專利名稱：一種無偏析地傳輸粉末材料的方法
一種無偏析地傳輸粉末材料的方法 本發(fā)明涉及一種傳輸方法，該方法可利用基本水平的管路，將粉末形式的材料從
供應(yīng)區(qū)域一典型地為所述粉末形式的材料的貯存區(qū)域一傳輸?shù)揭贿h(yuǎn)離該第一區(qū)域的 所述粉末形式材料的待供應(yīng)區(qū)域。該方法更具體地涉及一種在基本水平的管路中傳輸粉末 形式的材料的方法，該粉末形式的材料由顆?；旌衔锝M成，所述顆?；旌衔锏念w粒尺寸分 布和密度分布不一定是單峰的，但是在供應(yīng)區(qū)域?yàn)榫|(zhì)的所述顆?；旌衔锉仨氁曰九c初 始混合物一樣的均勻性被輸送至待供應(yīng)區(qū)域。 已經(jīng)描述了許多能夠?qū)⒎勰┎牧祥L(zhǎng)距離傳輸?shù)难b置。這些裝置中的大多數(shù)利用 了流化床傳輸技術(shù)。US 3 268 264公開了一種用于傳輸粉末材料的方法，在該方法中在供 應(yīng)區(qū)域和待供應(yīng)區(qū)域之間安裝有一裝置，該裝置是一個(gè)包括至少一個(gè)基本水平的輸送器的 封閉裝置，該輸送器包括一用于氣體循環(huán)的下管道和用于粉末材料循環(huán)的上管道，所述下 管道和所述上管道被一所述氣體可穿過的多孔壁分隔，并且所述下管道設(shè)有至少一個(gè)供氣 管。下管道被供應(yīng)有處于一壓力下的氣體，該壓力使得在所述上管道中的所述粉末材料被 流化。該裝置——用于傳輸粉末形式的煤以供應(yīng)熱電廠——描述了一種在下管道中能夠沿 著風(fēng)道改變流化壓力的分區(qū)系統(tǒng)。在該文獻(xiàn)所描述的運(yùn)行條件下，流化的材料以湍流態(tài)流 動(dòng)，具有相當(dāng)高的流化氣體流速。 法國(guó)專利FR 2 534 891 (ALUMINIUM PECHINEY)也公開了一種裝置，該裝置能夠以 低流化氣體流速將粉末材料潛流化，使得粉末材料保持在被稱為"超濃相"的狀態(tài)中。利用 這種裝置，可以使用基本水平的管路將處于超濃相的所述材料從供應(yīng)區(qū)域傳輸至待供應(yīng)區(qū) 域。FR2 354 891中的裝置與US 3 268 264中的裝置區(qū)別主要在于上管道設(shè)有至少一個(gè)平 衡柱，該平衡柱的開放頂端與所述封閉裝置的外側(cè)連通，并且該平衡柱填充有粉末材料。該 柱的填充高度平衡在上管道中盛行的壓力。粉末材料因此被置于一種潛流化狀態(tài)所述氣 體+粉末材料的混合物的表現(xiàn)如同液體并且只要沒有粉末材料被消耗就保持不動(dòng)， 一旦在 待供應(yīng)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生真空，就由于所述真空而產(chǎn)生直至貯存區(qū)域的連續(xù)的微滑坡，以使得粉 末材料以可控流量循環(huán)，剛好對(duì)于待供應(yīng)區(qū)域的需要是足夠的。與其他濃相傳輸方法相比， 氣體以低壓供應(yīng)，并且氣體的運(yùn)動(dòng)類似于顆粒的運(yùn)動(dòng)以低速進(jìn)行，這使得能夠限制設(shè)備的 磨損和產(chǎn)品的磨耗。所述平衡柱優(yōu)選地被豎直組裝。它的截面優(yōu)選地位于S/20至S/200， 其中S為所述多孔壁的整個(gè)表面。 在歐洲專利EP 1 086 035 (ALUMINIUM PECHINEY)中，通過將上管道布置為使得在 其頂部中可形成壓力氣泡，來改善以上方法。以此方式，運(yùn)轉(zhuǎn)更穩(wěn)定風(fēng)道在當(dāng)其中一個(gè)平 衡柱中沒有排氣或者不完全排氣時(shí)變得完全堵塞的風(fēng)險(xiǎn)被降低。典型地，在所述上管道的 上部區(qū)域內(nèi)形成屏障和使得氣泡"固化"的壁被裝配到所述上管道的上部區(qū)域。這些屏障 的高度低于上管道高度的一半。典型地，它是所述高度的大約十分之一。優(yōu)選地，上管道的 上部區(qū)域被布置為使得以所述屏障壁為邊界的給定泡，與該裝置的平衡柱相關(guān)聯(lián)。
如在前述多個(gè)專利中所述的潛流化超濃床輸送裝置，被大規(guī)模地應(yīng)用，尤其是對(duì) 現(xiàn)代的進(jìn)行鋁熔融電解的工廠的罐進(jìn)行供應(yīng)。該裝置已知的優(yōu)點(diǎn)有
參對(duì)罐連續(xù)供應(yīng)，能夠保持料斗一直是滿的，
參需要較少的系統(tǒng)維護(hù)， 參流化需要相對(duì)低的空氣壓力(與用于濃相氣動(dòng)傳輸?shù)?巴相比，僅需要O. 1 巴)， 參氧化鋁的低速運(yùn)動(dòng)，減小了設(shè)備的磨損以及產(chǎn)品的磨耗或結(jié)塊。 可是，雖然它具有上述的所有優(yōu)點(diǎn)，但如果不采取一些特定的預(yù)防措施，該裝置仍
