, поэтому режим течения - ламинарный и потери давления через пористое основа-ние - пропорциональные скорости.
В ходе создания изобретения было обнаружено, что “пески” вследствие их непригодности для ожиже-ния осаждаются на участке пористого основания, расположенном непосредственном или вблизи колонны питания 3. На основе этого разработано устройство, показанное в вертикальном сечении на фиг.3, на кото-рой видны загрузочный бункер 13, связанный с рабочей камерой 14 каналом питания 15, колонна уравно-вешивания 16 и выходное отверстие для порошкообразного материала 17. Рабочая камера прямоугольного горизонтального сечения дана в вертикальном сечении слева и справа на фигуре.
Слева на фигуре со стороны канала питания первая часть камеры ожижения 18 и пористое основание 19 находятся на уровне ниже уровня второй части камеры ожижения 20 и пористого основания 21 участка рабочей камеры, расположенного справа на фигуре со стороны колонны уравновешивания и выходного отверстия 17. Две части ожижения 18 и 20 запитываются общим каналом 22, разделяющимся на две ветви 23 и 24.
В начале работы, когда впускают газ ожижения, давления уравновешиваются следующим образом.
Давление ожижения в первой части камеры ожижения равно сумме двух членов: потре давления пористого основания, пропорциональное скорости ожижающего газа, и барометрическому давлению ожи-женного слоя в колонне уравновешивания, пропорциональному высоте этой колоны h1:


где - потеря давления через пористое основание, а d - кажущаяся плотность ожиженного слоя.
Аналогично давление во второй части камеры ожижения равно

Следовательно, имеет место дифференциальное давление

Или
Поскольку части пористого основания 19 и 21 идентичны, и если эти две части пористого основания остаются чистыми и лишенными “песка” или “окалины”, то k1 = k2.
Наоборот, с момента, когда “песок” или “окалина” осадились на части пористого основания 19, потеря давления на этой части 19 растет и становится равной

где kx - переменный коэффициент потери давления, возрастающий с засорением части пористого основания 19.
Следовательно, окончательно

Разница h1-h2 зависит исключительно от разницы высот между частями пористого основания двух ча-стей рабочей камеры т.е. от геометрии аппарата.
Кажущаяся плотность также постоянна и зависит лишь от ожижаемого продукта.
Коэффициенты k1 и k2 зависит лишь от характеристик пористого основания. Коэффициент kx растет от 0 с увеличением засорения пористой стенки 19.
С другой стороны, скорости v1 и v2 зависят от условий питания воздухом ожижения. Если обозначить - давление в трубе в точке, расположенной перед подключением питания пористого основания 19 и 21, можно получить значение v1, например решая систему

где - потеря давления в трубе, запитывающей первую часть рабочей камеры.
- пропорционально квадрату расхода, а следовательно, квадрату скорости воздуха, пересекающего поверхность S1 пористого основания 19

Коэффициент А зависит от геометрических характеристик канала и пропорционален поверхности ча-сти пористого основания S1, но для данной установки - постоянен.
Решение системы приводит к уравнению второй степени, которое позволяет определить v1. Оконча-тельно

Таким же образом можно рассчитать v2, решая систему


где , причем В и А - коэффициенты пропорциональности, зависящие лишь от геометрии трубы и поверхности S2 пористой стенки 21.
Окончательно

