Сақиналы сұйық төсек - Annular fluidized bed

Сұйықтыққа қатысты басқа тақырыптарды қараңыз Сұйықталған төсек жануы, Сұйықталған төсек реакторы, Сұйықталған төсек және Сұйықтық.
Сақиналы сұйық төсектің кесіндісі

Сұйықтық құбылыс болып табылады қатты бөлшек сияқты әрекет етуі үшін белгілі бір жағдайда орналастырылған сұйықтық. A сұйық төсек флюидизацияны жеңілдету үшін ойластырылған жүйе. Сұйық төсек-орындардың кең ауқымы бар, оның ішінде: көмек көрсету химиялық реакциялар, жылу беру, араластыру және кептіру. Жақында Outotec компаниясы ойлап тапқан және патенттелген тұжырымдама, «Ан сақиналы сұйық төсек стационарлы сұйықтықпен қоршалған үлкен орталық саптамадан тұрады ».[1]

Тарих

  • Фриц Винклер 1922 жылы көмірді газдандыру үшін алғашқы сұйық қабатты жасады.
  • Тазартылған қабаттағы келесі жетістік 1942 жылы органикалық майлардың каталитикалық крекингі үшін шығарылған айналымдағы сұйық қабаты болды.
  • Соңында 1990 жылдардың басында сақиналы сұйық төсектер тұжырымдалды және оның қазіргі қолданыстары:[2]
  • Қалдықтардың жылу қазандығының тәжірибелік зауыты (1992 ж.)
  • Тікелей редукциялық қондырғы (1996)
  • Кенді алдын-ала жылыту, Австралия (2002)
  • Ильменитті қуырғышты азайту, Мозамбик (2005)

Процесс сипаттамалары

Жалпы сақиналы сұйық төсек (AFB) газды үлкен орталық саптаманың төменгі жағынан реакторға енетін жоғары жылдамдықта енгізеді және сақиналы форсунка сақинасы арқылы қосымша сұйық газ енгізіледі. Нәтижесінде газ бен қатты заттар араластырғыш камераның төменгі тығыз бөлігінде кеңінен араласады және көтергіште жоғары қарай ағып кетеді. Газ және қатты денелер көтергіштен шығады және белгіленген жылдамдықтарға байланысты циклонмен бөлінеді. Бөлінген газ пакетті сүзгіден өтеді, ал қатты заттар өсімдіктің түбіне түсіп, процесті қайтадан қайталайтын астыңғы қабатта төмен қарай қозғалады.

Негізгі компоненттер

Төменгі бөлікте қатты заттар жиналмас үшін көтергіштің төменгі бөлімі тарылады. Қабырғалардың тегіс болуының орнына, ол көбінесе мембраналық су қабырғаларының беттерінен тұрады, бұл қосымша қасиет айналадағы қатты ағынның құрылымына әсер етеді, сондықтан араластыруға және газға қатты араласуға әсер етеді. «Бір рет шығу арқылы», бұл шығудың тегіс қисаюын немесе тарылуын білдіреді.[3] Бұл шығу үлкен айналымға мүмкіндік береді және қысқа уақытты тұру уақыты үшін, сондай-ақ тез ыдырайтын катализаторлар үшін оңтайлы болып табылады. Басқа шығу «ішкі рефлюкс шығулары» болып табылады, бұл кенеттен шығу, реакцияның жоғарғы жағына жететін газдан ішектің қатты заттарының едәуір бөлігін бөлуге әкеледі.[3]Циклон сақиналы сұйық қабаттың ажырамас бөлігі болып табылады, белгілі мөлшердегі бөлшектер қоректену газының жылдамдығының өзгеруімен бөлінеді.[1] Демек, жоғары жылдамдықта газ сұйықтық қабатынан бөлшектерді бөлуге жеткілікті кинетикалық энергия береді. Қоректендіретін газ және ұсақ бөлшектер циклон сепараторына ұшады, ал қоректік газ бен бөлшектер бөлінеді. Өз кезегінде бөлшектерді бөлшектің мөлшеріне байланысты төсекке қайтаруға немесе алуға болады. Ұсталған қатты заттар ұстап, тік тіреуіш арқылы қайтадан көтергіштің негізіне жіберіледі.[4]Үлкен орталық саптама сақиналы сұйық төсектің негізгі компоненті болып табылады және бұл басқа сұйық төсектерден ерекшеленеді. Орталық саптама стационарлы сұйықталған төсекпен қоршалған «Сақинаның орта деңгейдегі алғашқы газ сұйықтығы салдарынан қатты заттар орталық шүмектің жоғарғы шетінен асып кетеді»[1] содан кейін оны тасымалдау және араластырғыш камерада жоғары жоғары жылдамдықпен орталық екінші реттік газ ағынымен араластырады.