會(huì)具有如下缺點(diǎn) 參非最優(yōu)的流化氣體消耗，以及由此產(chǎn)生的非最優(yōu)的能量消耗， 參氧化鋁經(jīng)由平衡柱的明顯飛起，即再循環(huán)， 參由于最細(xì)顆粒的優(yōu)先飛起而引起的顆粒尺寸偏析的風(fēng)險(xiǎn)。 此外，在一個(gè)電解車間里，需要大量(若干打的)的區(qū)域從僅一個(gè)貯存區(qū)域來供 應(yīng)。而且，貯存區(qū)域和待供應(yīng)區(qū)域之間的距離會(huì)很大(幾百米)。為了滿足這些需要，本申 請(qǐng)人提出了在EP-B-0179 055中所示出的裝置，該裝置由多個(gè)級(jí)聯(lián)的輸送器組成一主輸 送器將貯存區(qū)域連接至一系列的二級(jí)輸送器，每一個(gè)二級(jí)輸送器分配給一個(gè)罐并且設(shè)有側(cè) 噴嘴，該側(cè)噴嘴給被集成到罐上部結(jié)構(gòu)中的料斗供料。這組成了風(fēng)道的網(wǎng)絡(luò)，使得能夠?qū)⒁?超濃床形式的氧化鋁傳輸幾百米，典型地為400米至800米。然而，申請(qǐng)人注意到在這些距 離下，有時(shí)難以避免在某些地方出現(xiàn)偏析現(xiàn)象。 除了在傳輸氧化鋁的環(huán)境下特別遇到的該問題之外，申請(qǐng)人試圖更好地限定如下 條件，在該條件下由不同顆粒尺寸的顆粒均勻混合所得到的粉末材料，或者甚至由不同密 度的顆粒均勻混合所得到的材料，可以在該風(fēng)道內(nèi)循環(huán)而不發(fā)生偏析。也就是說，申請(qǐng)人試 圖限定通過潛流化來傳輸該粉末材料的最佳條件，通過所述條件當(dāng)所述材料到達(dá)待供應(yīng)區(qū) 域時(shí)其具有相同的顆粒尺寸分布或者相同的密度分布。 本發(fā)明的第一方面是一種能夠通過潛流化來輸送粉末材料的方法，其中一個(gè)裝置 安裝在供應(yīng)區(qū)域——典型地是所述粉末材料的貯存區(qū)域——以及一個(gè)待供應(yīng)區(qū)域之間，所 述裝置是一個(gè)包括至少一個(gè)被稱為"風(fēng)道"的基本水平的輸送器的封閉裝置，該輸送器包括 用于氣體循環(huán)的下管道以及用于粉末材料循環(huán)的上管道，所述下管道和所述上管道被一所 述氣體可穿過的多孔壁分隔，所述下管道連接至一供氣裝置，該方法中該上管道被填充有 所述粉末材料并且該下管道被供應(yīng)有處于一壓力下的氣體，該壓力被稱為流化壓力，該壓 力使得所述上管道中所述粉末材料發(fā)生潛流化，所述上管道設(shè)有至少一個(gè)平衡柱，該平衡 柱的頂端是打開的并且其底端與所述上管道連通，以使得粉末材料以一將在該上管道種盛 行的壓力平衡的高度進(jìn)入所述柱，所述方法的特征在于，預(yù)先確定一個(gè)與空隙率最大時(shí)的 氣體的流化速度相等的基準(zhǔn)流化速度，并且其中該流化壓力被設(shè)置為一個(gè)值，使得在所述 上管道中的所述氣體的流化速度在所述基準(zhǔn)流化速度的0. 8至1. 5倍的范圍內(nèi)，優(yōu)選在所 述基準(zhǔn)流化速度的0. 9至1. 3倍的范圍內(nèi)。 所使用的裝置是這樣一個(gè)封閉裝置，其就粉末材料而言僅通過供應(yīng)區(qū)域和待供應(yīng) 區(qū)域與外側(cè)連通，并且就流化氣體而言僅通過入口管路——優(yōu)選地單個(gè)——以及平衡柱的 開口端與外側(cè)連通。它包括至少一個(gè)基本水平的輸送器，這是在以下意義上的，即它可以由 一系列或成網(wǎng)絡(luò)的水平或稍微傾斜的風(fēng)道類型的輸送器組成，其中該稍微傾斜的輸送器具 有的斜度相對(duì)于水平典型地小于10° ，優(yōu)選地小于5。。 特別適用于本發(fā)明的方法的粉末材料是一種容易流化的材料，該材料的顆粒具有球狀凸形的形狀，具有的形狀系數(shù)(Ferret比)十分接近于1，典型地為0. 5至2的范圍內(nèi)， 且尺寸——例如由中值粒徑D50表示——典型地在15微米至500微米的范圍內(nèi)。此材料 也可以具有單峰或者多峰的顆粒尺寸分布。還可以包括不同化學(xué)成分和/或密度的材料的 混合物。利用Geldart在1973年提出的根據(jù)粉末的流化能力將粉末分類的表示法，即通過 用下述一個(gè)點(diǎn)來表示材料，該點(diǎn)的X坐標(biāo)是材料平均尺寸叱的對(duì)數(shù)而Y坐標(biāo)是材料的平均 密度Ps和流化氣體的密度Pg之間的差值的對(duì)數(shù)，可以表明本發(fā)明的方法尤其良好地適用 于在

圖1所示的陰影區(qū)域內(nèi)所屬的材料，該陰影區(qū)域粗略地相當(dāng)于一個(gè)具有以下十個(gè)頂點(diǎn) 的多邊形:L(IO ;5) 、 M(IOO ;4) 、 N(300 ;2) 、 0(500 ;1) 、 P(500 ;0. 15) 、 Q(IOO ;0. 15) 、 R(60 ; 0. 2)、S(30 ;0. 5)、T(20 ;1)、U(15 ; 1)，其中X坐標(biāo)為括號(hào)中左側(cè)的對(duì)應(yīng)于以ym表示的顆粒 尺寸的數(shù)值的對(duì)數(shù)，且Y坐標(biāo)為括號(hào)中右側(cè)的對(duì)應(yīng)于以kg/dm3表示的密度的差值的數(shù)值的 對(duì)數(shù)。由于在實(shí)踐中很少出現(xiàn)密度小于1的顆粒，因此本發(fā)明的方法最適用的粉末的范圍 可以是如多邊形LMNOU所限定的范圍，即由以下不等式限制的區(qū)域
a)YX)
b) Y+3. 969X-4. 668 > 0
