[发明专利]一种轻颗粒悬浮系统

说明书

技术领域

本发明属于气液固三相接触领域，尤其是涉及一种轻颗粒悬浮系统。

背景技术

在过程工程及其它许多工业过程中，经常需要用到多相流系统，包括气-液、气-固、液-固、气-液-固等体系。并且，又常常要求在这些体系中，各相之间有着充分的接触，以保证这类系统的效率。

以液固相系统为例，比如在某个液固化学反应中，固体以颗粒的形式存在于连续的液体相中，其中至少部分反应是在液固界面上进行的。为了提高液体与固体的反应效率，就需要将固体颗粒尽量分散于液体中，使固体颗粒与液体有更大的接触表面积。又比如在某个液相催化反应中，固体催化剂以颗粒的形式存在于连续的液体相中，两种或两种以上的液体组份在固体颗粒(催化剂)的表面进行反应。在这种情况下，为了提高液体间的催化反应效率，也是需要将固体颗粒尽量分散于液体中，使被反应的液体有更多的机会与固体颗粒表面进行接触。如果这些反应亦需要气体相的参与者，亦可以将气体充入，此时形成气液固三相系统。又比如在某个吸附分离过程中，为了提高吸附效率，更需要将颗粒尽量分散于液体相中，使吸附剂有更多的机会与液体中溶质接触而发生吸附反应。

在如上液固系统中，所涉及的固体颗粒一般均重于液体，因而在系统静止时，颗粒将堆积在系统底部，不能自动上浮。为了使颗粒有效地分散在液体中，人们开发了一些有效的方法。比如通过强力搅拌，通过机械、液体或者气体的强力射流，使至少一部分颗粒悬浮在混合体中。另一种有效的方法，就是利用固体流态化。该方法是将液体从系统的下部注入到液固系统中，形成向上的净流体流动，导致系统中的颗粒，因液体向上流动所造成的曳力而被悬浮。此时，通过合理地调整液体流速，使液体流速高于最小流化速度而低最小夹带速度，就可以有效地将颗粒比较均匀地分散在系统内至少一部分空间内。如果同时在系统的底部加入气体，气体的向上流动也可以提供额外的曳力，协助颗粒的悬浮。此时系统成为气液固三相体系。

如果所涉及的固体颗粒轻于流体，在系统静止时，颗粒将浮在系统的上表面而不会自动下沉。为了使颗粒有效地分散在液体中，除了通过强力搅拌，比如机械、液体或者气体的强力射流，还可以采用逆向固体流态化的方法。该方法是将液体从系统的上部注入到液固系统中，形成向下的净流体流动，导致系统中的颗粒，因液体向下流动所造成的曳力而被倒悬浮——一种因克服颗粒轻于液体而带来的浮力的悬浮现象，有时又称为逆向流态化。此时，通过合理地调整液体流速，使液体流速高于最小逆向流化速度而低最小逆向夹带速度，亦可以有效地将颗粒比较均匀地分散在系统的至少一部分空间内。但在此逆向流态化条件下，从上部同时加入气体一般将没有意义，因为气体不会向下流动。

在上述两类系统中，固体流态化方法虽然可以使颗粒比较有效地分散悬浮在液体相中(或者液体与气体的混合相中)，但必须维持一定的液体流速，即最小流化速度。为此需要消耗能量，用来驱动如水泵等装置，以维持较高的液体速度，因而导致不必要的能量损耗。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种轻颗粒悬浮系统，以克服现有技术的不足，在液相中通入气体，使气液混合流体的平均比重下降，当混合流体的平均比重与轻颗粒接近或相当时，流体流动的少许搅动，即可使轻颗粒被分散在液相中，利于气液固三相充分接触，且节省能耗。

具体技术方案如下：

一种轻颗粒悬浮系统，其特征在于：包括气液固三相区，所述气液固三相区包括气相、液相和固相，所述液相为连续相，所述固相为轻颗粒，所述轻颗粒的密度均一或非均一，所述轻颗粒的尺寸均一或非均一，所述气相自下而上流动，所述轻颗粒分散于所述液相中，所述轻颗粒的密度小于所述液相密度。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：在液相中通入气体，使轻颗粒分散于液相中，利于气液固三相充分接触，且节省能耗。

附图说明

图1为本发明轻颗粒悬浮系统结构示意图；

图2(a)-图2(d)为气液固三相区中横截面上设置一个或多个气体分布器的型式示意图；

图3(a)-图3(c)为气液固三相区中垂直方向设置一个或多个气体分布器的型式示意图；

图4(a)-图4(d)为轻颗粒悬浮系统中管道与气体分布器配合设置的示意图；

图5为轻颗粒在不同颗粒填装高度下的最小流化气速的变化。

具体实施方式：

为了更好的理解本发明的轻颗粒悬浮系统，下面结合图1-5实例进行阐述。