顆粒裝填機的製作方法
2023-06-07 15:32:21
專利名稱：顆粒裝填機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種給容罐裝填吸收性材料的裝置，更詳細地說，本發明涉及一種吸收顆粒裝填機，它能使整個容罐獲得均勻一致的填充。
在壓力擺動吸附(PSA)或溫度擺動吸附(TSA)工藝的實踐中，雖然在吸收性材料層內能有選擇地吸收供入氣體中易於被吸收的成份，但獲得的總的性能有時達不到實際商業用途的要求。其原因是由於用現有的顆粒裝填技術，在吸收罐中所填充的吸收顆粒密度不均勻。
例如吸收顆粒通常是將運輸桶中的吸收性材料通過容罐頂部直接倒入容罐中從運輸桶裝入加工容罐中去的。這些吸收性材料倒入罐內後，一般在容罐的中心區形成一個錐體，隨著錐體的錐面向下和朝著容罐的側壁向外滑動使吸收顆粒到達容罐的罐壁。這種顆粒裝填方法其結果是在中心區具有較高的顆粒填充密度，在靠近容罐壁的地方則具有較低的顆粒填充密度，而在它們之間的密度則是變化的。
為了克服這種不均勻的顆粒填充密度，已將一系列具有中心孔的導向漏鬥直接放置在容罐的入口下面。當吸收顆粒倒入容罐碰到上述導向漏鬥時，就向外偏轉流向罐壁。這種方法可將顆粒從中心錐體灑開以形成較為均勻的顆粒填充密度。但是，已發現該方法對於較大尺寸商業上重要的直徑在6英尺以上的容罐效果不好;因為一些流動的顆粒沒有足夠的能量使它們分散到位於容罐罐壁處的外部區域。另外，該方法的另一個缺點是，它必須在所述一系列漏鬥的中心精確地設置一股均勻的顆粒輸入流。這是很難做到的，因為所述顆粒是從一個桶，例如一個55加倉的桶中通過一根軟管被輸進容罐的入口內的。
正如一些熟悉本領域的人士評價的那樣，由於在各個桶內裝填的顆粒不同，以及所使用的裝填方法不同，在容罐裝填方面還可能引起其它一些問題。例如，若按通常的習慣作法將顆粒倒入容罐，則發現一隻運輸桶中的所有填料將堆積在床層的同一區域內。這部分材料的活性或尺寸大小多少要有異於床層的總體平均值。這種情況也會使床層中的一些區域上吸收性材料分布不均勻，從而降低容罐內進行的吸收過程的效率。
由於上述原因，若在吸收罐中存在著不均勻的顆粒填料，則會使流過顆粒填料中的流體出現不均勻的流動。因此，當流體以均勻的壓力流到吸收填料層的頂部或底層時，在密度大的區域內，上述流體的流量將小於流過外側密度較小的區域。從床層的中心到外側存在的顆粒密度的這種變化一般隨著容罐的直徑的增加變得更大。這是由於這些顆粒在容罐中從吸收床層的中心位移到外邊緣時受到更大的剪切作用所致。關於這一點需要指出的是，對於容積相對小的容罐，如直徑在1到4英尺的範圍內，由於顆粒錐體中心區域幾乎填滿整個容罐，所以其密度分布較均勻。但是對較大容積的容罐，由於顆粒錐體的中心區域不能填滿整個容罐，因此會得到分布不均勻的顆粒填料。在這種大罐裡還能發現，在床層密度方面的小變化，可能導致通過床層的氣流速度的大的變化，這是因為流過填料層的速度隨顆粒填充密度的變化很大。正是由於這種因容罐內不均勻的顆粒填料密度所引起的不均勻流動條件，導致了前面所述的不能滿足商業上使用大容罐的吸收性能要求。
在這種情況下，就提出了進一步發展用於商業用途的顆粒裝填技術的要求。特別是存在一種在使用大容罐情況下能獲得更均勻的吸收顆粒填料的要求。
因此，本發明的一個目的是提供一種改進的用於吸收容器裝填的設備。