c) Y+0. 097X-0. 796《0
d) Y+0. 631X-1. 864《0
e) Y+l. 357X-3. 662《0 其中X二 logl。(dp)，dp以微米表示并且其中Y二 logl。(Ps-pg)， Ps和Pg以kg/ dm3表示。 容易流化的粉末具有的特征為 參散式流化，其當(dāng)空氣速度明顯大于最小流化速度時(shí)導(dǎo)致該床強(qiáng)烈膨脹，同時(shí)流
化速度增加并出現(xiàn)鼓泡； 參當(dāng)停止流化時(shí)的緩慢脫氣這些粉末長(zhǎng)時(shí)間保持流動(dòng)； 參在排空料斗的過程中熔融體(fusage)的趨勢(shì)，即穿過閉塞器的流體型流動(dòng)。用 來通過電解生產(chǎn)鋁的氧化鋁屬于這一范疇。 為了表征容易流化的粉末的流化狀態(tài)，一層所述粉末置于一個(gè)在與立式圓筒相當(dāng) 的柱之內(nèi)的水平多孔壁上，我們?cè)谙挛膶⒃撝Q為"流化柱"。使得氣體向上穿過所述層循 環(huán)，使得該氣體的上升速度逐漸增加。在實(shí)踐中，氣流速度實(shí)際上是變化的。如此可以觀察 到以下連續(xù)的現(xiàn)象 參對(duì)于最低速度，固體顆粒的層保持在格網(wǎng)上沒有可見運(yùn)動(dòng)。如果速度進(jìn)一步增 加，可以觀察到顆粒振動(dòng)。 參從速度Umf (最小流化速度)開始，將可察覺到所述層的膨脹以此方式實(shí)現(xiàn)顆粒 的床在固定狀態(tài)和流化狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。在下文中，我們會(huì)將氣體的使能夠獲得流化狀態(tài) 的上升速度稱為流化速度。 參通過又進(jìn)一步增大氣體向上的速度，所述床繼續(xù)膨脹然后則可以描述流化狀
態(tài)。顆粒是相互獨(dú)立的。它們進(jìn)行低振幅的無序運(yùn)動(dòng)。沒有觀察到與流體相關(guān)的整體平移 運(yùn)動(dòng)。所述床的上表面基本是清晰和水平的。該床與流體相當(dāng)。 參從氣體的某一上升速度開始，在該床中出現(xiàn)不均勻性發(fā)生鼓泡現(xiàn)象(在流化床 中出現(xiàn)多個(gè)空腔，這些空腔逐漸變大、聚結(jié)并且上升至表面)。此時(shí)流體表面的外觀如沸騰液體。此為鼓泡流化狀態(tài)。 參如果氣體速度又進(jìn)一步增加，形狀變得不規(guī)則的所述泡逐漸增大尺寸和數(shù)量，
將越來越多的固體顆粒拖入它們的尾流中此為湍流流化狀態(tài)； 參在某一被稱為顆粒最終自由下落速度的速度以上，被氣流驅(qū)動(dòng)的顆粒脫離懸
浮此為夾帶現(xiàn)象(ph^ion^ne d'entrainement)。此現(xiàn)象的應(yīng)用是粉末固體的常規(guī)
機(jī)械化運(yùn)輸，典型地使用被稱為氣動(dòng)滑板(a6rogliss"re)的輸送器。
讓我們回到低流化速度，其支配在風(fēng)道的上管道中必須盛行的條件。根據(jù)本發(fā)明， 基準(zhǔn)流化速度預(yù)先是以經(jīng)驗(yàn)確定的，或者半經(jīng)驗(yàn)確定的，等于與最大空隙率對(duì)應(yīng)的氣體流 化的平均速度。這可以例如利用如之前所述的流化柱來進(jìn)行。 空隙率與懸浮物的表觀密度直接相關(guān)。它被限定為顆粒的表觀密度與懸浮物的密 度之間的差值，被表示為與顆粒的表觀密度相比的百分比。換句話說，空隙率^p由以下關(guān) 系式確定 ~) 其中p s為顆粒的表觀密度并且其中懸浮物的密度P w通過以下關(guān)系式得出
顆粒質(zhì)量=mp 懸浮物體積—^ 對(duì)于給定的懸浮物，質(zhì)量mp是不變的，并且柱的截面S是不變的，空隙率主要取決 于在所述柱中流化床所占據(jù)的高度h『因此最大的空隙率對(duì)應(yīng)于懸浮物的最小表觀密度。
圖2示出了一個(gè)實(shí)施例，在該實(shí)施例中根據(jù)上升氣體速度Uf在流化柱中測(cè)得冶 金級(jí)氧化鋁的流化床的高度H;可以看到，該床的高度以及由此的該床的體積，自與最小流 化速度比{——在此接近3mm/s——相當(dāng)?shù)哪骋簧仙俣葧r(shí)開始明顯增加，達(dá)到最大，然后 自Umb值——在此為大約7mm/s，粗略對(duì)應(yīng)于出現(xiàn)鼓泡，并且為此原因被稱為"最小鼓泡速 度"——時(shí)開始減小，然后到達(dá)在鼓泡流化相的其余部分中基本不變的階段。結(jié)果以兩種 形式給出菱形并且左手側(cè)Y軸示出了作為上升速度的函數(shù)的床的高度，方形并且右手側(cè)Y 軸示出了作為流化速度的函數(shù)的空隙率。 圖3示出了與圖2相同的結(jié)果，但是以作為流化速度的函數(shù)的表觀密度來示出。 可以看到，在最小值附近，曲線的形狀是平的，雖然在所述最小值的兩側(cè)輕微不對(duì)稱。這使 能夠限定一個(gè)表觀密度變化很小并且接近該最小值的區(qū)域。第一區(qū)域——其與最大比最小 表觀密度的1. 025倍大的表觀密度相對(duì)應(yīng)——由在0. 8Umb至1. 5Umb的范圍內(nèi)的流化速度 確定。 一個(gè)進(jìn)一步限制的區(qū)域——其與最大等于最小表觀密度的1. 012倍的表觀密度相對(duì) 應(yīng)——由在最小鼓泡速度Umb的0. 9至1. 3倍的范圍內(nèi)的流化速度確定。
