一种磁流化床装置的控制方法和试验方法
【专利说明】一种磁流化床装置的控制方法和试验方法
[0001 ] 本申请是对中国发明专利申请号201410670871.4、申请日2014年11月20日、名称为《一种磁流化床装置及使用该装置的控制方法和试验方法》的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种用于化学、生物工程的磁流化装置的控制方法和试验方法，尤其涉及一种利用电磁线圈产生磁场的磁流化装置的控制方法和试验方法。
【背景技术】
[0003]在化学、生物工程中反应、混合或分离是其主要过程，流化床是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮状态，并进行气固相或液固相反应、混合或分离过程的装置。相对于离心、振动和声流化床来说，磁流化床(Magnetically FluidizedBed,MFB)是将外加的磁场引入普通的流化床，采用磁敏性颗粒作为床层介质的固液相处理系统，是流态化技术与电磁技术相结合的产物，具有振动小、噪声小的优点，特别是作为磁流化床的特殊形式一一磁稳定床，它是在轴向、不随时间变化的空间均匀通常由电磁线圈或永磁体产生的磁场，在此磁场下形成的只有微弱运动的稳定床层，床层表现为固定床形式，当有流体流过时床层像活塞一样膨胀，床层疏松、稳定、无气泡，这种膨胀的流化床就是磁稳定床。磁稳定床兼有固定床和流化床的许多优点。磁稳定床较好地克服了流化床因其返混严重而使转化率偏低、颗粒容易被带出的缺点，而且颗粒的装卸非常便利;外加磁场的作用能有效地控制相间返混，均匀的空隙度又使床层内部不易出现沟流;磁稳定床弥补了固定床使用小粒子时导致的压降过大、放热反应容易出现局部热点的缺点；同时磁稳定床可以在较宽范围内稳定操作，还可以充分破碎气泡改善相间传质。
[0004]众所周知，电磁线圈不但能产生磁场，同时还产生热量，而同时利用其产生的热能的磁流化床装置有其操作和试验方法在国内外还未见研究。
【发明内容】
[0005]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明的第一目的是提供一种使现有的电磁线圈产生磁场的同时利用其产生的热能的磁流化床装置。
[0006]本发明的第二目的是提供一种使所述磁流化床装置产生的磁场和热能同时满足工艺过程要求的控制方法。
[0007]本发明的第三目的是提供一种获得所述磁流化床装置表征和产生满足工艺过程要求磁场强度的试验方法。
[0008]技术方案:为解决上述技术问题，本发明提供了一种磁流化床装置，包括流化床体、设在磁流化床体外部的一组或若干组电磁线圈、与电磁线圈相连的可控电源、控制器、分别与流化床体相连的流化状态仪和温度仪、稳流器;所述流化床上设有一流体出口和流体进口，流化床顶端设有一排气口，稳流器设在流体进口处，流化床内下方设有一筛板，所述筛板上方布置有一磁性颗粒床料，所述可控电源、流化状态仪、温度仪分别、稳流器与控制器相连，所述流化床与电磁线圈内圈接触部分设有一导热层。
[0009]进一步地，为了防止电磁线圈产生的热量流失，所述电磁线圈外设有一保温层，保温层的外侧用深色薄膜包裹；
进一步地，本发明提供一种优化磁流化床装置，所述电磁线圈数量为一组，电磁线圈与保温层之间设有一冷却夹层，冷却夹层上设有一冷却介质入口和冷却介质出口，冷却介质入口处设有一冷却电控阀门，冷却电控阀门与控制器相连。
[0010]进一步地，本发明提供另一种优化磁流化床装置，所述电磁线圈数量为若干组，每组线圈均与对应的可控电源连接，所述排气口上设有一排气阀门，所述流体进口处设有一床底阀门，在稳流器端设有一进水阀门，在流体出口与稳流器之间设有一回流管，回流管内设有一回流阀门，所述排气阀门、床底阀门、进水阀门、回流阀门均分别与控制器连接。