本發明的另一目的是提出一種在整個吸收罐內能獲得分布均勻的吸收填料的設備。
本發明提出的顆粒裝填機設有一系列小孔，吸收物質或其它的顆粒可從這些小孔中通過，以便在容罐的整個橫截面面積上獲得均勻的顆粒裝填。該裝填機包含一個可旋轉的導管或一塊與流化床條件一起使用的固定多孔板，以便在吸收容罐或其它容罐的整個橫截面面積上獲得均勻的流動，從而在容罐內獲得均勻的顆粒填充層。
在下文中將結合附圖對本發明進行詳細的說明，圖中
圖1是帶有本發明所述的顆粒裝填機的吸收容罐的示意性側視圖;
圖2是安裝在吸收罐中的顆粒裝填機並說明流量控制機構的示意性側視圖，該控制機構便於容罐中的吸收性材料的裝填;
圖3是本發明所述的顆粒裝填機的一個較佳實施例的側視圖;
圖4是在吸收罐內吸收顆粒填充的側視圖，其中圖4a顯示在本發明一些實施例中可獲得的密實填充情況;而圖4b顯示在本發明另一些實施側中容罐內吸收顆粒裝填中可獲得的鬆散填充情況;
圖5是顯示本發明所述的可轉動顆粒裝填機的轉動速度和顆粒密度的關係曲線圖;
圖6是安裝在吸收罐內並含有分布網篩的顆粒裝填機的示意性側視圖，以保證整個容罐內具有所需的顆粒分布;
圖7是說明本發明的一個加長顆粒裝填機轉動臂實施例的示意性示圖，其中圖7a是加長的轉動臂的仰視圖;而圖7b是其端部的視圖;
圖8是說明使用本發明顆粒裝填機可獲得的改進PSA性能曲線圖，與常規裝填方法的可變填料層密度相比，本發明可獲得密度均勻填充的吸收床層;
圖9是本發明於流化床顆粒裝填機實施例的側視圖。
本發明的目的是通過顆粒裝填機及其使用的方法實現的。該裝置和方法能保證裝入容罐中的吸收物或其它顆粒在容罐的橫截面面積上具有均勻的顆粒流道。如下所述，特別是關於將吸收性材料裝入吸收床層內的裝填，本發明不是使顆粒裝填機轉動就是使吸收顆粒相對於靜止的裝填機移動，以便在整個顆粒裝填過程中在容罐的整個橫截面面積上獲得均勻一致的吸收顆粒流量。在本發明的實踐中所獲得的吸收容罐的均勻填充，導致在PSA或其它吸附流體分離操作中由於使用了均勻、密實填充的吸收容罐，使氣體產量大為增長。
在本發明各個實施例的實踐中，都使吸收顆粒以均勻的流速散落在吸收容罐的整個橫截面面積上，以便在整個床層獲得均勻一致的密度。根據散落到所形成的吸附層上的顆粒流動速率，均勻填料層的填充可從一種不規則的緊密型變化到一種不規則的鬆散型。在均勻填充層中的不規則緊密型填充是由於從本發明所述的顆粒裝填機中落下的每顆顆粒在和其它的裝入容罐中的顆粒相接觸之前已停落在床層表面上。在這種情況下，每一顆顆粒都能完全落入其它已經停落在填料層上的顆粒所形成的凹陷處。另一方面，若落下的顆粒在未停落在床層表面上之前就相互接觸，則由於顆粒之間的摩擦力，使它們不能滾入床層上由其它顆粒所形成的凹陷處，從而形成一種不規則鬆散型的顆粒填料。無論那種情況，在整個填料床層中都將獲得均勻的密度。
請參看各附圖，圖1說明本發明的一個實施例，其中立式圓筒形吸收罐內使用的是旋轉臂式顆粒裝填機。標號1表示吸收罐，床層2表示在罐中所形成的吸收顆粒層。具有供料鬥和驅動機構的顆粒裝填組件3安裝在吸收罐1的頂部，在吸收顆粒裝填的過程中，組件3和裝在容罐1內部上方的轉臂4之間具有受控制的流體通道。轉臂4是一個其上開有一系列小孔5的導管，這些小孔允許顆粒從其底部流出落到床層2上。這些小孔的尺寸和布置使每平方英尺床層面積上所堆積的顆粒在整個床層的橫截面面積上均勻一致。雖然這些小孔一般是圓形的，但應該理解到，這些小孔可以具有一種給定用途所希望的任何一種合適的形狀。因此，當轉臂4旋轉時，它掃過立式吸收罐1的整個橫截面面積，同時吸收顆粒以基本上均勻的顆粒流6落下，以便使在容罐1內形成部分床層2的附加吸收顆粒進行均勻地填充。有關顆粒裝填組件3的細節參看圖2。