這些在膨脹的"靜態(tài)"床上觀察到的現(xiàn)象，被轉(zhuǎn)置到風(fēng)道中基本水平運(yùn)動(dòng)方式的超 濃床。即，根據(jù)本發(fā)明，為了獲得粉末材料通過潛流化的最佳傳輸，施加一流化壓力，使得在 上管道中形成與最小鼓泡速度接近的流化速度，與流化床的表觀密度的最低值相對(duì)應(yīng)，此 時(shí)假定該最小鼓泡速度獨(dú)立于在風(fēng)道中的流化床的整體水平運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)本發(fā)明，提供了在一膨脹的"靜態(tài)"床上所限定的一定值范圍內(nèi)的流化速度， 例如在簡(jiǎn)單流化柱所觀察到的，而沒有任何需要來涉及風(fēng)道的幾何形狀。在懸浮物并不進(jìn)行任何整體水平移動(dòng)意義上，所述床被稱為"靜態(tài)"的。基準(zhǔn)流化速度，其與空隙率最大時(shí) 的氣體的流化速度相等，被稱為最小鼓泡速度。它主要與材料的物理性能相關(guān)并且并不取 決于膨脹床的容器的幾何特征。如我們已看到的，所述速度范圍與其中空隙率變化很小的 范圍相對(duì)應(yīng)，它等于或者接近于最小值。申請(qǐng)人注意到這些條件對(duì)于在風(fēng)道內(nèi)獲得活塞型 流動(dòng)是最佳的。 如此可以提供一個(gè)明確的流化速度而不依賴于風(fēng)道的準(zhǔn)確幾何構(gòu)型。然而，只有 在風(fēng)道已經(jīng)被設(shè)計(jì)為在可能被懸浮物占據(jù)的上管道的任意點(diǎn)處都存在粉末材料的潛流化 的情況下，本發(fā)明的方法才可以給出良好的結(jié)果。 上管道中的氣體流化速度為在上管道中的氣體速度的上升豎直分量。它可以通過 任意適當(dāng)?shù)姆绞綔y(cè)得，例如通過使用已知透過性的網(wǎng)格和熱線風(fēng)速計(jì)。在如下所述的優(yōu)選 實(shí)施方案中，它可以通過測(cè)量被注入下管道的氣體流速和通過將其值除以將下管道與上管 道分隔的多孔壁的表面來更簡(jiǎn)單地限定。 風(fēng)道有利地被分成相互連接的多個(gè)區(qū)段，每一區(qū)段包括一平衡柱并且在所述多個(gè) 區(qū)段中的每一個(gè)區(qū)段中上管道的上部區(qū)域被壓力氣泡占據(jù)，如同在EP 1 086 035中。以此 方式，通過適宜地限定這些區(qū)段的幾何形狀，可以施加與在流化柱中的"靜態(tài)"膨脹床的流 化條件基本相當(dāng)?shù)牧骰瘲l件，即，在懸浮物的高度處施加一個(gè)基本豎直的氣體速度，該氣體 速度的水平分量只有在下管道中以及在壓力氣泡中，尤其是在平衡柱附近，才變得明顯不 等于零。 以此方式，氣體僅被用來使得懸浮物膨脹而不水平地夾帶顆粒，氣體直接移動(dòng)至 氣泡中并且通過平衡柱去除。顆粒的水平運(yùn)動(dòng)于是僅由供應(yīng)系統(tǒng)以及牽拉(sous-tirage) 產(chǎn)生，平衡柱用于確保逐個(gè)區(qū)段地加載整個(gè)風(fēng)道。 在這些條件下，懸浮物的表現(xiàn)如同液體并且與傳輸固體顆粒相關(guān)的壓力損耗非常 小。它極大地取決于顆粒的動(dòng)力學(xué)以及懸浮物在上管道內(nèi)壁上的摩擦狀況。但是它基本上 與流化條件無關(guān)。以此方式，可以獲得粉末材料的特別大的質(zhì)量吞吐量而不過度消耗流化 氣體。例如，對(duì)于諸如冶金級(jí)的氧化鋁等材料，大約10mm/s的流化速度可以產(chǎn)生或者甚至 超過大約70kg/m2s的質(zhì)量吞吐量，而這些流量使用常規(guī)的氣動(dòng)傳輸將需要大約15m/s的氣 體速度，意味著大了 150倍的氣體消耗。 對(duì)于每一區(qū)段，與所述區(qū)段相關(guān)的上管道的長(zhǎng)度、平衡柱的高度和截面有利地被 限定為考慮到要傳輸?shù)牟牧系牧鲃?dòng)，上管道的內(nèi)部處于與鼓泡開始時(shí)的流化條件接近的 流化條件并且所述柱的內(nèi)部處于湍流態(tài)條件。在柱的出口處的氣體速度必須不超過某一界 限，超過該界限則細(xì)粒的夾帶將導(dǎo)致粉末材料的不可接受的損耗。此外，兩個(gè)相鄰區(qū)段的下 管道部分互相連接，但是在其上施加某一壓力損失——典型地利用隔膜，以使得在每一區(qū) 段中，上管道中的氣壓對(duì)應(yīng)于一個(gè)流化速度保持在所述范圍內(nèi)所相關(guān)的壓力，所述范圍即 在最小鼓泡速度的0. 8至1. 5倍(優(yōu)選地為0. 9至1. 3倍)。 申請(qǐng)人:注意到通過提供一種與對(duì)應(yīng)于懸浮物最小表觀體積密度的流化模式相接 近的流化模式，不僅粉末可以以高速傳輸，而且特別地，在風(fēng)道中可以建立活塞式流動(dòng)，即 這樣一種流動(dòng)，其中，忽視摩擦的影響，進(jìn)入截面的任何顆粒都受到一相同的軸向速度，以 使得每一懸浮物截面在供應(yīng)區(qū)域和待供應(yīng)區(qū)域之間保持顆粒在尺寸和密度方面的相同分 布。