SE507132C2 - Sätt och anordning för att alstra en aerosol - Google Patents

Description

15 20 25 30 5 Û 7 “1-3 2 2 punkten F till punkten P är uyckfallet nästan konstant.

Partiklarna vid kolonnnens botten behöver mer energi för att uppnå det fluidiserade tillståndet än partiklarna vid den fasta bäddens ovansida. Detta är skälet till att det hittills ej har varit möjligt att delvis eller begränsat fluidiscra en bädd. Vid konventionell fluidisering kan sålunda bädden antingen vara helt fluidiserad eller inte fluidiserad alls.

Vid framställning av aerosoler med hjälp av en konventionell fluidiseringsmetod enligt ovan är fluidens hastighet lika med eller högre än hastigheten för permanent medbringande av partiklarna. Partiklama som med lämpliga organ införs i fluidiseringskolonnen kommer att omedelbart fluidiseras och borttransporteras. Om fluiden är en gas bildas en aerosol bestående av gas och fasta partiklar, varvid de fasta paitiklarnas massflöde bestäms av de fasta partiklarnas imnatingsmassflöde i kolonnen.

När exempelvis ovan beskrivna metod skall användas som en aerosolgenerator för transport av partikelformigt material kan aerosolflödet ut ur kolonnen följaktligen styras enbart genom tillförseln av det partikelforrniga materialet, eftersom detta omedelbart fluidiseras vid inträdet i kolonnen.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett sätt och en anordning av inledningsvis angivet slag som med lägre energiförbrukning möjliggör delvis eller begränsad fluidisering av en fluidiserbar bädd och noggrannare styrning av ett aerosolflöde ut ur bäddens innesluming.

Detta uppnås genom de särdrag som anges i efterföljande patentkrav.

Om fluiden enligt föreliggande uppfinning sålunda införes med en komponent av nedåtrilctat flöde vid en nivå ovanför bädden med fasta partiklar i inneslutningen, fluidiseras i en utsträckning beroende av det nedåtriktade flödets energi över ett tröskelvärde endast partiklar belägna i ett skikt vid ovansidan av den i övrigt fasta bädden. Det nedåtriktade flödet behöver nödvändigtvis ej vara vertikalt nedåtrilctat, utan kan bilda en vinkel mellan 0 och 180° med en horisontell botten hos inneslutningen. Det nedåtriktade flödet behöver nödvändigtvis ej heller införas ovanför bädden, utan kan i vissa fall, t.ex. hos en bädd av agglomerat material, även införas under bäddens ovarrsida. Vidare är det för olika tillämpningar tänkbart att flödet dessutom kan ha en uppåtriktad komponent.

Andra särdrag och fördelar hos uppfinningen framgår av patentkraven och följande detaljerade beskrivning.

Utföringsexempel av uppfinningen beskrivs närmare i det följ ande med hänvisning till 10 15 20 25 30 e -507 132 3 bifogade ritningar, på vilka FIG. 1 schematiskt visar en areosolgenerator enligt känd teknik; FIG. 2 är ett diagram som visar dels tryckfallet hos en fluid, dels bäddens porositet och volym som funktion av fluidens flödeshastighet under fluidisering medelst en aerosolgenerator enligt FIG. l av en bädd av fasta partiklar; FIG. 3A-C visar snittvyer med delvis bortbrutna delar av ett laboratoriearrangemang enligt uppfmningen under olika stadier av delvis fluidisering av en bädd av fasta partiklar; FIG. 4 är ett diagram som visar massutflödet av fasta partiklar från ett arrangemang enligt FIG. 3 som fiinktion av tiden vid varierande inloppsflöden; FIG. 5 visar en delsnittvy av ett arrangemang motsvarande FIG. 3 där bäxarfluidens inlopp till inneslutningen mynnar vid en nivå under ovansidan av bädden av fasta partiklar; och FIG. 6 visar schematiskt en areosolgenerator enligt uppfinningen med ett reglersystem för det utgående aerosolflödet.