Ағын режимі

Сұйық сақиналы төсектер қозғалысының жоғарғы көрінісі және бүйірлік көрінісі

Сақиналы сұйық төсек - бұл радиалды қозғалатын белгілі бір қозғалыс түріне ие сұйықталған төсектің жаңа түрі. Газдардың осьтік араласуы салыстырмалы түрде аз және радиалды қозғалыс бар.Сақиналы сұйықталған қабаттың осьтік ағынының профилін өсімдік биіктігі бойынша қысымның төмендеуімен анықтауға болады, оны үш үлкен бөлікке бөлуге болады: сақина, төменгі және төменгі араластырғыш камераның жоғарғы бөлігі. Төсек биіктігін ескере отырып, сақина қатты дененің кеуектілігі минималды сұйықтық кеуектілігіне жақын болса, төсектің әр аймағы әр түрлі қысым градиенттерімен сипатталады. Орталық саптамаға жақын болған сайын қысым градиенті төмендейді және араластыру камерасындағы қысымның төмендеуі жоғарылайды. Белгілі қысым градиентімен (ΔP / ΔH) қатты концентрацияны төменде көрсетілген Вирт теңдеуі арқылы есептеуге болады:

〖(1-ε)〗 _ ∆P = ∆P / ∆H (ρ_s-ρ_f) g

Энн Коллин, Карл-Эрнст Вирт және Майкл Стродер жүргізген сақиналы сұйық қабаттағы ағынның сипаттамасына сәйкес экспериментке сәйкес,[1] орталық саптамадан 150 мм биіктікте қысым градиенті кіші жылдамдықтар үшін шамамен нөлге тең және жылдамдықтың өсуіне байланысты жоғарылайды.

Зауыттан және орталық саптамадан жоғары биіктік[1]

Ағынның екі түрлі типі екі түрлі аймақта көрсетілген: «Орталық саптаманың үстіндегі ағынның схемасы қатты денелердің төмен концентрациясымен сипатталатын типтік реактивті профильді көрсетеді, шамамен 8% және қатты денелердің жоғары жылдамдықтарымен (3 м / с), осылайша жергілікті қатты денелердің массалық ағындары пайда болады». Араластырғыш камераның төменгі жағындағы сақиналы аймақтың қоршауы, екінші жағынан, қатты дененің жоғары концентрациясымен сипатталады «Қабырғаға қарай мәндердің артуымен, мысалы Орталық шүмектің үстіндегі зондтың 100 мм биіктігі үшін 46% »Қатты денелердің жылдамдықтары мен ағындары төмендеуі күтілетін қабырға аймағында оң болады. Алайда, өлшенген жылдамдықтар жоғары көлденең және радиалды араластыру болатын аймақтағы қатты денелердің жылдамдықтарын дәл бейнелеуі мүмкін емес. Бұл тек сыйымдылық зондтарымен тіркелген тік жылдамдықтарға байланысты. Демек, қатты денелердің есептелген ағындарын әрдайым бір бағытта қарастыру керек.Қорытындылау үшін сақиналы сұйықталған қабаттағы толығымен дамыған ағын сызығы өзек-сақина құрылымын көрсетеді, ол «Араластырғыш камераның төменгі жағында қатты дененің жоғары концентрациясы аймағымен қоршалған орталық ағынның қалыптасуымен сипатталады». Сақинадағы сұйықтық жылдамдығының өзгеруі көпіршіктерден көп қатты заттардың кетуіне ықпал етеді және конвективті масса ағынының ағынның өсуіне енуіне мүмкіндік береді. Соңында реактивті ағынға қосылатын қатты заттардың мөлшері газ жылдамдығымен анықталады. Сонымен қатар, өсімдіктегі ішкі және сыртқы қатты заттар айналымының арақатынасы екі механизмнің өзара әрекеттесуіне байланысты реттелуі мүмкін.[1]

Орталық саптаманың үстінен биіктігі 25 мм

Сақинадағы газдың жылдамдығы көпіршіктерден шығарылған қатты денелердің есептелген жылдамдығына тәуелді болғандықтан, саңылаудағы жылдамдығы жоғарылаған сақинадан шығатын қатты заттардың тұрақты сұйықтық жылдамдығы кезінде орталық газ ағынына енуі қиынырақ болады. Саптамадан 25 мм биіктікте орталық жылдамдықты ұлғайту қатты денелердің орташа уақыт концентрациясын төмендетеді. Алайда, бұл жылдамдықтың жоғарылауы сақинадан жоғары қатты заттардың концентрациясына әсер етпейді. Екінші жағынан, орталық газдың төмен жылдамдығы үшін сақинадан асатын және саптама үстіндегі қатты денелердің жылдамдықтары бірдей жылдамдық градиентімен бірдей мәнді көрсетеді.