這是一個(gè)保持分布直方圖的問題，而不是空間分布的問題，因?yàn)橹亓梢匝刂撀窂皆谌魏蔚胤浇槿?，重量最大并且因此最致密?或最大的顆粒趨向于聚集在下部并且由此產(chǎn) 生的結(jié)果可能是該截面并不保持其初始的均勻性。盡管如此但確實(shí)是沒有偏析，即在風(fēng)道 內(nèi)的任意位置，沒有具有一特定顆粒尺寸和密度的顆粒的聚集。該結(jié)果對(duì)于涉及多峰粉末 或者具有不同性能的粉末的混合物在較遠(yuǎn)距離上傳輸?shù)脑S多應(yīng)用是重要的，其在下文實(shí)施 例中描述。 如我們已經(jīng)看到，基準(zhǔn)流化速度對(duì)應(yīng)于最小鼓泡速度，該最小鼓泡速度與粉末材 料的物理性能有關(guān)。它可以例如通過使用流化柱以經(jīng)驗(yàn)確定。它也可以利用來自文獻(xiàn)的公 式以及在重新設(shè)定某些常數(shù)之后半經(jīng)驗(yàn)地確定。 例如，可以使用由Abrahamsen等人提出的經(jīng)驗(yàn)公式("粉末技術(shù)"(Powder Technology)，第26巻，第1期，1980年5-6月)，該公式根據(jù)顆粒的特征尺寸(dP，以米表 示)、以及氣體的密度Pg(以mVkg為單位)和動(dòng)態(tài)粘度Pg(以Pa.s為單位)，給出了最 小鼓泡速度， ",33《 申請(qǐng)人:注意到，對(duì)于冶金級(jí)氧化鋁，利用此公式，在將中間粒徑D90作為顆粒的特 征尺寸dp的條件下，可以高準(zhǔn)確度地估算出最小鼓泡速度Umb(以m/s表示)。
此外，申請(qǐng)人注意到，平衡柱優(yōu)選必須被設(shè)計(jì)為使得對(duì)于在上管道中的所述流化， 在該柱中到達(dá)湍流流化狀態(tài)，其中該床由來去迅速的氣相和固相的小單元組成并且其中難 以區(qū)分該床的表面，該床的底部比上部顯著更致密。以此方式設(shè)計(jì)，平衡柱的表現(xiàn)如同與之 相關(guān)的風(fēng)道區(qū)段的加載源。換言之，而且為了使懸浮物繼續(xù)與液體行為相似，它們的作用就 像都沿所述風(fēng)道安裝的水塔。在該柱的出口的氣體速度必須另外被限制，以避免夾帶過多 的細(xì)顆粒到該裝置之外。此外，可以將一個(gè)大截面的膨脹容器置于所述柱之上，以降低該速 度以及回收一部分所夾帶的細(xì)顆粒。 圖1示出了由Geldart所做的分類(Powder Technology,第7巻，第5期，1973年 5月，285-292)，其非常廣泛地用于根據(jù)粉末的流化能力將粉末分類。它根據(jù)顆粒密度和尺 寸將粉末分類A類表示容易流化的粉末，稱為"熔融"，B類表示相對(duì)容易流化的粉末，稱為 砂質(zhì)粉末，C類表示只可以困難地流化的細(xì)的、粘性粉末，以及D類表示具有不規(guī)則流化的 粒狀粉末。 陰影區(qū)域?qū)?yīng)于A類、一小部分C類以及一小部分B類——都接近于A類，這意味 著特別適用于根據(jù)本發(fā)明的方法傳輸?shù)姆勰┎牧鲜侨我夥N類的A類熔融粉末、較大的C類 所謂粘性粉末——材料越致密，最小公認(rèn)尺寸越小——以及B類所謂砂質(zhì)粉末中較細(xì)的粉 末材料——材料越致密，最大公認(rèn)尺寸越小。 對(duì)于本專利來說，由實(shí)驗(yàn)觀測(cè)值所得到的該陰影區(qū)域，已經(jīng)用多邊形LMN0PQRSTU 表示，在實(shí)踐中被限為由一組不等式所限定的多邊形LMNOU，但是可以理解的是，這些邊界 并不是它們的數(shù)學(xué)公式會(huì)使得人們所認(rèn)為的那樣嚴(yán)格的邊界，并且該組不等式必須被認(rèn)為 是也表示了由此所限定的區(qū)域的鄰近附近。 圖2和3，如上文所提到的，示出了對(duì)于冶金級(jí)氧化鋁——即用來通過熔融電解來 生產(chǎn)鋁的氧化鋁——所獲得結(jié)果。 圖4是該裝置的示意性豎直截面圖，在此包括將貯存裝置連接至一個(gè)去除機(jī)構(gòu)的水平風(fēng)道，該風(fēng)道可表示主輸送器或二級(jí)輸送器的一部分。 圖5是一個(gè)示意圖，示出了在根據(jù)本發(fā)明的方法的框架內(nèi)所使用的以及被分成多個(gè)區(qū)段的風(fēng)道。 圖6是一個(gè)示意圖，示出了在根據(jù)本發(fā)明的方法的框架內(nèi)所使用的一個(gè)先導(dǎo)風(fēng)
道，用來限定使可獲得無偏析傳輸?shù)淖罴褩l件。 圖7示出了在圖6的先導(dǎo)上進(jìn)行示蹤劑配料的結(jié)果。
實(shí)施例 實(shí)施例1 (圖4和5) 在圖4所示的裝置包括高架的貯存罐1，用于所要傳輸?shù)牟牧?，其通過管路2連接至流化風(fēng)道式或氣動(dòng)滑板式的輸送器3 ;平衡柱4. 1和4. 2 ;以及自輸送器的去除機(jī)構(gòu)9，該去除機(jī)構(gòu)利用受控的配料系統(tǒng)10將粉末材料朝向待供應(yīng)區(qū)域11輸送。
