Способ получения псевдоожиженного слоя и аппарат для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК B01J19/12 

Изобретение относится к способу псевдоожижения и аппарату для его осуществления, которые могут найти применение в химической и металлургической отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение интенсивности тепломассообмена.

Способ получения псевдоожиженно- го слоя магнитовосприимчивых частиц осуществляется путем наложения на него неоднородного . импульсного . магнитного поля частотой 1-12,5 Гц и длительностью 0,01-0,02 с, который отличается тем, что часть этого слоя в зоне убывания магнитного потока снизу вверх подвергают нагреву до температуры, превьшающей точку Кюри материала частиц, и одновременно охлаждают другую часть слоя в зоне возрастания магнитного потока до температуры ниже точки Кюри,при этом одновременно с импульсным магнитным полем налагают постоянное и переменное магнитнЪе поля.

На .фиг. 1 приведен аппарат для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2-7- слой магнитовосприимчивых частиц, поясняющий предлагаемый способ; на фиг. 8 - электросхема включения аппарата; на фиг. 9 - за- висимость коэффициента теплообмена с поверхностью слоя частиц магнетита диаметром 1, псевдоожиженного импульсным магнитным полем, от напряженности переменного магнитного поля.

Аппарат (фиг. 1) содержит вертикальный немагнитный корпус 1, охваченный электронагревателем 2, состоящим из двух частей 3 и 4, с наружным т1еш1оизоляционным кожухом 5 и соленоидом 6 с в нешним магнитопроводом 7. В нижней Части корпуса 1 установлена решетка 8, а в верхней части - питатель, содержащий бункер 9 с ферромагнитным материалом 10, корпус 11 с решеткой 12 и ферромагнитными шарами 13, размещенными на этой решетке, охваченный эо ектромагнитной катушкой 14. Под решеткой 8 установлен конический герметичный корпус 15, расши- ряюшрйся кверху, в нижнем основании которого установлена сетка 16, а под ней газораспределительное устройство в виде полых перфорированных труб 17, связанных с коллектором 18 и патрубком 19 для подвода газа. Под сеткой 16 размещен дополнительный соленоид 20, охватывающий цилиндрический корпус 21 с патрубком 22, образующим гидравлический затвор в виде достаточно высокого плотного слоя обрабатываемого материала 23, содержащий также разгрузочное приспособление, включающее корпус 24 с решеткой 25 и слоем ферромагнитных шаров 26 и соленоид 27, охватывающий

этот корпус.

Аппарат (фиг. 1) работает следуг ющим образом.

При включении импульсного магнитного поля катушки 14 соответственно

числу импульсов и числу возвратно- поступательньге колебаний ферромагнитных шаров 13, взаимодействующих с этим полем, в корпус 1 засьшается слой ферромагнитного материала при

включенном соленоиде 6, генерирующем импульсное магнитное поле частотой 1-2 Гц, длительностью импульсов 0,01-0,02 с. Одновременно налагается переменное магнитное поле напряженностью не более коэрцитивной силы ферромагнитного материала, не достигается середины.,соленоида,идет интенсивное его перемешивание и быстрый разогрев. По мере дальнейшего поступления ферромагнитного материала ... внутрь корпуса 1 и увеличения высоты слоя так, что его верхняя граница уже оказывается лежащей над центром соленоида, скорость движения ферромагнитных частиц уменьшается, пока это движение прекратится совсем, когда ферромагнитный материап заполняет по- лость соленоида 6. В момент увеличения температуры нижней части 4 электронагревателя 2 вследствие резкого уменьшения интенсивности движения частиц и коэффициента теплообмена эта часть отключается и включается верхняя часть 3 электронагревателя

2. После прогрева части слоя, охваченного верхней частью 3 электронагревателя 2, до температуры точки Кю- - ри начинается интенсивное перемешивание парамагнитных (нагретых до температуры выше точки Кюри) и ферромагнитных частиц. Вновь включаются часть 4 электронагревателя и весь слой или большая его часть прогревается до температуры точки Кюри. Движение

частиц прекращается, причем парамагнитные частицы свободно проваливаются через решетку 8. После этого включается подача охлаждающего газа

или пара через патрубок 19, коллектор 18 и полые перфорированные трубы 17. И начинается магнитная сепарация холодных ферромагнитных частиц втягивающихся в полость соленоида 6, и горгячих парамагнитных частиц, проваливающихся через слой колеблю- 1ЦИХСЯ и хаотически движущихся ферромагнитных частиц, что приводит к интенсивному продольному перемешива- нию материала в области, охваченной /электронагревателем 2, и нагреву газа, фильтрующего через слой парамагнитных частиц. При частотах импульсов магнитного поля 5-10 Гц ре- шетка 8 играет по отношению к ферромагнитным частицам роль обратного клапана, пропуская их только внутрь соленоида 6, но она свободно пропускает вниз парамагнитные частицы. В этом случае над решеткой 8 постоянно находится прослойка ферромагнитных частиц, которые вибрируя передают вибрацию слою парамагнитных частиц,интенсифицируя теплообмен со стенкой нагревателя..