在本發明的該實施例中，顆粒裝填組件3的供料鬥和轉臂4都由所述的驅動機構帶動。在圖2中，顆粒裝填組件3具有吸收物供料鬥7和錐形漏鬥8，吸收顆粒從錐形漏鬥進入轉臂4。驅動機構帶動供料鬥7、錐形漏鬥8和轉臂4轉動。為此，可使用變速的驅動馬達9通過傳動帶10帶動供料鬥7。顆粒裝填組件通過支杆12和旋轉支架13固定於容罐1上部的安裝板11上。旋轉支架13包含兩個L形的凸緣，其中一個是通過支杆12安裝在安裝板11上的固定凸緣14，而另一個是固定在供料鬥7上的旋轉凸緣15。旋轉凸緣15的接觸面上塗上一種合適的低摩擦軸承材料，如RoulonJ，一種「特弗隆」(Teflon)基的、自潤滑的低摩擦軸承材料。
顆粒裝填組件3還包括一個位於錐形漏鬥8下面的顆粒控制開關閥門16，以控制從供料鬥7和漏鬥8輸到轉臂4的吸收顆粒流量。在開始將吸收顆粒輸入到轉臂4以便裝填吸收罐1之前，控制閥門可先充填供料鬥7。轉臂17(轉臂17和上述開關控制閥門之間具有液體通道)具有一個連接在其上用於平衡的平衡塊，和由合適的軟管制成的彎管頭19，該彎管頭可使轉臂17以不同的角度安裝在標號為20的吸收罐上。通過柔性彎管頭19和支杆21可以所需的角度安裝轉臂17，支杆21的兩端連接在轉臂17上彎管頭19的上、下端。在任何一個特定的用途中所使用的轉臂安裝角取決於許多因素，例如吸收顆粒的內摩阻、轉臂17的內側直徑、轉臂和吸收顆粒之間的摩擦等因素。通過在轉臂17的內表面上塗敷一種如「特弗隆」的低摩擦材料可減小轉臂和吸收顆粒之間的摩擦。如此就可使用相對於水平面較小的轉臂安裝角使床層充填更多的吸收顆粒並減少吸收顆粒在轉臂內小孔上橋接的趨勢。一般希望使用最小的可行旋轉臂安裝角，因為這將允許使用本發明所述的顆粒裝填機獲得最高的吸收床層高度。對於具有22個同一直徑小孔的轉臂17，其安裝角的最後設定最好是沿轉臂的長度，使第一個小孔和最後一個小孔中流出的顆粒流量相等。這個角度可方便地通過在給定的時間內，搜集並稱出這些孔中流出的顆粒流量來決定。對於使用不同直徑小孔的實施例，可用同樣的方法來確定，只是所述的顆粒流量須除以被該小孔充填的床層面積。
在現有的商業習慣中，吸收操作中使用的吸收材料一般是一種8×12目大小的分子篩材料，吸收罐的直徑一般為12英寸。對於這種操作，轉臂半徑約為5英尺10英寸，規格為40、4英寸的導管，例如，通常用1/8英寸厚的鋁管。這種轉臂(圖3中用標號23表示)沿其長度在底側分布著一些小孔24，以使吸收顆粒通過這些小孔落在形成吸收床層的容罐內。在轉臂的外端面焊上一塊鋁或其它合適材料的端板25以阻止通過轉臂未受控制的吸收材料從外端排出而不是按要求從小孔24流出。雖然上述尺寸的轉臂，其小孔24的直徑一般為7/16英寸，但應該理解到，根據需要，孔徑可變化並可採用不同尺寸的小孔，從而使轉臂23轉動時，通過小孔的流量均勻一致，以便在吸收罐內裝填的床層中更均勻地分布吸收顆粒。對於直徑為4英寸的轉臂管，小孔的尺寸一般在3/8英寸到3/4英寸的範圍內。一般來說，最小的孔徑一般約為通過轉臂的吸收顆粒直徑的六倍。若小孔與吸收顆粒的直徑比太小，則會因顆粒在孔上橋接而間歇地阻塞小孔。