該高架的貯存罐1包含處于大氣壓下的散裝粉末材料12。該罐經(jīng)由管路2在水平輸送器3的其中一個(gè)末端填充。輸送器3是細(xì)長(zhǎng)的并且包括將下管道6和上管道7分隔的多孔壁5，粉末材料在上管道7中循環(huán)。 流化氣體G穿過導(dǎo)管8被引入下管道6，在該下管道6處氣體受到流化壓力pf 。該氣體穿過多孔壁5(也被稱為織物)，然后穿過將輸送器的上管道7填充的粉末材料。氣體通過平衡柱4. 1和4. 1的開放的頂端被去除。填充高度15. 1和15. 2與將上管道中的氣體壓力平衡的壓頭^和h2相對(duì)應(yīng)。 上管道7的上部區(qū)域被處于壓力Bl和B2下的氣泡占據(jù)，這些氣泡的體積優(yōu)選地
在空間上由以下限定 參上管道7的上部14的壁， 參扁鐵50 參平衡柱4. 1和4. 2的陷入部40. 1和40. 2
參以及粉末材料12的頂部水平面13。 圖4示意性示出了流化氣體G如何循環(huán)、穿過織物5然后朝向屏障50兩側(cè)的平衡柱4. 1和4. 2移動(dòng)。 所述材料通過整體水平運(yùn)動(dòng)而被致動(dòng)，該整體水平運(yùn)動(dòng)在此通過與速度us相關(guān)的矢量用符號(hào)表示出。氣體穿過多孔壁5并且以整體向上的運(yùn)動(dòng)溢出通過懸浮物12'。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，風(fēng)道被設(shè)計(jì)為使得氣體的速度Uf在懸浮物所占據(jù)的空間的高度上是基本豎直的。 風(fēng)道設(shè)有一去除機(jī)構(gòu)9，該去除機(jī)構(gòu)將粉末材料的水平運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成豎直或者傾斜很大的運(yùn)動(dòng)，使得如果風(fēng)道是主輸送器，它能夠供應(yīng)二級(jí)輸送器，或者如果風(fēng)道是二級(jí)輸送器，它能夠供應(yīng)一被集成到電解罐的上部結(jié)構(gòu)中的料斗。料斗的底部裝備有受控的配料系
統(tǒng)io，使得它能夠?qū)⑺枇康难趸X輸入到罐中。 圖5示出了被分成n個(gè)區(qū)段的風(fēng)道，每一區(qū)段與氣泡Bi(i = l至n)以及平衡柱Di(i = l至n)相關(guān)聯(lián)。 在風(fēng)道的末端，氣泡Bn與去除機(jī)構(gòu)9相關(guān)聯(lián)。屏障50. n實(shí)際上是輸送器的末端壁90的一部分，該末端壁位于最后一個(gè)平衡柱4.n的下游。壓力傳感器80，靠近風(fēng)道3的末端90定位，使得它能夠測(cè)量在氣泡Bn內(nèi)的壓力，由于在每一區(qū)段中的壓力損耗(相當(dāng)弱，主要由于顆粒沿著壁摩擦)的積累該壓力為氣泡的最低壓力。獲知該值使能夠調(diào)節(jié)流化壓力Pf。 兩個(gè)相鄰區(qū)段的下管道的部分被相互連接，但是施加有一定的壓力損耗——典型地利用隔膜，使得在每一區(qū)段中上管道中的氣壓對(duì)應(yīng)于一個(gè)流化速度保持在所述范圍內(nèi)所相關(guān)的壓力，所述范圍即在最小鼓泡速度的0. 8至1. 5倍(優(yōu)選地為0. 9至1. 3倍)。[OO81 ] 實(shí)施例2 (圖6和7)——揭示一活塞流 為了限定用于獲得活塞流的最佳條件，我們使用了一個(gè)例如在圖6所示的先導(dǎo)輸送器3'。 風(fēng)道3'包括一個(gè)長(zhǎng)度大約5米、且具有300mm(高度)乘160mm(寬度)的截面的上管道7'。上管道7'通過一具有給定滲透率的織物5'與下管道6'分隔。
使用一轉(zhuǎn)子流量計(jì)來讀取供應(yīng)下管道的空氣G的總流量。測(cè)量和記錄壓力pf 。平衡柱4'具有用于5m高度的326mm的內(nèi)徑，并且它降低50mm進(jìn)入到風(fēng)道。平衡柱4'的進(jìn)入上管道7'的陷入部形成一個(gè)將上管道7'的上部區(qū)域分成兩個(gè)氣泡B' 1和B' 2的屏障。氧化鋁供應(yīng)柱1'具有大約6米的高度。 所要傳輸?shù)牟牧蠟橐苯鹧趸XAR75 ALUMINIUM PECHINEY。所選擇的示蹤劑來自染色后的該相同的AR75粉末。它在風(fēng)道中與其余的AR75是完全可混合的并且它具有與所測(cè)試的氧化鋁完全相同的流動(dòng)性質(zhì)。配料的方法包括進(jìn)行一個(gè)白度測(cè)試。它使能夠準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單和容易地配料以非常小量的標(biāo)志物，以及將此量與初始導(dǎo)入風(fēng)道中的量進(jìn)行比較。