Орталық саптаманың үстінен 200 мм биіктік

Циркуляциялық сұйық қабаттың ағынының схемасы орталық саңылаудан 200 мм зонд биіктігінде толығымен дамыған. Осы биіктікте типтік концентрация қабырғаға қарай жоғарылайды және қатты дененің түсу жылдамдығымен ұштасқаннан кейін теріс қатты масса ағыны пайда болады, қатты дененің концентрациясы профилі газ жылдамдығына тәуелді емес, алайда абсолюттік концентрациясы төмен болады. интегралды қатты концентрациясы бар көлденең қимасы.Нәтижесінде қатты дененің масса ағыны орталық кесіндідегі газ жылдамдығының өсуімен өсімдік қимасы бойынша интегралды мәндерімен аздап төмендейді.

Сақиналы сұйық қабаттағы газ жылдамдығының әсері

Сақиналы сұйық төсекте газ жылдамдығының әсері

Көпіршіктер белгілі бір жылдамдықпен орталық шүмек арқылы газды енгізуден туындаған сақиналы сұйық қабатта жалпы жоғары бағытта жүреді. Орталық шүмектегі газдың кенеттен атқылауы көпіршіктердің оянуында бөлшектердің тасымалдануына әкеледі[1] Сақинаның жылдамдығын арттыру арқылы көпіршіктің мөлшері мен көпіршік жылдамдығының артуына әкеледі. Көпіршікті динамиканың жаңа өсуі мүмкіндік береді «Шығарылған қатты заттар орталық газ ағынына тереңірек ену үшін».[1] Нәтижесінде қатты денелердің концентрациясы мен жылдамдығы артады, демек қатты оңтайлы масса ағыны артады.

Эвристика

  • Когезиялық бөлшектер мен 1 мм-ден асатын ірі бөлшектер жақсы сұйылмайды және әдетте басқа жолдармен бөлінеді.[5]
  • Дөрекі корреляциялар сұйықтықтың ең төменгі жылдамдығынан, төсектің кеңеюінен, көпіршіктің минималды жылдамдығынан, қабат деңгейінің ауытқуынан және ажырату биіктігінен құрылды. Сарапшылар кез-келген нақты дизайнды зауыттың тәжірибелік жұмысына негіздеуді ұсынады.[5]
  • «Тәжірибелік операциялар ең төменгі сұйықтық жылдамдығының екі немесе одан да көп еселіктерінде жүргізіледі» .[2]
  • Өнімдерді сақинадағы сұйықтық жылдамдығын өзгерту арқылы көбейтуге болады, көпіршіктерден қатты заттар шығарылуы мүмкін және ағынға ене алатын конвективті масса ағыны артады.[1]

Артылықшылықтар мен кемшіліктер

Газдар орталық жылдамдық арқылы жоғары жылдамдықпен енгізілетін AFB-нің ерекше сипаттамаларына байланысты, кернеуде қарқынды араластыру аймағына Циркуляциялық сұйық қабаттың сыртқы циклімен шарттармен салыстыруға болады.[2] AFB ұзақ уақыт бойы тұрудың және жақсы жылу мен массаның берілуінің артықшылықтарын біріктіреді,[1] оны салқындату, жылыту немесе жылуды қалпына келтіру және реакцияларды жеңілдету сияқты жылу алмасу процестері үшін өте қолайлы етеді. АФБ процесске көмектесу және процестің өнімділігін арттыру үшін оның бар қасиеттерін одан әрі жақсарту үшін басқа сұйық төсек түрлерімен біріктірілуі мүмкін.

AFB сипаттамалары кейбір қосымшаларда өте қажет, алайда ол басқа қосымшаларға жағымсыз әсер етуі мүмкін, бұл уақыттың қысқаруын және аз мөлшерде араластыруды қажет етеді, мысалы, бөлшектердің сұйытылған қабаттан кетуіне жол берілмейтін руда қуырғыштары. AFB құны басқа сұйық төсектермен салыстырғанда жоғары болады, өйткені орталық саптаманы енгізу компоненттердің өндірісін қиындатады және қосымша шығындар әкеледі. AFB қосымша және күрделі компоненттерге байланысты жиі техникалық қызмет көрсетуді және жоғары техникалық қызмет көрсету шығындарын қажет етеді. Орталық саптама саптамаға қажетсіз бөлшектердің енуіне байланысты оңай бітелуі мүмкін.