在轉臂23的底部採用不等距分布的小孔間距也屬本發明的範圍，即在轉臂23的外端，小孔的排列分布比內段更密，亦即單位長度上排列著更多的小孔，如圖3所示，密集排列的臂段用標號26表示，與此相反，在靠近轉臂根部與圖2所示的供料鬥、錐形漏鬥和控制閥門相鄰的附近具有稀疏排列的小孔，這一臂段則用標號27表示。
在具體實踐中，在吸收罐內轉臂通過其彎管頭可以各種不同的角度方便地伸向外側，相對於水平面較好的安裝角度一般為10°到30°，20°最佳。轉臂將以一合適的轉速旋轉，使顆粒通過轉臂上的小孔排出並落入以一速率形成的吸收層中，以便為一給定的吸收操作提供所要求填充密度的均勻填料層。轉臂的轉速範圍一般在20轉/分到0.02轉/分之間，對許多用途，轉速為2轉/分到4轉/分為最佳，由此形成42磅/英尺3的不規則緊密型吸收填料層。但是，應該理解到，其它的這種工作條件也屬於本發明的範圍內。
在本發明所述的顆粒裝填機的工作中，在吸收罐內所形成的吸收層的疏密度取決於轉臂的轉速。若使轉臂和顆粒裝填組件在等轉速下工作時，就可在整個容罐的容積中獲得均勻的填料層密度。這是由於在填料層的整個橫截面上單位面積覆蓋的顆粒速率是恆定的。這種均勻的覆蓋度導致了顆粒和顆粒之間的相互作用，亦即當顆粒散落到填料層表面上時，對於床層中所有的顆粒來說，平均來看情況都一樣。在高的轉臂轉速下，每顆顆粒一般都能在和其它從轉臂上落下的顆粒接觸之前落在床層表面上。這就導致了一種不規則的緊密型的吸收顆粒填充，如圖4a所示。那些停落在床層上的顆粒，即顆粒28在沒有和另外落下的顆粒29相接觸之前會掉到由下層顆粒之間所形成的凹陷處，從而導致所述顆粒28的緊密型填充。當轉臂的轉速減小時，落下的顆粒在沒有停落在床層表面上之前就和先前放下的顆粒相互作用。在這種情況下，先放下的顆粒不掉進它們下面的凹陷處，這就使床層上的顆粒充填得較鬆散，這是由於相鄰顆粒之間的摩擦力阻止了它們掉進床層上其它顆粒之間的凹陷處。在很低的轉速下，基本上所有散落到床層上的顆粒，即顆粒28a和其它散落的顆粒29a發生作用，從而使顆粒形成不規則的鬆散型填充，如圖4b所示。因此，改變轉臂的轉速，即可將填充密度由不規則的緊密型改變成不規則的鬆散型。對於篩密度為1.01克/釐米3，即63磅/英尺3的8×12目分子形式的吸收顆粒，在直徑為12英尺的容罐內，轉速為4轉/分的條件下已獲得一種0.67克/釐米3或42磅/英尺3的不規則密集型填充。在約為0.02轉/分非常低的轉速情況下，可獲得一種0.51克/釐米3，即38磅/英尺3的不規則鬆散型密度。圖5所示的是填充密度相對於轉臂轉速的性能曲線圖。圖中曲線是根據用篩密度為1克/釐米3的8×12目篩顆粒通過直徑3/8英寸的小孔流下並覆蓋一塊1.57英尺2的床層面積所得的數據繪製的。對應於該曲線的顆粒流量為0.08到16釐米3/秒-釐米2。顆粒的體積流量基於填充的床層密度和填滿該吸收罐所用的時間。
