Способ получения псевдоожиженного слоя и аппарат для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 01) 7 19/12 51) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 334 Вйачв ф лем нал е магн соб по я те ают постояые поля.1, отлчто частотполя пери н нитным н мен Сч ю г дическ о магнит енн зме ССР981.(54) СПОС ГО СЛОЯ И ВЛЕНИЯ (57) 1. С ного слоя нородного ля,о т л ОЖИЖЕННОУЩЕСТсоб получения пс ожиженутем наложения на н мпульсного магнитно чающийся те повышения интенсивностиена, часть слоя в зоитного потока подвертемпературы, превьппматериала частиц, ихлаждают другую частрастания магнитноготуры ниже точки Кюри теп" целью е убыают ма ни о м ву нагр точк врем в зо Кюрнное вомперодно сл о п т ноид ьсным ма менно ом ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельств9.1000098, кл. В О .7 19/12ОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПСЕВДАППАРАТ ДЛЯ ЕГО О и няют.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 щ и й с я 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 солИзобретение относится к способу псевдоожижения и аппарату для его осуществления, которые могут найти применение в химической и металлургической отраслях промышленности, 5Целью изобретения является повышение интенсивности тепломассообмена.Способ получения псевдоожиженного слоя магнитовосприимчивых частицосуществляется путем наложения нанего неоднородного импульсногомагнитного поля частотой 1-12,5 Гци длительностью 0,01-0,02 с, которыйотличается тем, что часть этого слояв зоне убывания магнитного потокаснизу вверх подвергают нагреву дотемпературы, превьппающей точку Кюриматериала частиц, и одновременно охлаждают другую часть слоя в зоне воз Орастания магнитного потока до температуры ниже точки Кюри,при этомодновременно с импульсным магнитным полемналагают постоянное и переменноемагнитное поля.На фиг. 1 приведен аппарат дляосуществления предлагаемого способа;на фиг. 2-7- слой магнитовосприимчивых частиц, поясняющий предлагаемыйспособ; на фиг. 8 - электросхемавключения аппарата; на фиг. 9 - за-,висимость коэффициента теплообменас поверхностью слоя частиц магнетитадиаметром 1, псевдоожиженного импульсным магнитным полем, от напряженности переменного магнитного поля,Аппарат. (фиг, 1) содержит вертикальный немагнитный корпус 1, охва"ченный электронагревателем 2, состоящим из двух частей 3 и 4, с наружным 40теплоизоляционным кожухом 5 и соленоидом б с внешним магнитопроводом 7.В нижней части корпуса 1 установленарешетка 8, а в верхней части - питатель, содержащий бункер 9 с ферромагнитным материалом 10, корпус 11 срешеткой 12 и ферромагнитными шарами 13, размещенными на этой решетке,охваченный электромагнитной катушкой14. Под решеткой 8 установлен кони Оческий герметичный корпус 15, расширяющийся кверху, в нижнем основаниикоторого установлена сетка 16, апод ней газораспределительное устройство в виде полых перфорированныхтруб 17, связанных с общим коллектором 18 и патрубком 19 для подводагаза, Под сеткой 16 размещен дополнительный соленоид 20, охватывающийцилиндрический корпус 21 с патрубком22, образующим гидравлический затворв виде достаточно высокого плотногослоя обрабатываемого материала 23,содержащий также разгрузочное приспособление, включающее корпус 24 срешеткой 25 и слоем ферромагнитныхшаров 26 и соленоид 27, охватывающийэтот корпус.Аппарат (фиг. 1) работает следу.ющим образом,При включении импульсного магнитного поля катушки 14 соответственночислу импульсов и числу возвратнопоступательных колебаний ферромагнитных шаров 13, взаимодействующихс этим полем, в корпус 1 засыпаетсяВслой ферромагнитного материала привключенном соленоиде 6, генерирующем импульсное магнитное поле частотой 1-2 Гц, длительностью импульсов0,01-0,02 с. Одновременно налагаетсяпеременное магнитное поле напряженностью не более коэрцитивной силыферромагнитного материала, не достигается серединысоленоида, идет интенсивное его перемешивание и быстрыйразогрев. По мере дальнейшего поступления ферромагнитного материалавнутрь корпуса 1 и увеличения высотыслоя так, что его верхняя граница ужеоказывается лежащей над центром соленоида, скорость движения ферромагнитных частиц уменьшается, пока это движение прекратится совсем, когда ферромагнитный материал заполняет полость соленоида б. В момент увеличения температуры нижней части 4 электронагревателя 2 вследствие резкогоуменьшения интенсивности движениячастиц и коэффициента теплообменаэта часть отключается и включаетсяверхняя часть 3 электронагревателя2. 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 часть4 электронагревателя и весь слойили большая его часть прогреваетсядо температуры точки Кюри. Движениечастиц прекращается, причем парамагнитные частицы свободно проваливаются через решетку 8После этоговключается подача охлаждающего газа3 12551или пара через патрубок 19, коллектор 18 и полые перфорированные трубы 17. И начинается магнитная сепарация холодных ферромагнитных частиц,втягивающихся в полость соленоида 6, 5и горячих парамагнитных частиц,проваливающихся через слой колеблющихся и хаотически движущихся ферромагнитных частиц, что приводит кинтенсивному .