Пристрій для пневматичного транспортування зрідженого шару на пористій основі порошкоподібного матеріалу і визначення засмічення пористої основи і спосіб визначення засмічення пористоі основи

Изобретение относится к устройству, использующему порошкообразный материал в состоянии сжиженного 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 сжижения. Материал называют ожиженным, если он находится в порошкообразной форме, и если его гранулометрия 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, цементу и гипсы, известь, летучие шлаки, фторид кальция, наполнители для пластмасс и резины, катализаторы, угольная пыль, сульфаты и фосфаты, металлические порошки, порошкообразные пластические материалы, продукты питания, такие как крахмалы, порошкообразное молоко и мука, и т.д. Известно устройство, обеспечивающее регулирование расхода сжижаемого материала типа алюминия [1]. Указанное устройство имеет загрузочный бункер с колонной питания и сообщенную с колонной питания рабочую камеру с пористым основанием и с уравновешивающей колонной или без нее, расположенную над пористым основанием и соединенную с патрубком подачи ожижающего газа камеру сжижения, расположенное со стороны, противоположной загрузочному бункеру приспособления для вывоза ожиженного материала. В отсутствие сжижающего газа порошкообразный материал, который хранится в загрузочном бункере, опускается в рабочую камеру, формируя естественный откос, угол которого с пористым основанием ожижения зависит от природы и физического состояния порошкообразного материала. Когда подают сжижающий газ, отверстие при этом закрыто, по каналу и средству регулирования через пористое основание сжижаемый материал начинает ожижаться; он быстро заполняет верхнюю часть рабочей камеры, затем поднимается понемногу в колонну уравновешивания до некоторой высоты h, которая является функцией сжижающего давления Pf и средней плотности сжижаемого материала в колонне уравновешивания. Расчет показывает, а эксперимент подтверждает, что когда система находится в равновесии, при заданных сжижаемом материале и диаметре отверстия, расход материала является исключительно функцией давления газа ожижения, что обеспечивает удобное средство регулирования этого расхода. В действительности, давление ожижения Pf уравновешено гидростатическим давлением, обусловленным высотой h ожиженного слоя в колонне уравновешивания, увеличенном на потери давления в пористом основании. Взаимно однозначное соотношение между давлением ожижения Pf и расходом через приспособления для вывода ожиженного материала предполагает, что потери давления в пористом основании не изменяются, т.е. что это основание не закупоривается. Это имеет место, когда речь идет об идеально чистом материале и однородной гранулометрии, образующей единую ожижаемую фазу. Но если распределяемый материал состоит из двух твердых фаз, одна из которых имеет тенденцию к осаждению в условия х ожижения, эта фаза, осажденная на пористом основании, поднимает потери давления через это основание. Это приводит при постоянном давлении ожижения к уменьшению высоты h сжижаемого материала в колонне уравновешивания и, следовательно, расхода через приспособление для вывода ожиженного материала. Эта проблема возникает, в частности, в двух случаях: - со свежим глиноземом, который содержит тяжелые частицы жаростойких кирпичей, называемых "песками", которые подмешиваются к глинозему в процессе кальцинации; - в системах питания ванн электролиза алюминия, где рециклируют глинозем, который был использован для улавливания фторированных газов, выходящи х из ванн. Этот глинозем с уловленными продуктами стремится сформировать компактные агломераты, называемые в терминах специальности "окалиной", которые осаждаются на пористом основании. Задача настоящего изобретения сводилась к разработке способа и устройства, которые обеспечивали бы непрерывное наблюдение за степенью забивания пористого основания с тем, чтобы вовремя вмешаться для его очистки. Поставленная задача решается в соответствии с изобретением за счет того, что разработано устройство для пневматической транспортировки в ожиженном слое на пористом основании порошкообразного материала, смешанного с продуктами, не сжижающими в твердой фазе, и определения засорения пористого основания, включающее загрузочный бункер с колонной питания, сообщенную с колонной питания рабочую камеру с пористые основанием, причем в указанном устройстве согласно изобретению рабочая камера выполнена ступенчатой, камера ожижения выполнена из двух несообщающихся между собой частей, а пористое основание первой части камеры сжижения, расположенной под колонной питания и сообщающейся с ней через первую ступень рабочей камеры, расположено ниже уровня пористого основания второй части камеры ожижения, расположенной под уравновешивающей колонной и сообщающейся со второй ступенью рабочей камеры, при этом приспособление для подачи ожижающего газа выполнено из сообщающи хся друг с др угом патрубков, связанных с первой и второй частями камеры ожижения, причем устройство выполнено с приспособлением для измерения и регистрации во времени разницы давления в каждой части камеры ожижения. Решению указанной выше задачи способствует и предложенный способ определения засорения пористого основания в устройстве для пневматического транспортирования сжиженного на пористом основании порошкообразного материала, смешанного и неожижаемой твердой фазой и определения