已知量的標(biāo)志物在壓力下注入(在I處)上管道7'的上部，緊跟柱l'供應(yīng)固體之后。通過從位于風(fēng)道的水平部分的出口處的噴嘴的中間采樣來(在O處)進(jìn)行準(zhǔn)確采樣(每5s)。我們已經(jīng)利用染色氧化鋁得出了校準(zhǔn)曲線。這些曲線可被用來快速和簡(jiǎn)單地確定在AR75中存在的染色氧化鋁的百分比。這一信息使能夠確定氧化鋁的滯留時(shí)間以及它如何在風(fēng)道內(nèi)循環(huán)。 對(duì)于多種固體和氣體流量進(jìn)行示蹤試驗(yàn)。圖7是所觀察到的結(jié)果的典型。它示出了示蹤劑濃度隨時(shí)間的變化，以示蹤劑濃度與其初始濃度相比的百分比表示。所選擇的曲線對(duì)應(yīng)于42kg/s/m2的固體流量以及10mm/s的流化速度。起初(I)，沒有觀察到示蹤劑濃度的變化。在曲線的第二部分(II)，可以觀察到與示蹤劑的通過相關(guān)的峰相對(duì)突然的上升是活塞流的特征。所觀察的延遲與示蹤劑從注入點(diǎn)到采樣點(diǎn)之間的物理移動(dòng)相關(guān)。由于在此先導(dǎo)中使用的固體循環(huán)系統(tǒng)，示蹤劑的濃度并不恢復(fù)至其初始值。示蹤劑注入?yún)^(qū)域的位置以及采樣區(qū)域的位置顯示了在懸浮物截面已經(jīng)進(jìn)行了混合，即在與風(fēng)道的軸線(即在顆粒的整體移動(dòng)方向上)垂直的平面內(nèi)的顆粒的移動(dòng)。
實(shí)例3各種材料的各種最小鼓泡速度
對(duì)于各種粉末材料確定最小鼓泡速度
——熔煉級(jí)氧化鋁所測(cè)試的氧化鋁是由ALUMINIUM PECHINEY以標(biāo)號(hào)AR75在市場(chǎng)銷售的氯化鋁。在一流化柱中測(cè)得的最小鼓泡速度為接近7mm/s并且通過Abrahmsen的公式計(jì)算出的最小鼓泡速度為接近10mm/s。
-砂子
11
所測(cè)試的砂子具有以下特性O(shè) ps=2409kg/〇D10=170 iim〇D50=302iim〇D90=503iim 它屬于Geldart分類中的B類。將D50作為顆粒的特征尺寸，此材料接近于圖1中的多邊形LMNOPQRSTU的邊MN。在一流化柱所測(cè)得的最小鼓泡速度非常接近于最小流化速度。它接近65mm/s。通過Abrahmsen的公式計(jì)算出的最小速度為接近75mm/s。
——鹽 所測(cè)試的鹽為氯化鈉。它具有以下特征
〇P s = 2082kg/m3
〇D10 = 116 iim
〇D50 = 425iim
〇D90 = 761 iim 它也屬于Geldart分類中的B類。將D50作為顆粒的特征尺寸，此材料在圖1中的多邊形LMNOPQRSTU之內(nèi)，靠近區(qū)段MN。在一流化柱所測(cè)得的最小鼓泡速度非常接近于最小流化速度。它接近100mm/s。通過Abrahmsen的公式計(jì)算出的最小速度為接近125mm/s。
在鈉和氯的制造過程中氯化鈉也被輸送至供應(yīng)電解罐的范圍內(nèi)，利用潛流化并且以諸如所要求保護(hù)的流化速度運(yùn)行的該種輸送器可以最終是特別有用的。
——三種人造水泥 這些水泥是典型地包含硅石、氧化鋁和碳酸*丐的各種礦物的混合物，該混合物在通過機(jī)械方式被縮小成粉末時(shí)與水接觸。測(cè)試了三個(gè)品種。它們具有以下特征
1)粗水泥:p s = 2780kg/m3 D10 = 2. 0 ii m ;D50 = 15. 3 ii m ;D90 = 94. 7 ii m 該材料屬于C類。 2)細(xì)水泥:P s = 3090kg/m3 D10 = 3.3iim;D50 = 18. 2 ii m ;D90 = 47. 1 ii m 該材料屬于A類和C類之間的邊緣區(qū)域。
3)特細(xì)水泥P s = 3130kg/m3 D10 = 2. 2iim ;D50 = 11. 6iim ;D90 = 28. 5 ii m 該材料屬于C類。 通過在一流化柱上進(jìn)行所述試驗(yàn)確定最小流化速度，該流化速度類似于對(duì)于氧化鋁所獲得的流化速度，它們分別為接近于3. 3mm/s、3mm/s和4. 3mm/s。 在一個(gè)諸如在前述實(shí)施例中所描述類型的且如圖6所示的先導(dǎo)風(fēng)道中進(jìn)行的試驗(yàn)，已經(jīng)顯示自流化氣體的速度大約28-30mm/s時(shí)，這三種類型的粉末開始在水平過道上溢出。注意到對(duì)于此類型的材料，應(yīng)用dp = D90時(shí)的Abrahmsen的公式，并不能夠獲得對(duì)于流化速度而言目標(biāo)范圍值的滿意估計(jì)。
權(quán)利要求
一種能夠通過潛流化來輸送粉末材料的方法，其中一個(gè)裝置安裝在供應(yīng)區(qū)域以及待供應(yīng)區(qū)域之間，所述供應(yīng)區(qū)域典型地是所述粉末材料的貯存區(qū)域，所述裝置是一個(gè)包括至少一個(gè)基本水平的輸送器(3)的封閉裝置，該輸送器被稱為“風(fēng)道”，該輸送器包括用于氣體循環(huán)的下管道(6)以及用于粉末材料循環(huán)的上管道(7)，所述下管道和所述上管道被一所述氣體可穿過的多孔壁(5)分隔，所述下管道設(shè)有至少一個(gè)供氣管(8)，該方法中該上管道(7)被填充有所述粉末材料并且該下管道(6)被供應(yīng)有處于一壓力下的氣體，該壓力使在所述上管道中的所述粉末材料發(fā)生潛流化，所述上管道設(shè)有至少一個(gè)其頂端是打開的平衡柱(4.1、4.2)，所述平衡柱被粉末材料填充至一個(gè)將盛行在該上管道中的壓力平衡的高度，所述方法的特征在于，預(yù)先確定一個(gè)被稱為“最小鼓泡速度”的與空隙率最大時(shí)的氣體的流化速度相等的基準(zhǔn)流化速度，并且其中該流化壓力被設(shè)置為一個(gè)值，使得在所述上管道中的所述氣體的流化速度在所述最小鼓泡速度的0.8至1.5倍的范圍內(nèi)，優(yōu)選在所述最小鼓泡速度的0.9至1.3倍的范圍內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，它能夠傳輸易于流化的、熔融或者砂型 的、單峰或多峰的粉末材料，這些材料的顆粒具有球狀凸形的形狀且其形狀系數(shù)基本接近 于l，典型地在0.5至2的范圍內(nèi)，并且具有典型地在15微米至500微米的范圍內(nèi)的D50。