AFB қазіргі процестердің тиімділігін арттыруға мүмкіндіктері болса да, бұл шектеулерсіз емес. AFB сұйықтандыру технологиясының жақында алға басқандығына байланысты бұл туралы жүйелі түрде зерттеулер жүргізілген жоқ, ал әлемдік және жергілікті ағындардың сипаттамалары химиялық инженерлер үшін қиын болуы мүмкін. «Шағын және үлкен көлемді сұйық төсектерде төсек гидродинамикасы бірдей емес».[1] Осы жаңа технологияны қолданыстағы зауыттарға енгізу қиын және қымбатқа түсуі мүмкін; сондықтан AFB тұжырымдамасынан бастап бірнеше алға жылжу болды. AFB технологиясы енгізілген бірнеше зауыттар бар, бірақ оның толық өнеркәсіптік қосымшалары іске асырылып, кең қолданысқа енетініне бірнеше жыл болуы мүмкін.

Қолданбалар

Сақиналы сұйық төсек (AFB) басқа сұйықталған төсек түрімен бірге қолдану мүмкіндігіне байланысты қолданудың кең спектріне ие болуы мүмкін.[2] AFB қарқынды араластырумен жылдам және тиімді жылу және масса берілуін қажет ететін қосымшалар үшін өте қолайлы. Бұл қосымшалар кептіргіштерден, жылу алмастырғыштардан, жылытқыштардан, салқындатқыштардан және реакторлардан тұрады.

Қол жетімді және жаңа әзірлемелер

Салыстырмалы түрде жаңа технология болғанымен, AFB-ті өндірісте қолдану жылдар өте келе өсті. Осындай мысалдардың бірі - сұйылту технологиясы саласында мамандандырылған Outotec компаниясы. Outotec процесті одан әрі жақсарту үшін AFB-ді зауыттардың соңғы жобаларында қолдануды біріктірді. AFB қолдана отырып, Outotec-тің қолданыстағы зауыттарына мыналар жатады:[2]

  • Қалдықтарды жылыту қазандығының тәжірибелік зауыты, 1 ш
  • Тікелей редукциялық қондырғы, CAL, Тринидад, 1500 тг
  • Кенді алдын ала қыздырғыш, HIsmelt Corporation, Австралия, 4000 тг
  • Ильменитті қуырғышты азайту, Kenmare Resources plc, Мозамбик, 1200 тг

Ескерту: Outetec үшін алынған фактілер мен сандарКомпания ойлап тапқан Circored, Circoheat және Circotherm процестері осы сұйық төсек технологиясына арналған қолданбалардың кейбір мысалдары болып табылады.

  • Шектелген - 1990 ж. Темірді тікелей тотықсыздандыру үшін жасалған процесс. «Шектелген процедура екі сатылы циркуляцияланған сұйық қабат / көпіршікті сұйық қабатты реактор конфигурациясын азайту үшін қолдану үшін жалғыз редуктор ретінде сутекті пайдаланады. Тікелей төмендетілген темірді брикеттеу температурасына қол жеткізу үшін AFB негізіндегі жарқыл жылытқыш қолданылады. ”[2]
  • Circoheat - бұл процесс темір рудасының ұсақ бөлшектерін 850 ° C температураға дейін қыздырады. Темір кені айналымдағы сұйық қабатқа енгізіледі, мұнда Hlsmelt балқытылған тотықсыздандыру ыдысынан шыққан реактор AFB арқылы реакторға жіберіледі. Одан кейін кенді жылыту үшін офгаз ауамен жағылады.
  • Circotherm - Outotec-тің ең соңғы дамуының бірі, AFB-нің негізгі жүйесі жылуды қалпына келтіру және циклон арқылы қатты денені қалпына келтіру үшін қолданылады.

Outotec мысалдарынан көрініп тұрғандай, сақиналы сұйықталған төсек кез-келген басқа сұйылту технологиясы сияқты қолданудың кең спектріне ие бола алады. Бұл осы саладағы соңғы даму болғандықтан, оның өнеркәсіптік қосымшалары үшін оның әлеуеті әлі іске асырылмаған

Қауіпсіздік және экологиялық мәселелер

Ауаны тазарту

AFB-ді қолданудың бір түрі - ауаны тазарту. Ол күннің ультрафиолет сәулесін титан диоксиді катализаторының жұқа қабатымен қапталған силикагель бөлшектеріне бағыттаудан басталады. Жарық сәулесі осы бөлшектерді зарядтай алады. Бұл оң және теріс зарядталған бөлшектер әр түрлі химиялық реакцияларды бастау үшін қол жетімді.[6]Ластанған ауа орталық шүмек арқылы және флюидтелген қабатқа өткен кезде, фотаталитикалық бөлшектермен жанасатын ластаушы заттар бөлшектер бетіне сіңеді. Ластаушы заттар оң және теріс зарядтармен әрекеттеседі және химиялық жолмен ыдырайды. Нәтижесінде ауа тазартылады.