本發明的一個優點是整個床層的填充是均勻一致的。這是由於轉臂上的每一小孔在轉臂旋轉一周時，將顆粒散落在相等的面積上。對於具有相同孔徑的小孔來說，小孔的分布可按πy2i+1-πy2i＝常數的關係式來確定，其中y是小孔在轉臂上沿水平方向的位置，而常數為每個小孔所要覆蓋和填充的床層面積。常數等於1.57英尺2時小孔分布情況顯示在圖3中。恆定的床層顆粒密度是非常重要的，因為它保證了通過吸收床層的流體速度流量均勻一致，由此可獲得一種理想完美的床層應用。若在床層中心的填充密度低，則床層中心的流體速度將高於床層其它部分的速度，這將導致液體混合物的較多可選擇性吸收的組份過早地穿過，從而縮短了吸收層的使用壽命。
對於較小容積的吸收容罐，轉臂可通過截掉其外段長度製得較短。但從罐中心線到轉臂的末端其內小孔的排列間矩保持與較大的吸收罐中的間矩一樣，例如與圖3中所示的12英尺罐情況一樣。對於更大尺寸的吸收罐，則可加長轉臂的長度並增加一些小孔(最好是根據上面的公式增加)。本發明的內容還包括在大容積的吸收罐內使用多個轉臂的實施例，特別是在使用裝有吸收物的吸收罐進行流體分離時要求較高的供液速度的情況。
在使用非球形吸收顆粒的吸收過程中，因顆粒的外形，可能使散落的吸收顆粒不能落入它們下面形成的吸收層上由顆粒所形成的凹陷處。在這種情況下，可搖動吸收床層來克服這種現象。床層的晃動可使上表面的顆粒搖入更密實的填充位置。
在一些情況中，對離罐中心線最近的頭幾個小孔使用一層或幾層網篩以及一些裝置是理想的，以便在轉臂的內端獲得較寬的分布面積。本發明的一種變化包括這樣一些網篩(如圖6所示)，其作用是改善吸收罐中心處的顆粒分布。在圖6中，轉臂31和具有開關閥門33的錐形漏鬥32之間有流體通道，閥門33裝在錐形漏鬥32的下面。用支杆34將所述的轉臂31安裝在要求的位置上，最好用配重35作為部分支撐結構。在一種典型的布局中，位於彎管頭37下面的轉臂31上的第一個小孔36方便地設置在離吸收罐39中心線38水平距離為6英寸處。孔36填充吸收罐中心區1.57英尺2的範圍。在一些情況下，從直徑為7/16英寸的孔36落下的吸收顆粒不能蓋滿中心區域。為使灑出的吸收顆粒能灑遍中心區，最好在轉臂31上至少第一個小孔36或如圖所示，在該孔和至少一個分布更寬的附加孔的下面裝上分布網篩，最好是一系列大網篩，如4×4的網篩40和41。當吸收顆粒從錐形漏鬥32落入轉臂31後，那些從第一個小孔36落出的顆粒與所述網篩40和41接觸，並分布在吸收罐39中心區上的一個更大的面積上。如圖6所示，設在下面的網篩，即網篩41最好向外伸出些，以便能接住從它上面的網篩40向外散落的顆粒。
如圖7所示，在轉臂的端部使用較寬的面積，可增大在吸收罐內靠外緣的顆粒分布。在這種實施例中，錐形鬥50和開關閥門51將吸收顆粒輸送到轉臂52，該轉臂由上段53、彎管頭54和外段55組成。轉臂52的底部開有小孔56，用於在所述容罐內形成吸收床層的顆粒向下流入吸收罐57內。轉臂52的外段55朝著所述罐57的壁部向下、向外延伸，所述轉臂通過支杆58和配重59維持在要求的安裝角上。在所示的實施例中，轉臂外段55具有一個加寬的端部60，即擴展的臂端，以便可在轉臂52端部上增開一些小孔。這些小孔是圖7a中所示的小孔61。轉臂的這種加寬使矩形端部62(如圖7所示)以及其上設置的小孔61，將灑出的吸收顆粒送達吸收罐57的罐壁上。一般來說，在本發明所述的實施例中，本發明的轉臂或裝填臂比吸收罐的內徑短1英寸到2英寸，因此灑出的吸收顆粒不能直接落到罐壁處，而圖7所示的實施例可以克服這個問題，由此有利於在靠近罐壁的區域獲得合適的質量流。在所述實施例的實踐中，若有必要，還可在轉臂的外側小孔上安裝小導向管，將灑出的顆粒向外引導至吸收罐的壁上。還應理解到，根據本發明的實踐，還可通過設計等間矩、不同尺寸的小孔或不同尺寸和不同間距相組合的小孔來獲得以轉臂中灑入吸收罐內的可變顆粒流。