По мере восстановления или окисления материала, при замене катализатора включается соленоид 20 и материал отводится через сетку 16 и нижнее разгрузочное приспособление с гидравп лическим затвором в виде достаточно высокого плотного слоя обрабатываемого материала 23: включается импульсное магнитное поле соленоида 27, ; возбуждающее колебания ферромагнитных шаров 26. Материал в виде виброслоя вытекает между шарами. Патрубок 22 снабжен индукционным датчиком уровтг- ня материала, охватывающим верхнюю часть патрубка 22 и включенным в мост переменного тока. При отсутствии : внутри верхней части патрубка ферромагнитного материала ток в соленоиде 27 отключается и выгрузка материала прекращается. После этого газ выключается. В корпус 1 подается новая порция материала через верхний питатель при включении импульсного магнитного поля катушки 14.

На фиг. 2-7 изображены последовательно стадии псевдоожижения слоя магнитовосприимчивьк частиц.

Если соленоид частично заполнен материалом, то при наложении на него, импульсного магнитного поля он псевдоожижается при интенсивном

движении ферромагнитных частиц (фиг. 2).

В общем случае, если полость соленоида полностью заполнить магнито- восприимчивыми частицами (фиг. 3), например, выполненными из магнитомяг кого материала и воздействовать на ник магнитным полем любого вида (переменным, постоянным, пульсирующим или импульсным), то слой этих частиц останется плотным, т.е. частицы его будут неподвижными.На такой слой действуют пондеромоторные силы,направленные к центру соленоида,сжимающие слой.

Если слой ферромагнитных частиц нагреть весь до температуры точки Кюри, то сжимающий слой пондеромоторные силы практически становятся равными нулю, однако плотный слой останется неподвижным.

Если нагреть до температуры точки Кюри (или вьште ее) лишь часть слоя, лежащего вьппе центра соленоида то при воздействии на слой постоянного или переменного магнитного поля частотой 50 Гц ферромагнитная (холодная) часть слоя стремится вытеснить из полости соленоида горячую I

часть, взвесив ее, втянувшись в корпус подобно поршню.

Если на такой слой воздействовать пульсирующим магнитным полем, например, тока, полученного после однопо- лупериодного выпрямления переменного тока частотой 50 Гц, то холодный слой втягивается в соленоид, слегка вибрируя как сплошной поршень, а немагнитный (горячий) слой образует над холодным плотным слоем слегка колеблющийся слой без заметного перемешивания его частиц. При наложении- магнитного поля ферромагнитные частицы холодного слоя сцеплены, между собой, образуя флокулы, и провал немагнитных (горячих) частиц через слой холодных исключен.

Если на такой слой налагать импульсное магнитное поле частотой 1-12,5 ГцJчастотой импульсов 0,OJ- 0,02 с (фиг. 4), то при этом исключается магнитная флокуляция вдоль магнитных силовых линий внешнего магнитного поля. Ферромагнитные частицы холодной части слоя приводятся в хаотическое движение относительно друг друга, при этом горячие немагнитные частицы провали5125

ваются под слой холодных ферромагниных частиц. Последние стремятся занять положение, симметричное относительно центра соленоида, и прекращают движение, нагреваясь постепенно до температуры точки Кюри и .теряя свои магнитные свойства. Если при этом не охлаждать нижнюю часть слоя горячих немагнитных частиц, провали- .вающихся через слой ферромагнитных частиц, то все частицы слоя будут в дальнейшем неподвижными сколь угодно долго.