I FIG. 3A visas en inneslutning i form av en E-kolv 10 som är tillsluten med en plugg 12 genom vilken sträcker sig dels en inloppsledning 16 med ett par inloppsrör vilka via ledningar utanför kolven 10 är förbundna med en gemensam källa för trycksatt fluid, i detta fall lufi, dels ett utloppledning 18 i form av ett vinklat rör för utmatning av en aerosol från inneslutningen.

Kolven 10 är delvis fylld med ett partikelfonnigt material som bildar en bädd B ovanför dess botten.

I detta exempel införes den trycksatta fluiden, i det följ ande omväxlande även benämnd bärarfluid till följd av dess förmåga att transportera partiklar, i inneslumingen genom inloppsrörens ändar vid en nivå LA ovanför bädden B, men införseln av fluid kan i vissa fall, tex. för fluidisering av en bädd av agglomerat material även ske vid en nivå under nivån LT för bäddens ovansida, vilket visas i FIG. 5.

Vid mycket låga flödeshastigheter hos inflödet qi av fluid kommer fluiden ej att orsaka rörelse hos partiklarna i bädden B. Om den tillförda energin är mindre än den minsta energi som erfordras för fluidisering i det givna systemet, kommer bärarfluiden att passera inneslutningen utan att orsaka någon inverkan på bädden av fasta partiklar. Om emellertid bärarfluidens energi är tillräckligt stor, kan hela bädden av fasta partiklar momentant fluidiseras, varvid detta system i detta avseende är likvärdigt med ovan beskrivna kända system. För varje annan energinivå mellan dessa två punkter kommer emellertid bädden att bli delvis fluidiserad.

Om den låga flödeshastigheten långsamt ökas, uppnås den energinivå som erfordras för att fluidisera partiklarna vid bäddens B ovansida, varigenom en primär aerosol A kommer att bildas i utrymmet ovanför bädden. Genom fluidiseringen av partiklarna vid bäddens B ovansida kommer bärarfluidens energi att sänkas till nivån för inträde i och utträde ur systemet tillsammans 10 15 20 25 30 507 132 i 4 med partiklarna som befinner sig i den primära aerosolen A. När en bestämd mängd av den primära aerosolen A har lämnat systemet genom utloppsledningen 18, kommer bärarfluidens energi momentant att öka med det belopp som erfordras för att hålla samma antal partiklar som tidigare i den primära aerosolen i fluidíserat tillstånd. Om flödeshastigheten hålles vid en konstant nivå kommer denna process att fortsätta så länge som det finns icke fluidiserade partiklar i systemet. Den fasta fasens koncentration är konstant i bärarfluiden under processen liksom massflödet av fasta partiklar i utflödet qo. När den sista partikeln från bädden av fasta partiklar har fluidiserats förbrukas bärarfluidens energi ej längre till att bringa partiklar till fluidiserat tillstånd. Massflödeshastigheten ökar momentant och upphör sedan till följd av den primära aerosolens minskning i koncentration av fasta partiklar.

Med andra ord kan detta uttryckas som att den energi hos en bärarfluid som är tillgänglig för begränsad fluidisering varierar i ett givet system. Den totala energin hos en bärarfluid bestäms av inloppstrycket och ändras ej under processen för begränsad fluidisering om inloppstrycket är konstant. Fördelningen av bärarfluidens totala energi ändras under processen, vilket innebär att om mer energi förbrukas för fluidiseringen är mindre energi tillgänglig för transport av bärarfluiden och redan fluidiserade partiklar ut ur systemet. Detta kan beskrivas genom sambandet Total Energi = Energi för begränsad fluidisering-l- Energi för transport.

Ovan beskrivna system kan anses vara analogt med ett system av vätska och ånga i ett slutet kärl. Ångans partialtryck ovanför vätskefasen i ett slutet system är en funktion av enbart temperaturen. Om gasfasens koncentration (partialtryck) på något sätt minskas, kommer molekylerna från vätskefasens ovansida att lämna vätskefasen och hålla partialtrycket konstant om temperaturen är konstant.