從實踐經驗中已得出結論，床層填充密度的均勻性隨著其吸收罐直徑的增大變得特別重要。圖8所示的是標準床層特性相對於容罐直徑的關係曲線圖，圖中的曲線是根據本發明實際裝填的床層和前述傳統方法裝填的床層繪製的。對於較小的吸收容罐直徑，如直徑不超過約5英尺，用本發明顆粒裝填機裝填的密實填充床層密度為42磅/英尺3的條件下，其標準的PSA特性值幾乎達到1的水平;而根據傳統裝填的不均勻密度的床層，當直徑增大到約5英尺時其PSA特性稍有下降，但在填充密度為38磅/英尺3的條件下，其特性值還能達到0.95。在這種情況下，吸附床層上的流動不均勻還不是個很嚴重的問題。但隨著罐直徑增大到6英尺或更大的數值，則傳統的裝填床層的PSA特性與本發明裝填的床層相比下降很大。對於容罐直徑為12英尺的情況，用本發明的轉臂裝填的床層，其床層密度為42磅/英尺3，其標準的PSA特性值仍為1。而用傳統方法裝填的相同床層，其平均密度約為38磅/英尺3，但其標準的PSA特性值下落，僅為0.8。這種在6英尺或更大的容罐直徑情況下，急劇降低的PSA特性值是由於在吸收罐中的流動不均勻所致。這種不均勻的起因是由於在床層的外緣密度小而在中心密度大，小密度的床層外緣形成了這樣的通道，即在吸收罐中被分離的液體在該通道中的流速要高於液體流過大密度床層中心區所形成的通道。這些方面的結果表明，用傳統的裝填方法所產生的不均勻的床層疏密度是導致嚴重降低PSA或其它吸附作用過程性能的原因。而採用本發明的裝填方法具有均勻一致的床層疏密度，可保證流過床層的流量均勻一致，因而床層性能與床層直徑無關。從圖8所示的結果可以看出，在使用大吸收加工容罐的大工廠，如使用6英尺或更大直徑的吸收罐時，上述特性尤其顯得重要。在本發明的另一個實施例中，不用上述轉臂而是採用滴漏流化床，以便在吸收罐中獲得均勻一致的吸收顆粒裝填。在這種方法中，如圖9所示，一塊多孔板安裝在容罐上部空間並使一般氣流向上通過吸收容罐，同時將吸收顆粒以受控制的流速倒在上述多孔板上，以便顆粒在該板的整個橫截面上以均勻的速率通過板上的導孔落下。
在圖9所示的實施例中，裡面裝填吸收床層64的吸收罐63，其頂部裝有和內部保持液體流通的供料鬥和排氣裝置65。在罐內的上方裝有分配板66，該板的整個橫截面面積上均勻地設有許多小孔67。通過進氣管68使空氣或其它氣流向上通過所述的容罐。所述氣流將向上通過多孔板66上的小孔67並從裝料鬥和排氣裝置65排出容罐。
流過小孔67的氣流有助於使倒在罐內分配板66上的吸收顆粒呈流化狀態。因此，在所述板66上面直接形成的流化床69的床面在整個多孔板上保持不變，並保證在吸附層64上裝填的吸收顆粒均勻一致。在流化床69上的吸收顆粒流過導孔70，這些導孔的設計使所述顆粒能填滿導孔，並在整個所述的分配板66上以均勻的吸收顆粒滴漏方式通過導孔落下。由於流化床在整個分配板66上的床面高度不變，導孔70在整個分配板上均勻地隔開，因而能使流過各小孔的吸收顆粒流保持不變。如上面所述，在整個分配板上的導孔是均勻分布的且向下流過各板的吸收顆粒是一樣的，因此穿過吸收罐63的橫截面面積均勻落下的顆粒流71使落到位於多孔板下面的吸收層上的單位面積上的顆粒流均勻一致。