Жанармай

Газсыз - бұл сұйылтылған қабатқа қосылған циклон сепараторынан шығатын газ тәрізді өнім. Егер газ таза және ластанбаған болса, оны конденсатор арқылы салқындатуға болады, содан кейін ұсақ бөлшектерден тазарту үшін сүзгіден өткізуге болады. Сүзілгеннен кейін оны жүйеге қайта бағыттауға немесе конустыққа шығаруға болады. Әр түрлі жағдайларда ұшқыш және / немесе улы газдар сұйық төсек-орынға арналған газ ретінде пайдаланылуы мүмкін. Жұмыстан шығарылған газда мұндай газдардың едәуір мөлшері болуы мүмкін, сондықтан оларды бейтараптандыру қажет. Газдардың қоршаған ортаға таралуына жол беру парниктік газдарды тудыруы мүмкін және жергілікті флора мен фаунаға улы болып табылады. Газдан тазарту тұрақтылықты арттырады және қоршаған ортаға жағымсыз әсерлерді жоққа шығарады.

Жұқа бөлшектер

Сұйық қабаттың жұмысы кезінде бөлшектер қоректік газдың кинетикалық энергиясымен тасымалданады. Белгілі бір жылдамдықта ұсақ бөлшектер циклонға ұшып, түтін газынан бөлінуі мүмкін. Бұл ұсақ бөлшектерді жүйеге қайтаруға немесе жоюға болады. Бұл бөлшектер жойылғаннан кейін олардың табиғатына байланысты қоршаған ортаға жағымсыз әсер етуі мүмкін және оларды мұқият өңдеу қажет.

Мысалы, қазіргі уақытта Мозамбикте жүргізіліп жатқан тау-кен өндірісінде сақиналы сұйық қабаттар ильменит кенін алдын-ала қыздыру және азайту үшін қолданылады, ильменит қауіпті қосылыс, өйткені кристалды кремнезем өкпенің фиброзын тудырады және белгілі канцероген болып табылады.[7] Мұндай жабдықты және зиянды заттарды пайдаланатын компаниялар өз қалдықтарын дұрыс қоқысқа тастауы керек.

Сондай-ақ қараңыз

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ а б в г. e f ж сағ мен j к Коллин, А .; Вирт, К.-Е .; Стредер, М. (2009). «Сақиналы сұйық төсектің сипаттамасы». Ұнтақ технологиясы. 190 (1–2): 31–35. дои:10.1016 / j.powtec.2008.04.090.
  2. ^ а б в г. e f Outotec Fluidization технологиясы 2011, қаралды 13 қазан 2013 ж., Www.outotec.com
  3. ^ а б Grace, JR (1990). «Жоғары жылдамдықты сұйық қабатты реакторлар». Химиялық инженерия ғылымы. 45 (8): 1953–1966. дои:10.1016 / 0009-2509 (90) 80070-U.
  4. ^ Ұлым, С.М .; Ким, Ю.Ю .; Шин, И.С.; Канг, Ю .; Юн, Б.Т .; Choi, M.J. «Полистирол қалдықтарын өңдеуге арналған сақиналы сұйық қабатты реактордағы газ ағынының әрекетін талдау». Материалдық циклдар және қалдықтарды басқару. 11 (2): 138–143. дои:10.1007 / s10163-008-0226-0.
  5. ^ а б С.М. Walas 1990, Химиялық технологиялық жабдық, Бостон
  6. ^ DEM-Solutions 2011 жылдың 11 шілдесінде, EDEM жасыл технологияны күшейтеді, қаралды 12 қазан 2013 ж., <http://www.dem-solutions.com/edem-gives-boost-to-green-technology/ >
  7. ^ Doral Mineral Sands Pty. Ltd. 2007 ж., Материалдар қауіпсіздігі туралы мәліметтер кестесі, 2013 жылғы 12 қазанда қаралды <«Мұрағатталған көшірме» (PDF). Архивтелген түпнұсқа (PDF) 2013-04-09. Алынған 2013-10-15.CS1 maint: тақырып ретінде мұрағатталған көшірме (сілтеме)>