[0011]进一步地，所述流化状态仪由一个或若干个状态传感器、信号变送器组成，信号变送器与一个或若干个状态传感器、控制器连通，状态传感器可为压力传感器、差压传感器、流量计、探测线圈、电容探针、霍尔传感器，霍尔传感器通常用于测量磁感应强度，而磁感应强度随磁导率变化，当霍尔传感器装设在流化床体外工艺过程或实验确定的磁性流体的膨胀高度处时，由于该处是否有磁性流体，则该处的磁导率不同，故能检测磁性流体的膨胀高度，状态传感器优选采用霍尔传感器。
[0012]进一步地，所述温度仪由温度传感器、信号变送器组成，信号变送器与温度传感器、控制器连通，当温度小于摄氏150度时温度传感器优选IC温度传感器。
[0013]进一步地，所述一组电磁线圈，每组电磁线圈有两个线圈组成，两个线圈的圈数优选方案为相同，绕制方式优选采用双线并绕方式绕制，采用此方式绕制可使得两个线圈形成相同的磁场。
[0014]本发明提供的磁流化床装置，其中:所述可控电源由电源输入端、若干路电源调节电路、电源调控电路、调控信号接口若干对电源输出端组成，每路电源调节电路其输入部分与电源输入端连通、其输出的二线与电源输出端其中一对连通、其与电源调控电路连通，电源调控电路与每路电源调节电路和调控信号接口连通，电源输入端接市电，若干路电源调节电路至少为两路并且半数的电源调节电路的输出电压极性可变换，若干对电源输出端与所述一组或若干组电磁线圈中每个线圈连通，连接可为一对输出端单独和一个线圈连通也可为一对输出端和几个线圈连通，每个线圈同方向绕制的始端及终端分别与电源输出端输出电压极性为正极性时所对应电源输出端的正极及负极连通，所述可控电源通过调控信号接口与所述控制器连通，调控信号接口将所述控制器所发每路输出电压及极性信号送电源调控电路，电源调控电路再对每路电源调节电路进行调控，使每路电源调节电路所对应连通的电源输出端输出所述控制器所发该路所需输出的电压及极性，调控信号接口优选采用485通讯接口；
本发明的磁流化床装置，其中:所述可选一套或若干套冷却夹套，冷却夹套下部开设冷却介质出口或入口，冷却夹套上部并与下部冷却介质出口或入口成180度角处开设冷却介质出口或入口，入口处接有一冷却电控阀门，冷却电控阀门与控制器连通，冷却夹套内圈与其所接触面导热良好，冷却夹套优选装设在电磁线圈外圈，冷却介质优选为水。
[0015]上述的磁流化床装置的磁场强度和温度同时满足工艺过程要求的控制方法，其具体步骤包括如下: (1)所述控制器预先设定磁流化床装置配置电磁线圈、温度仪、流化状态仪、冷却电控阀门状况，各组电磁线圈与各温度仪、各流化状态仪、各冷却电控阀门对应关系，工艺过程要求磁流化床装置各个电磁线圈产生的温度和磁场强度的值及允许偏差值，测控间隔时间，当前测控第一组电磁线圈；
(2)所述控制器采集和保存对应温度仪和对应流化状态仪检测值；
(3)所述控制器比较此组电磁线圈设定的温度和磁场强度值与对应温度仪和相应流化状态仪检测值并求得偏差值，设定值(设定值根据生产实际所需的最佳值)比检测值大为负偏差值，设定值比检测值小为正偏差值；
(4)判偏差值在允许偏差值内，转步骤(5)，否则根据所得偏差值不同状况，所述控制器进行如下操作:
温度和磁场强度偏差值都为负偏差值，控制器控制可控电源连通对应一组电磁线圈的两个线圈二对输出端输出电压极性为正极性，提高输出端与磁场强度偏差值成比例的电压值，控制对应冷却电控阀门关闭，使电磁线圈产生的磁场强度和温度同时增大；
温度和磁场强度偏差值都为正偏差值，控制器控制可控电源连通对应一组电磁线圈的两个线圈二对输出端输出电压极性为正极性，降低输出端与偏差值成比例的电压值，控制对应冷却电控阀门关闭，使电磁线圈产生的磁场强度和温度同时减小；
温度偏差值为正偏差值，磁场强度偏差值为负偏差值，控制器控制可控电源连通对应一组电磁线圈的两个线圈二对输出端输出电压极性为正极性，提