Если нижнюю часть провалившихся горячих частиц с температурой выше точки Кюри охлаждать любым известным способом до температуры ниже точки Кюри (фиг. 5-6), то при непрерывном наложении на слой импульсного магнитного поля будет происходить маг-i нитное разделение ферромагнитных (холодных) от парамагнитных (горячих) частиц: верхняя парамагнитная часть слоя представляет собой виб- рокипящий слой, а между горячей и холодной частями слоя имеет место непрерывная циркуляция частиц с по- очедным переходом их из ферромагнитного в парамагнитное состояние и наоборот. При этом в случае слоя частиц железа при температуре точки Кюри имеет место аномальное увеличение теплоемкости, что интенсифицирует теплоотвод от поверхности нагрева, тогда как в зоне охлаждения теп лоемкость почти скачкообразно уменьшается, что . приводит к интенсификации отдачи тепла охлаждающему газу. Очевидно, интенсивней нагрев ферромагнитных частиц и их охлаждение, тем интенсивней циркуляция частиц и теплообмен их с поверхностью нагрева и охлаждающим газом. Причем импульсное магнитное поле или постоянное магнитное поле, нала- гаемое одновременно с импульсным, можно включать периодически .и тогда в зону охлаждения попадает материал с температурой значительно превьша- ющей температуру точки Кюри, при которой интенсивность процесса химической реакции максимальна, например при восстановлении железной руды, конверсии природного газа и т.ц., т.е. согласно предлагаемому способу устраняется-ограничение на процесс псевдоожижения не только со стороны точки Кюри,но и со стороны

количества ферромагнитных частиц, увеличивается поверхность нагрева, омываемая слоем ферромагнитных частиц.

На фиг. 7 приведена электрическая схема генератора электромагнитного поля, по которой работает соленоид в устройстве, изображенном нафиг-. 1. Схема включает тиристоры Т, и Т., диод D, , дроссели Dp, и Dp ,соленоид Ь.Блок формирования импульсов тока (управления тиристором Т,) содержит транзисторы Тр и Т р, , конденсатор С и сопротивление, источник постоянного тока. Управление тиристором Т содержит реле Л (на схеме не показаг: но: на ней изображен нормально разомкнутый контакт Л) и источник постоянного тока.

Схема (фиг. 7) работает следующим образом..

При подаче в цепь управления импульса постоянного тока тиристор Т( отпирается на время действия отпирающего импульса: через соленоид L идет ток в виде импульсов с частотой подачи отпирающих импульсов. Одновременно через диод D и дроссель Dp, в соленоид L поступает уни- полярньдй пульсирующий ток частотой 50 Гц, Периодически через реле Л (на схеме не показано) включается тиристор Tj, и через соленоид L одновременно с импульсным магнитным полем проходит переменный ток,генерирующий переменное магнитное поле напряженностью,равной коэрцитивной силе материала слоя.

На фиг. 8 дана зависимость коэффициента теплообмена с поверхностью, погруженной в слой частиц стальной дроби диаметром 1 мм, псевдоожижен- ный импульсным магнитным полем частотой f 5 Гц, длительностью импульсов 0,01 с, от напряженности переменного магнитного поля, налагаемого одновременно с импульсным магнитным полем. Зависимость имеет явный максимум: слева от него на теплообмен оказывает влияние остаточный магнетизм частиц, а- справа от него сказывается магнитная флокуляция, частиц, тормозящая частицы. При напряженности магнитного поля 7-12 кА/м имеет место вращение частиц под действием гистерезисного момента.и их -подвижность значительно возрастает.

712551968

Предлагаемый способ и аппарат мена за счет увеличения циркуляции обеспечивают интенсивность теплооб- материала между зонами.

70

Г5

Ц)иг.1

1. Способ получения псевдоожижен- ного слоя путем наложения на него однородного импульсного магнитного поля, о тличлю гцийся тем, что, с целью повышения интенсивности тепломассообмена, часть слоя в зоне убывания магнитного потока подвергают нагреву до температуры, превышающей точку Кюри матери ала частиц, и одновременно охлаждают другую часть слоя в зоне возрастания магнитного потока до температуры ниже точки Кюри, при этом одновременно с импульсным магнитным полем нашагают постоянное и переменное магнитные поля. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что частоту переменного магнитного поля периодически изменяют. 3.Аппарат для получения псевдо- ожиженного слоя, включающий корпус с размещенными внутри иего ферромагнитными частицами, электромагнитную катушку, охватывающую корпус, газораспределительное устройство,размещенное в нижней части корпуса, электронагреватель, установленный внутри электромагнитной катушки,о т- личающийся тем, что,с целью повышения интенсивности тепломассообмена, он снабжен расположенными под соленоидом патрубками подвода и отвода нагреваемого газа, сеткой, установленной над газораспределительным устройством, и расположенным под ним дополнительным соленоидом. i (Л

Фиг.З

фигЛ

фиг. 5

Фиг.6

О

ю 15 го 25 30 н

кА/н фиг.9,

Редактор Г.Волкова Заказ 4743/7

Составитель А.Телесницкий

Техред А.Кравчук Корректор Л.Пилипенко

Тираж 527Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открьггий 1.13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4