熟悉本領域的人士將認識到，在不脫離本發明所附權利要求書所限定的範圍內可做出各種變化和變更。因此，本發明可與任何一種合適的小孔尺寸及其排列間矩的組合結構一起使用，以使通過轉臂獲得合乎要求，均勻一致的吸收顆粒流量，或使分配板與流化床一起使用，以便在吸收物裝填過程中在形成的床層上獲得均勻一致的吸收顆粒填料。在上文所述的使用轉臂的方案中，對於12英尺6英寸的吸收容罐適合的轉臂一般是外徑為4英寸、壁厚為1/8英寸的鋁管，在一個典型的實施例中，鋁管下側用於吸收顆粒通過的孔徑為7/16英寸。在本發明的這個實施例中，總共使用了68個小孔，這些小孔在吸收罐中心線附近的排列間矩比在其外段的大。該轉臂可製成幾段，例如在上述實施例中，有靠容罐中心線的第一段(位於彎管頭的下面，直徑為38英寸)和直徑為39.95英寸朝著吸收罐罐壁向外延伸的第二段，他們之間用合適的鉸鏈或其它固定裝置相連。但是為了滿足某一給定的顆粒裝填用途的要求，轉臂的這些部件也可變化。如上所述，根據所要求的吸收層填充結構的特性，轉臂的轉速可以變化。同理，圖9所示的本發明實例中顆粒的流化床也可以變化，以便通過分配板上設定的導孔提供要求的吸收顆粒流速，進而在吸收罐內裝填的吸收層上，通過導孔提供要求的吸收顆粒流。
雖然本發明已結合含有圓柱形床層(例如，如圖1和圖9中所示的床層)的立式吸收罐的裝填進行了說明，但應該理解到，本發明所述的顆粒裝填機可與其它床層結構一起使用，例如含有輻射流床層結構的立式圓罐或者是水平放置的圓柱形罐。在水平放置的圓柱形罐中，轉臂可輕易地在位於吸收層上面安裝在容罐側邊上的支承軌道上沿容罐來回移動。轉臂的速度除了在容罐的兩頭外保持恆定，因為在容罐的各端彎曲的頭部需要更多的吸收材料來填充。
儘管本發明已結合吸收性材料床層的裝填進行了說明，但熟悉本技術的人士應理解到，本發明還可用於其它用途，如觸媒的裝填，以便在容罐內獲得均勻一致的顆粒填充。
本發明在顆粒填充方面提出了一種實用而先進的改進，尤其是在吸收領域內。通過使吸收材料填充得比傳統方法更密實，本發明能使更多的吸收材料放置在需要裝填密實顆粒的用途中一給定尺寸的吸收罐中。在所有的用途中，本發明都能使吸收顆粒以任何一種所需的密度水平在吸收罐的整個橫截面面積上均勻地填充。這種均勻的填充應用在實際商業液體分離工作時，特別是用於大容積的吸收罐時，通過床層能獲得均勻一致的流體流量。在直徑為12英尺的真空PSA氧氣裝置中，其中的吸收顆粒是使用本發明所述的顆粒填裝機裝填的，氧產品的增長高達20%。這種改進的特性同樣可以在各種流體分離吸收操作中獲得，例如在制氮和制氧的空氣分離中，氫/甲烷分離和其它的使用吸收技術所進行的已知分離過程中都能同樣提高其效率。隨著PSA和其它吸收工廠對生產率要求的提高，為滿足世界上不斷增長的工業生產需求，一般使用較大直徑的吸收罐。當本發明所述的顆粒裝填機與這種大直徑的吸收罐一起使用，用於實際商業操作中的吸收罐時，獲得的產品方面的改進比率更大。
權利要求
1.一種將顆粒裝入容罐的顆粒裝填機，它包括(a)用來供應裝入容罐的顆粒的供料鬥；(b)用來控制從所述供料鬥到容罐的顆粒通道的控制機構；(c)一個裝在容罐中，其長度至少從所述容罐的中心部分延伸到罐壁附近的顆粒支撐面，該支撐面將從供料鬥過來的顆粒沿其長度分布，所述的支撐面沿其長度具有一些設定的小孔，通過所述小孔的顆粒在容罐的整個橫截面面積上以均勻的流動模式落下，由此在容罐裝填時，可形成均勻一致的填充床層。
