Способ получения псевдоожиженного слоя и аппарат для его осуществления

 

1. Способ получения псевдоожиженного 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 псевдоожиженного 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 тличающийся 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

ССНОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 В 01 J 19/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I3.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3799265/23-26 (22) 02.10.84= (46) 07.09.86. Бюл. М 33 (72) Ю.И.Тамбовцев (53) 66.096.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1000098, кл.. В О! J 19/12, 1981. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПСЕВДООЖИЖЕННОГО СЛОЯ И АППАРАТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ получения псевдоожиженного слоя путем наложения на него однородного импульсного магнитного поля,отличающийся тем,что, с целью повышения интенсивности тепломассообмена, часть слоя в зоне убывания магнитного потока подвергают нагреву до температуры, превышающей 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 маг„,SU, 12551 6 А1 нитным полем налагают постоянное и переменное магнитные поля.

2. Способ по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что частоту переменного магнитного поля периодически изменяют.

3. Аппарат для получения псевдоожиженного слоя, включающий корпус с размещенными внутри него ферромагнитными частицами, электромагнитную катушку, охватывающую корпус, газораспределительное устройство,размещенное в нижней части корпуса, электронагреватель, установленный внутри электромагнитной катушки,о тл и ч а ю шийся 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.

1255196

Изобретение относится к способу псевдоожижения и аппарату для его осуществления, которые могут найти применение в химической и металлургической отраслях промышленности. 5

Целью изобретения является повышение интенсивности тепломассообмена.

Способ получения псевдоожиженного 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, превьппающей точку Кюри материала частиц, и одновременно охлаждают другую часть слоя в зоне воз- 2О растания магнитного потока до температуры ниже точки Кюри,при этом одновременно с импульсным магнитным полем налагают постоянное и переменное магнитное 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 напряженнос- 3g ти переменного магнитного поля, Аппарат (фиг. 1) содержит вертикальный немагнитный корпус 1, охваченный электронагревателем 2, состоящим из двух частей 3 и 4, с наружным 40 теплоизоляционным кожухом 5 и соленоидом 6 с внешним магнитопроводом 7.

В нижней части корпуса 1 установлена решетка 8, а в верхней части — питатель, содержащий бункер 9 с ферромаг- 45 нитным материалом 10, корпус 11 с решеткой 12 и ферромагнитными шарами 13, размещенными на этой решетке, охваченный электромагнитной катушкой

14. Под решеткой 8 установлен конический герметичный корпус 15, расширяющийся кверху, в нижнем основании которого установлена сетка 16, а под ней газораспределительное устройство в виде полых перфорированных труб 17, связанных с общим 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 следующим образом.

При включении импульсного магнитного поля катушки 14 соответственно числу импульсов и числу возвратнопоступательных колебаний ферромагнитных шаров 13, взаимодействующих с этим полем, в корпус 1 засыпается 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 материал заполняет полость 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 вьппе 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

3 12551 или пара через патрубок 19, коллектор 18 и полые перфорированные трубы 17. И начинается магнитная сепарация холодных ферромагнитных частиц, втягивающихся в полость соленоида 6, 5 и горячих парамагнитных частиц, проваливающихся через слой колеблющихся и хаотически движущихся ферромагнитных частиц, что приводит к интенсивному .продольному перемешиванию материала в области, охваченной электронагревателем 2, и нагреву газа, фильтрующего через слой парамагнитных частиц. При частотах импульсов магнитного поля 5-10 Гц решетка 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 30 разгрузочное приспособление с гидрав лическим затвором в виде достаточно высокого плотного слоя обрабатываемого материала 23: включается импульсное магнитное поле соленоида 27, : 35 возбуждающее колебания ферромагнитных шаров 26. Материал в виде виброслоя вытекает между шарами. Патрубок 22 снабжен индукционным датчиком уров-,. ня материала, охватывающим верхнюю 40 часть патрубка 22 и включенным в мост переменного тока. При отсутствии внутри верхней части патрубка ферромагнитного материала ток в соленоиде 27 отключается и выгрузка матери-45 ала 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 магнитовосприимчивых частиц.

Если соленоид частично заполнен 55 материалом, то при наложении на него,импульсного магнитного поля он псевдоожижается при интенсивном

96 4 движении ферромагнитных частиц (фиг ° 2).

В общем случае, если полость соленоида полностью заполнить магнитовосприимчивыми частицами (фиг. 3), например, выполненными из магнитомягкого материала и воздействовать на них 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 температурй точки

Кюри, то сжимающий слой пондеромоторные силы практически становятся равными нулю, однако плотный слой останется неподвижным.

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

1 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 наложениимагнитного 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 Гц,частотой импульсов 0,01.—

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 провали196 4 количества ферромагнитных частиц, увеличивается поверхность нагрева, омываемая слоем ферромагнитных час5

45

55

5 1255 ваются под слой холодных ферромагнитных 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, проваливающихся 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 магнитное разделение ферромагнитных (холодных) от парамагнитных (горячих) частиц: верхняя парамагнитная часть слоя представляет собой виброкипящий слой, а между горячей и холодной частями слоя имеет место непрерывная циркуляция. частиц с поочедным 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 нагре1 ва, тогда как в зоне охлаждения теплоемкость почти скачкообразно уменьшается, что . приводит к интенсификации отдачи тепла охлаждающему газу. Очевидно, что чем 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, налагаемое одновременно с импульсным, можно включать периодически:.и тогда в зону охлаждения попадает материал с температурой значительно превышающей температуру точки Кюри, при которой интенсивность процесса химической реакции максимальна, например при восстановлении железной руды, конверсии природного газа и т.п., т.е. согласно предлагаемому способу устраняется ограничение на процесс псевдоожижения не только со стороны точки Кюри но и со стороны тиц.

На фиг. 7 приведена электрическая схема генератора электромагнитного поля, по которой работает соленоид в устройстве, изображенном на.фиг. 1.

Схема включает тиристоры T(и Т, диод D, дроссели Р«и Э,„,соленоид

L.Áëoê формирования импульсов тока (управления тиристором T< ) содержит транзисторы Т, и Т р, конденсатор

С и сопротивление, источник постоянного тока. Управление тиристором Т содержит реле Л (на схеме не показа.. 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 дросссль D« в соленоид Ь поступает униполярнь и пульсирующий ток частотой

50 Гц, Периодически через реле Л (на схеме не показано) включается тиристор Т 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, псевдоожиженный 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.

1255196

Предлагаемый способ и аппарат обеспечивают интенсивность теплообмена за счет увеличения циркуляции материала между зонами.

1255196

ЦЬ8. 7

377

pPog

С5

0 Х Ю 1f Ю 25 Ю p

И/ игХ

Составитель А.Телесницкий

Редактор Г.Волкова Техред А. Кравчук Корректор Л. Пилипенко

Заказ 4743/7 Тираж 527 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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