Важно отметить
а) как меняется разница давления в зависимости от kx, степени засорения пористого осно-вания 19;
в) как меняется скорость v1 через основание 19 в зависимости от степени засорения этого основания;
а) Подставив значения v1 и v2 и выражение , записанное выше, можно констатировать, что дифференциальное давление является суммой трех членов
постоянного члена: d(h1-h2), который является функцией геометрии аппарата, умноженной на высоту h1 - h2;
члена: (k1 + kx) v1, который зависит от некоторого числа констант, связанных с конструкцией аппарата;
регулировочного давления Pfo;
коэффициента Кх - степени загрязнения пористого основания 19, на котором осаждается “песок” или “окалина”;
члена: k2  v2, который зависит от констант, связанных с конструкцией аппарата, и регулировочного давления .
Анализ функции показывает, что она возрастает при росте kх. Следовательно, отклонение давления возрастает с ростом загрязнения пористого основания.
в) анализ функции v1 = g(kx) показывает, что эта функция стремится к 0, если kx растет и устремляется к бесконечности. Итак, уравнения, записанные выше, применимы лишь, если v1 существенно превышает зна-чение vmt, минимальной скорости ожижения для рассматриваемого материала.
Таким образом, постоянное измерение и возможная регистрация дифференциального давления делает возможным
следить за эволюцией загрязнения пористого основания в зоне осаждения “песка” и “окалины”;
автоматически или вручную подключать очистку аппарата путем фиксации значения , соответствующего скорости, близкой, но превышающей минимальную скорость ожижения, ниже которой аппарат не может работать.
Пример 1. Система питания ванны для электролиза алюминия выполнена в соответствии с изобретени-ем.
Первая часть рабочей камеры, распложенная под каналом питания, имеет длину, измеренную в направлении плоскости фиг.3, примерно 26 см, а ширину приблизительно 20 см. Вторая часть рабочей ка-меры имеет длину приблизительно 16 см и ширину 20 см. Пористое основание первой части располагается в 10 см над пористым основанием во второй части.
В начале работы, когда пористое основание свободно от закупорки, отмечены следующие параметры:
Давление ожижения мм вод.ст. (6375 Па).
Давление ожижения мм вод.ст. (5864 Па).
Высота слоя в колонне уравновешивания h = 58 см.
При диаметре выходного отверстия 19 мм был получен расход глинозема 25000 г/мин.
Разница давлений ожижения, равная первоначально 50 мм вод.ст. (490 Па), в процессе работы посте-пенно растет; она непрерывно регистрируется и, когда она достигает значения 90 мм вод.ст. (883 Па), уста-новка остановлена и приступают к раскупорке пористого основания.
Этот пример дан исключительно в качестве иллюстрации.
Размеры частей пористого основания, первой и второй частей пористого основания разница между этими частями зависят от природы продаваемого продукта, содержания в нем песка или окалины, расхода, который необходимо обеспечить и допустимым временем между двумя очистками.
Пример 2. Объект изобретения был применен для устройства по французскому патенту № 2575680. Это применение показано на фиг.4.
Оно позволяет обеспечить сепарацию ожижаемого порошкообразного материала от не ожижаемого материала, который к нему подмешан. Емкость 25, подвешенная с помощью упругих средств (не показаны), состоит из двух частей рабочей камеры 26 и 27, запитываемых газом ожижения двумя ветвями 28 и 29, вы-ходящими из общего канала 31. Две части рабочей камеры разделены пористым основанием на две части 32 и 33, причем камеры 26 и пористое основание 32 со стороны питания материалом располагаются ниже чем камера 27 и пористое основание 33. Верхняя камера имеет питание 34 смесью ожижаемого материала и не ожижаемого материала: слив 35 для эвакуации ожижаемой фазы; система шлюза 36 для эвакуации твер-дой не ожиженной фазы, осажденной на участке 32 пористого основания; трубка для эвакуации газа ожи-жения 37; система вибрации, сообщающаяся пористому основанию вибрационное движение в направлении стрелки 38.
В процессе работы частицы не ожижаемого материала осаждаются на пористом основании 32, вызы-вая рост разницы давлений . Когда эта разница достигает заранее определенного значения, автоматически запускается система вибрации и открывается отверстие шлюза 36, что вызывает раскупори-вание пористого основания. После возвращения разницы давлений к начальному уровню вибрация оста-навливается и шлюз закрывается.
Пример 3. Объект изобретения был применен со способом по французскому патенту № 2391136. Это применение показано на фиг.5. Некоторые характеристики, уже описанные в предшествующих примерах, представлены на этой фигуре: емкость ожижения с нижней частью рабочей камеры и пористое основание с двумя участками, смешенными вертикально, колонна питания порошкообразным продуктом. Устройство включает, кроме того, канал питания газом под давлением 39, заканчивающийся над пористым основанием инжектором 40, и канал, предназначенный для пневматического транспорта 41, снабженный насадкой 42, расположенным вертикально над инжектором. Как это было пояснено во французском патенте №2391136, эта система позволяет автоматически регулировать расход порошкообразного материала. Однако работа может быть возмущена присутствием неожижаемого материала, присоединение системы с двумя уровнями пористого основания и контроль разницы давлений ожижения позволяет детектировать степень закупорки пористого основания и вовремя произвести его очистку.