засорения пористого основания, в соответствии с которым задают контрольную разность давлений в первой и второй частях камеры ожижения, непрерывно контролируют рост разности давлений, сравнивают эту разность давлений с контрольным значением и при превышении этой разности давления контрольного значения производят очистку пористого основания. Кроме того, решению задачи способствуют дополнительные усовершенствований, заключающиеся в том, что приспособление для выведения сжиженного материала выполнено в виде патрубка, расположенного непосредственно над пористым основанием со стороны, противоположной месту расположения колонны питания, а устройство снабжено приспособлением для создания возможности вибрации пористого основания и шлюзовым затвором для вывода неожижаемой твердой фазы, осажденной в первой части камеры ожижения, а приспособление для вывода сжиженного материала выполнено в виде патрубка,, расположено в верхней части второй камеры ожижения, кроме того, предусмотрено, что приспособления для вывода ожиженного материала выполнено из соединенного трубой для независимой подачи газа под давлением и расположенного во второй части камеры сжижения над пористым основанием инжектора и вертикального транспортного канала, расположенного над инжектором. На фиг.1 изображено устройство со ступенчатой рабочей камерой, вертикальный разрез; на фиг.2 устройство с системой шлюза для эвакуации твердой неожижаемой фазы, вертикальный разрез; на фиг.3 устройство с пневматическим транспортером и инжектором, вертикальный разрез. Существует следующее соотношение между различными величинами, действующими на сжижение. Давление ожижения Pf равно: где Pc - потеря давления через пористое основание; d - плотность порошкообразного материала в ожиженном состоянии; h - высота порошкообразного материала в колонне уравновешивания. С другой стороны, где k - коэффициент потери давления в пористом основании; v - скорость воздуха через пористое основание. В обычных промышленных условиях эксплуатации таких систем скорость потока воздуха ожижения, практически всегда, достаточно мала, поэтому режим течения - ламинарный и потери давления через пористое основание - пропорциональны скорости. В ходе создания изобретения было обнаружено, что "пески", вследствие их непригодности для сжижения, осаждаются на участке пористого основания, расположенном непосредственно или вблизи колонны питания 1. На основе этого разработано устройство, показанное в вертикальном разрезе на фиг.1, на которой видны загрузочный бункер 2, связанный с рабочей камерой 3, колонной питания 1, колонна уравновешивания 4 и приспособление для вывода сжиженного порошкообразного материала 5. Рабочая камера 3 прямоугольного горизонтального сечения выполнена в вертикальном сечении ступенчатой. Слева на фигуре, со стороны колонны питания 1 первая часть камеры ожижения 6 и пористое основание 7 находятся на уровне, ниже уровня второй части камеры сжижения 8 и пористого основания 9 участка рабочей камеры, расположенного справа на фигуре, со стороны колонны уравновешивания 4 и выходного патрубка. Две части сжижения 6 и 8 запитываются общим каналом 10 для подачи газа, разделяющимся на два патрубка 11 и 12. В начале работы, когда впускают газ ожижения, давления уравновешиваются следующим образом. Давление ожижения в первой части камеры ожижения Pf1 равно сумме двух членов: потере давления пористого основания, пропорциональной скорости ожижающего газа, и барометрическому давлению ожиженного слоя в колонне уравновешивания, пропорциональному высоте этой колонны h1: где Pc1, - потеря давления через пористое основание; d - кажущаяся плотность ожиженного слоя. Аналогично, давление ожижения во второй части камеры ожижения Pf2, равно: Следовательно, имеет место дифференциальное давление или Pc1 = k1 × v1 и Pc2 = k2 × v2. Поскольку части пористого основания 7 и 9 идентичны, и если эти две части пористого основания остаются чистыми и лишенными "песка" или "окалины", то k1 = k2 . Наоборот, с момента, когда эти "песок" или "окалина" осадились на части пористого основания 7, потеря давления на этой части 7 растет и становится равной: где kx - переменный коэффициент потери давления, возрастающий с засорением части пористого основания 7. Следовательно, окончательно: Разница h1 - h2 зависит исключительно от разницы высот между частями пористого основания двух частей рабочей камеры, т.е. от геометрии аппарата. Кажущаяся плотность d также постоянна и зависит лишь от сжижаемого продукта. Коэффициенты k1 и k2 зависят лишь от характеристик пористого основания. Коэффициент kx растет от 0 с увеличением засорения пористого основания 7. С другой стороны, скорости v1 , и v2 зависят от усло вий питания воздухом ожижения. Если обозначить Pf0 - давление в трубе в точке, расположенной перед подключением питания пористых оснований 7 и 9, можно получить значение v1, например решая систему: где Pct1 - потеря давления в трубе, запитывающей первую часть камеры сжижения 6. Pct1 пропорционально квадрату расхода, а следовательно, квадрату скорости воздуха, пересекающего поверхность S1 пористого основания 7 Коэффициент A зависит от геометрических характеристик канала и пропорционален поверхности части пористого основания S1, но для данной установки - постоянен. Решение системы приводит к уравнению второй степени, которое позволяет определить v1. Окончательно: Таким же образом можно рассчитать v2, решая систему: где причем B и A - коэффициенты пропорциональности, зависящие лишь от геометрии трубы и поверхности S2 пористого основания 9. Окончательно: 7; Важно отметить: a) как меняется разница давлений Pf1 - Pf2 в зависимости от kx, степени засорения пористого основания b) как меняется скорость v1 через основание 7 в зависимости от степени засорения этого основания. a) Подставив значения v1 и v2 в выражение Pf1 - Pf2, записанное выше, можно констатировать, что дифференциальное давление Pf1 - Pf2 является суммой трех членов: - постоянного члена: d × (h1 - h2), который является функцией геометрии аппарата, умноженной на высоту h1 - h2 ; - члена: (k1 + k x) v1 , который зависит: - от некоторого числа констант, связанных с конструкцией аппарата, - регулировочного давления Pf0, - коэффициента kx - степени загрязнения пористого основания 7 на котором осаждается "песок" или "окалина"; - члена: k2 × v2, который зависит от констант, связанных с конструкцией аппарата, и регулировочного давления Pf0. Анализ функции Pf1 - Pf2 = f(k x) показывает, что она возрастает при росте kx. Следовательно, отклонение давления возрастает с ростом загрязнения пористого основания. b) 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 значение vmf, минимальной скорости сжижения для рассматриваемого материала. Таким образом, постоянное измерение и возможная регистрация дифференциального давления Pf1 Pf2 делает возможным: следить за эволюцией загрязнения пористого основания в зоне осаждения "песка" и "окалины"; автоматически или вручную подключать очистку аппарата путем фиксации значения Pf1 - Pf2, соответствующего скорости, близкой, но превышающей минимальную скорость сжижения, ниже которой аппарат не может работать. Пример 1. Система питания ванны для электролиза алюминия выполнена в соответствии с изобретением. Первая часть рабочей камеры, расположенная под каналом питания, имеет длину, измеренную в направлении плоскости фиг.1 примерно 26см, а ширину приблизительно 20см. Вторая часть рабочей камеры имеет длину приблизительно 16см и ширину 20см. Пористое основание первой части располагается в 10см над пористым основанием во второй части. В начале работы, когда пористое основание свободно от закупорки, отмечены следующие параметры: давление ожижения Pf1 = 650мм водяного столба (6375Па); давление сжижения Pf2 = 600мм водяного столба (5884Па); высота слоя в колонне уравновешивания h = 58см. При диаметре 19мм выходного отверстия патрубка 5 был получен расход глинозема 25000г/минуту. Разница давления сжижения, равная первоначально 50мм водяного столба (490Па), в процессе работы постепенно растет; она непрерывно регистрируется и, когда она достигает значения 90мм водяного столба (883Па), установка остановлена и приступает к раскупорке пористого основания. Этот пример дан исключительно в качестве иллюстрации. Размеры частей пористого основания, первой и второй частей пористого основания, разница высот между этими частями зависят от природы подаваемого продукта, содержания в нем песка или окалины, расхода, который необходимо обеспечить и допустимым временем между двумя очистками. Пример 2. Объект настоящего изобретения был применен для устройства по французскому патенту №2575880. Это применение показано на фиг.2. Оно позволяет обеспечить сепарацию сжижаемого порошкообразного материала от не сжижаемого материала, который к нему подмешан. Емкость 13, подвешенная с помощью упругих средств (не показаны), состоит из двух камер ожижения 14 и 15, запитываемых газом ожижения двумя ветвями 16 и 17, выходящими из общего канала 18. Две части рабочей камеры разделены пористым основанием 19 и 20, причем камера 14 и пористое основание 19 со стороны питания материалом располагаются ниже, чем камера 15 и пористое основание 20. Верхняя камера имеет колонну питания 21 смесью сжижаемого материала и не ожижаемого материала, патрубок 22 для вывода сжижаемого материала, шлюзовой затвор 23 для эвакуации твердой не ожижаемой фазы, осажденной на участке пористого основания 19, трубку для эвакуации газа ожижения 24, систему вибрации 25, сообщающую пористому основанию вибрационное движение в направлении стрелки. В процессе работы частицы не ожижаемого материала осаждаются на пористом основании 19 вызывая рост разницы давления Pf1 - Pf2. Когда эта разница достигает заранее определенного значения, автоматически запускается система вибрации и открывается отверстие шлюза 23, что вызывает раскупоривание пористого основания. После возвращения разницы давлений к начальному уровню вибрация останавливается и шлюз закрывается. Пример 3. Объект настоящего изобретения был применен со способом по французскому патенту №2391136. Это применение показано на фиг.3. Некоторые характеристики, уже описанные в предшествующи х примерах, представлены на этой фигуре: емкость ожижения с нижней частью рабочей камеры и пористое основание с двумя участками, смещенными вертикально, колонна питания порошкообразным продуктом. Устройство включает, кроме того, канал питания газом под давлением 26 заканчивающийся над пористым основанием инжектором 27 и канал, предназначенный для пневматического транспорта 28, снабженный насадкой 29, расположенной 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 не сжижаемого материала; присоединение системы с двумя уровнями пористого основания и контроль разницы давлений ожижения позволяет детектировать степень закупорки пористого основания и вовремя произвести очистку этого пористого основания.