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，它被應(yīng)用于傳輸以下這樣的粉末材 料，該粉末材料的顆粒特征尺寸4——典型地用中間粒徑D50表示，以及平均密度P s屬于 由以下不等式限制的區(qū)域a) Y >0b) Y+3. 969X-4. 668 > 0c) Y+0. 097X-0. 796《0d) Y+0. 631X-1. 864《0e) Y+l. 357X-3. 662《0其中X二 logl。(dp)， dp以微米表示并且其中Y二 logl。(Ps_Pg)， Ps和Pg以kg/dm3 表示，Pg為流化氣體的表觀密度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中通過觀察在一個(gè)流化柱內(nèi)由于將所述粉 末材料與所述流化氣體混合所引起的懸浮物的膨脹，以及通過記錄與所述懸浮物占據(jù)的最 大體積所對(duì)應(yīng)的流化速度，來提前確定所述最小鼓泡速度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中通過在上管道的多個(gè)點(diǎn)處測(cè)量氣體速度 的上升豎直分量，以及通過取所測(cè)得的值的平均，來給出所述流化速度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其中使用下述一種風(fēng)道，該風(fēng)道被分成相互連 接的多個(gè)區(qū)段，每一區(qū)段包括一平衡柱并且在所述多個(gè)區(qū)段中的每一個(gè)區(qū)段中上管道的上 部區(qū)域被壓力氣泡占據(jù)，所述區(qū)段的長(zhǎng)度、相關(guān)的平衡柱的高度和截面被限定為使得氣體 的速度在懸浮物的高度主要是豎直的，水平分量只有在下管道中以及在該壓力氣泡中才變 得明顯不等于零。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中通過將注入下管道的氣體流速除以將下管道與上 管道分隔的多孔壁的表面來得出所述平均流化速度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中與每一區(qū)段對(duì)應(yīng)的每一平衡柱被設(shè)計(jì)為使 得，當(dāng)上管道中的流化速度屬于根據(jù)權(quán)利要求l所述的區(qū)域內(nèi)時(shí)，在該平衡柱內(nèi)達(dá)到湍流流化。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中至少一個(gè)平衡柱的上方裝有膨脹容器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述粉末材料是一種冶金級(jí)氧化鋁并且其中所 述最小鼓泡速度利用以下經(jīng)驗(yàn)公式被提前確定= 33、,、o,i其中密度P g以mVkg表示，氣體的動(dòng)態(tài)粘度 中以米表示的顆粒特征尺寸叱對(duì)應(yīng)于中間粒徑D90。以Pa. s表示，Umb以m/s表示并且其
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能夠通過潛流化輸送粉末材料的方法，根據(jù)該方法，一個(gè)裝置安裝在供應(yīng)區(qū)域以及待供應(yīng)區(qū)域之間，所述裝置包括至少一個(gè)被稱為“風(fēng)道”的基本水平的輸送器(3)，該輸送器包括用于氣體循環(huán)的下管道(6)以及用于粉末材料循環(huán)的上管道(7)，所述下管道和所述上管道被一所述氣體可穿過的多孔壁(5)分隔。根據(jù)所述方法，上管道被填充所述粉末材料并且下管道被供應(yīng)給處于一壓力下的氣體，該壓力氣體使在所述上管道中的所述粉末材料發(fā)生潛流化，所述上管道設(shè)有至少一個(gè)壓力平衡柱(4.1，4.2)。與最大空隙率對(duì)應(yīng)的最小鼓泡速度被提前確定并且流化壓力被設(shè)置為一個(gè)值，使得所述氣體的流化速度在所述最小鼓泡速度的0.8至1.5倍的范圍內(nèi)，優(yōu)選在所述最小鼓泡速度的0.9至1.3倍的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)B65G53/18GK101754918SQ200880025040
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月19日
發(fā)明者C·克勞, C·普來斯, J-M·勞塞奧克斯, M·赫馬提, R·羅密尤 申請(qǐng)人:艾爾坎國(guó)際有限公司