продольному перемешиванию материала в области, охваченной,электронагревателем 2, и нагревугаза, фильтрующего через слой парамагнитных частиц. При частотах импульсов магнитного поля 5"10 Гц решетка 8 играет по отношению к ферромагнитным частицам роль обратногоклапана, пропуская их только внутрьсоленоида 6, но она свободно пропускает вниз парамагнитные частицы, 20В этом случае над решеткой 8 постоянно находится прослойка ферромагнитных частиц, которые вибрируя передают вибрацию слою парамагнитныхчастиц,интенсифицируя теплообмен состенкой нагревателяПо мере восстановления или окисления материала, при замене катализатора включается соленоид 20 и материал отводится через сетку 16 и нижнее 30разгрузочное приспособление с гидравлическим затвором в виде достаточновысокого плотного слоя обрабатываемого материала 23: включается импульсное магнитное поле соленоида 27, , Звозбуждающее колебания ферромагнитныхшаров 26, Материал в виде виброслоявытекает между шарами. Патрубок 22снабжен индукционным датчиком уров-,.ня материала, охватывающим верхнюю щчасть патрубка 22 и включенным в мостпеременного тока, При отсутствиивнутри верхней части патрубка ферромагнитного материала ток в соленоиде 27 отключается и выгрузка матери ала прекращается. После этого газвыключается. В корпус 1 подается новая порция материала через верхнийпитатель при включении импульсногомагнитного поля катушки 14,50 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 4движении ферромагнитных частиц(фиг2).В общем случае, если полость соленоида полностью заполнить магнитовосприимчивыми частицами (фиг. 3),например, выполненными из магнитомягкого материала и воздействовать наних магнитным полем любого вида (переменным, постоянным, пульсирующимили импульсным), то слой этих частицостанется плотным, т.е. частицы егобудут неподвижными.На такой слойдействуют пондеромоторные силы,направленные к центру соленоида,сжимающие слой.Если слой ферромагнитных частицнагреть весь до температурй точкиКюри, то сжимающий слой пондеромоторные силы практически становятся равными нулю, однако плотный слой останется неподвижным.Если нагреть до температуры точки Кюри (или выше ее) лишь частьслоя, лежащего вьппе центра соленоидато при воздействии на слой постоянного или переменного магнитного полячастотой 50 Гц ферромагнитная ("холодная") часть слоя стремится вытеснить из полости соленоида горячую1часть, взвесив ее, втянувшись в корпус подобно поршню,Если на такой слой воздействоватьпульСирующим магнитным полем, например, тока, полученного после однопо- .лупериодного выпрямления переменноготока частотой 50 Гц, то холодныйслой втягивается в соленоид, слегкавибрируя как сплошной поршень, анемагнитный (горячий) слой образуетнад холодным плотным слоем слегкаколеблющийся слой без заметного перемешивания его частиц, При наложении "магнитного поля ферромагнитные частицы "холодного" слоя сцеплены междусобой, образуя флокулы, и провалнемагнитных (горячих) частиц черезслой холодных исключен.Если на такой слой налагать импульсное магнитное поле частотой1-12,5 Гц,частотой импульсов 0,010,02 с (фиг. 4), то при этом исключается магнитная флокуляция вдольмагнитных силовых линий внешнегомагнитного поля. Ферромагнитные частицы холодной части слоя приводятся в хаотическое движение относительно друг друга, при этомгорячие немагнитные частицы провали196 Фколичества ферромагнитных частиц,увеличивается поверхность нагрева,омываемая слоем ферромагнитных час 5101520 25 30 35 40 45 50 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 нагрева, тогда как в зоне охлаждения теплоемкость почти скачкообразно уменьшается, что . приводит к интенсификации отдачи тепла охлаждающему газу. Очевидно, чточем 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 превышаающей 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 Кюрино 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 Т и Т, диод О дроссели Рр, и 0 ,соленоид Ь,Блок формирования импульсов тока (управления тиристором Т) 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 Ь идет ток в виде импульсов с частотой подачи отпирающих импульсов, Одновременно через диод 0 и дроссель Рр, в соленоид Ь поступает униполярньй пульсирующий ток частотой 50 Гц, Периодически через реле Л (на схеме не показано) включается тиристор Т и через соленоид Ь 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 Й5 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.1255 196 7 Предлагаемый способ и аппарат обеспечивают интенсивность теплооб мена за счет увеличения циркуляцииматериала между зонами,1255196 тх гп гхя оставитель А.Телесницкехред А,Кравчук Корректор Л.Пилипе Редактор Г.Волков Тираж 527 аказ 4743 ВНИИПИпо113035 осударственно елам изобретен Москва, Ж,играфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 твенн Прои йпр 8 о Подписноекомитета СССРи открытийаушская наб., д. 4/5