2.如權利要求1所述的裝填機，其特徵在於所述容罐是準備用吸收顆粒裝填的吸收罐。
3.如權利要求1所述的裝填機，其特徵在於所述的顆粒支撐面是一個轉臂，該轉臂具有一個在容罐中心處的上段、一個彎管頭和一個朝著罐壁向外延伸的下段，所述的裝填機還包括一個帶動轉臂旋轉的驅動機構，該機構使轉臂的下段在所述容罐的上方繞著容罐的中心線旋轉，顆粒支撐面上的所述小孔是開在轉臂底部上的孔，當轉臂的下段在所述的容罐中旋轉時，可在容罐的整個橫截面面積上獲得均勻一致的流動模式。
4.如權利要求3所述的裝填機，其特徵在於轉臂的下段在容罐內向下延伸。
5.如權利要求4所述的裝填機，其特徵在於所述轉臂的下段相對於水平面以約為10°到30°的角度向下延伸。
6.如權利要求3所述的裝填機，其特徵在於所述的驅動機構用於使所述轉臂旋轉、所述控制機構和所述供料鬥以20轉/分到0.02轉/分的轉速旋轉。
7.如權利要求4所述的裝填機，其特徵在於轉臂底部上的所述小孔，在靠近容罐中心線處的間距大，而沿轉臂下段的外部長度上間距小。
8.如權利要求6所述的裝填機，其特徵在於它還包括利於轉臂、控制機構和供料鬥旋轉的轉動支承裝置。
9.如權利要求8所述的裝填機，其特徵在於它還包括位於所述供料鬥和所述控制機構之間的錐形送料鬥，以便於從供料鬥來的顆粒通過並同時旋轉。
10.如權利要求3所述的裝填機，其特徵在於轉臂的外端面被封住，以防止顆粒從臂端灑出。
11.如權利要求3所述的裝填機，其特徵在於它還包括設於轉臂上段、靠近中心線處的小孔下面的分布網篩，用於容罐中心區顆粒的分布。
12.如權利要求3所述的裝填機，其特徵在於它還包括一個在轉臂下段外端部的擴展段，所述的擴展段上具有增開的小孔，以便顆粒分布在罐壁附近。
13.如權利要求1所述的裝填機，其特徵在於所述顆粒支撐面是裝在容罐內上部的一種多孔分配板，所述的裝填機包括將氣流向上引導通過多孔板的氣體入口裝置，以便從供料鬥來到所述多孔分配板的顆粒流化;和在整個多孔分配板上分布的導孔，以便顆粒在容罐的整個橫截面面積上以均勻的顆粒流模式向下落。
14.如權利要求13所述的裝填機，其特徵在於所述的多孔分配板大致在容罐的整個橫截面上延伸。
15.如權利要求1所述的裝填機，其特徵在於所述容罐是一個立式的圓形罐。
16.如權利要求1所述的裝填機，其特徵在於所述容罐是一個水平式的圓形罐。
17.如權利要求2所述的裝填機，其特徵在於所述容罐適用於壓力擺動吸收流體的分離操作。
18.如權利要求3所述的裝填機，其特徵在於所述容罐是一種裝填有吸收性材料的吸收罐。
19.如權利要求14所述的裝填機，其特徵在於所述容罐是一種裝填有吸收性材料的吸收罐。
20.如權利要求3所述的裝填機，其特徵在於它還包括位於轉臂的內表面上的低摩擦材料塗層。
全文摘要
本發明涉及一種給容罐裝填吸收性材料的顆粒裝填機，該裝填機包括一個安裝在容罐內可轉動的轉臂，轉臂的底部上開有一系列小孔，當轉臂以一定的轉速轉動時，可將吸收顆粒均勻地分布在容罐內的整個橫截面上，由此，形成均勻一致的吸收顆粒床層。
文檔編號B01D53/04GK1086185SQ9311885
公開日1994年5月4日 申請日期1993年9月30日 優先權日1992年10月2日
發明者J·J·諾沃比斯基, J·S·施奈德 申請人:普拉塞爾技術有限公司