[发明专利]关于流化床的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及包含颗粒的流化床中的电容测量，和装置，其用于处理诸如由颗粒的流体含量变化引起的颗粒介电常数变化，同时执行流化颗粒的介电常数分布的电容测量和电容X线断层摄影术(ECT)成像。本发明还涉及用于测量液体含量的方法，特别地流化颗粒的液体含量。

背景技术

在这个描述中，术语“流化床”和“流化床装置”指一种装置，包括：基部，其包括典型地采用网眼或穿孔板形式设置的气体分配器板；和侧壁，该侧壁包围气体分配器板上方的流化罩。典型地，在流化床操作期间，该气体分配器板被保持在基本水平面中。流化气体被吹动经过气体分配器板，以流化出现在流化空间或罩中的颗粒的床。典型地，颗粒直径小于4mm，但直径通常小于1mm。这种流化床已知在制药、清洁剂和其它工业中用于颗粒的干燥或造粒。为了流化颗粒，需要最小表面气体速度Um，测量作为经过气体分布板的区域的平均气体速度。在更高速度时，将转换为期望的起泡流化状态。

例如，含残余溶剂(诸如水)的粒状颗粒可使用加热气体(诸如加热空气)流化，以从颗粒去除溶剂。流化床也可用于将微粒结块或造粒成更大颗粒，例如通过从喷洒喷嘴将粘合液滴喷洒在流体床中的流化颗粒上。这种过程用于药物、农药、洗涤剂、咖啡制造和其它工业中，例如用于准备颗粒材料的工业中。

通过提供经过这种流化床的平面的流化颗粒的介电常数分布的图像，ECT已被用于监控流化床中的颗粒密度分布。典型地，这通过将经过测量平面的体积元素的测量的介电常数映射成两维图像的对应像素实现，其中：介电常数例如显示为不同颜色或由轮廓图表示。ECT传感器包括在装置的侧壁周围放置的一系列导电电极或导电电极阵列，其中流化颗粒将被成像。为了取得图像，通常，各个电极被顺序地供以电势，同时其它电极保持接地或通地。因此，电场被施加横过测量平面中将被测量的区域。为了取得改进的灵敏度和信噪比(SNR)，可以将一个以上的电极组合在一起并供以电势，同时其它保持接地或通地。由于电极之间具有材料的这种电场的相互作用，材料相(phase)的分布(对应于流化颗粒的高介电常数相，和对应于流化气体的低介电常数)能够在由电极阵列包含(即包围)的测量平面中确定。注意：高介电常数随着流化颗粒的液体含量改变。例如，当流化颗粒包含30％的水时，典型地，与流化颗粒相关的高介电常数值将比它们包括2％的水时高得多。通常，利用诸如信号发生器的、提供电压并具有极低的输出电阻的高频电压源施加用于测量电容的电场。

虽然ECT技术具有相对低的分辨率，它在评估水压行为中的快速变化很有用，诸如当流化床在起泡状态中时，各个气泡经过流化颗粒。ECT图像能够用于帮助流化床的正确设计和操作。对于干燥和成粒的工业使用，对于流化床，起泡状态是优选的。

ECT方法已在Chemical Engineering Science 57，2411-2437由Makkawi等人、Drying Technology 20，1273-1289由Tanfara等人和Powder Technology 141，137-154由Sidorenko等人发表的论文中进行了详细描述，并且因此在这里不再进行详细说明。

先前将ECT应用于流化床的研究通常使用相对干燥的粉末，而由于诸如水的液体的高相对介电常数，由于在流化床操作期间(例如由于蒸发)流体含量变化，导致流化颗粒的介电常数的变化，所以避免使用湿的或包含液体的颗粒。ECT成像装置的校准取决于对高和低介电常数相两者的介电常数值的了解，并且这些通常在流化床操作前被测量，其中高密集和非流化状态的颗粒具有高密度(颗粒)状态介电常数。如果在流化床操作期间，这种介电常数改变，则产生的图像将不被校准，并且透明密度差将是假象。

可以从流化床获得颗粒样本，以利用诸如炉干燥的离线技术测量其液体内容，并且然后通过考虑液体含量变化和其对流化颗粒的介电常数的影响，校正ECT信号。其缺点是：校正并不是即时可应用的，由于它取决于液体含量的离线测量，这会花费几分钟。

通过停止流化，还可以重新校准ECT信号，使得：包含液体的颗粒形成填充床，并且然后测量填充床的电容，以取得高水平介电常数的新值，用在X光断层摄影图像的计算。这种方式由Chaplin等人在Measurement Science and Technology，16，1281-1290中提出。这在实践中具有缺点：该方法导致流化床的操作不连续，这在工业中通常是不允许的。此外，一旦流化停止，床中的湿颗粒可能在一起结块。

此外，没有可靠在线测量流化颗粒中液体含量，不可能实现流化床的最佳控制。