Genom variation av den totala energins fördelning, hos en bärarfluid t.ex. genom variation av flödeshastigheten på olika sätt, inkluderande val av utströniriingsrnuristycken av olika storlek och form och olika munstycksavstånd till bädden, är det möjligt att utforma aerosolgene- ratorer för olika ändamål.

Vid ett försök med ovan beskrivna laboratoriarrangemang laddades en areoslogenerator enligt FIG. 3 med 0,24 kg pulverformig A120, Vid ett lufiflöde in i kärlet 10 som något översteg ca 5-10* m3/ s (30 l/min) genom fyra inloppsrör med en innerdiarneter om 3 mm tömdes behållaren på 100 min vilket motsvarar ett partikelmassflöde qs om drygt 333410* kg/s (2 g/min).

Vid processens början utbildas den konkava yta (jämför FIG. 3B) hos bädden B som åstadkom- 10 15 20 25 30 '0507 132 5 mer minimalt motstånd mot fluidflödet. Under denna period, som aldrig överskred 5 min (typiskt ca 2,5 min) ökar masshastigheten signifikant (jämför FIG. 4). Detta är emellertid en extremt kort tidsperiod jämfört med konventionella areosolgeneratorer vilkas kalibreringsperiod kan uppgå till en timme. Massflödet förblev konstant även när kärlets 10 botten exponerades (FIG. 3C) eftersom bärarfluidens flöde därvid reflekteras vid den släta glasytan och avlänkas mot den kvarvarande fasta bädden som är huvudabsorbenten av den fiån bärarfluiden tillgängliga energin.

Vid processens avslutning ökade partikelmassflödet under ca 0,5 min och avstannade snabbt med en återstod av ca 3 % av det ursprungliga materialet i kärlet. Återstoden bestod av partiklar med mycket låg fluidiseringsförrnåga, dvs. agglomerat eller föroreningar. Det begränsade fluidise- ringsförfarandet enligt föreliggande uppfinning löser sålunda även problemet med att undvika agglomerat i den utgående aerosolen genom att agglomeraten ej låter sig fluidiseras av bärarfluidens begränsade energi.

Den på begränsad fluidisering baserade beskrivna aerosolgeneratom uppvisade kalibreringstider inom 2 sekunder (tid som erfordrades för att uppnå 99 % av nominellt massflöde efier ändring av bärarfluidens flöde). Detta gör denna aerosolgenerator mycket enkel att reglera genom återförande reglering via avkänning medelst flödesavkännjng eller Vägning.

I FIG. 6 visas schematiskt en aerosolgenerator enligt uppfinníngen försedd med ett reglersystem anordnat att på ett relativt enkelt sätt styra aerosolens utgående flöde qo. I inneslutningen 10 är på motsvarande sätt som tidigare beskrivits i samband med FIG.3 anordnad en bädd B av partikelformigt material som medelst en bärarfluid skall fluidiseras till en aerosol A och borttransporteras till en ej visad användningspunkt, såsom en blandnings- eller törpackningsstation. Många andra tillämpningar är emellertid möjliga. Exempelvis kan en flödesreglerad anordning enligt uppfinníngen användas för att med hög noggrannhet dosera en i förväg bestämd mängd lufiburna partiklar in i ett ventilationssystem för att möjliggöra senare uppmätning av partikelkoncentrationen vid olika mätpunkter i systemet och därmed erhålla information om flödet genom systemet för utvärdering av systemets effektivitet.

I utföringsexemplet enligt FIG. 6 matas bärarfluiden, t.ex. lufi, in i inneslutningen 10 medelst en kompressor 14 med variabelt reglerbart deplacement. Regleringen av bärarfluidens flöde kan emellertid även ske via andra kända, ej visade organ såsom en tryckbegränsningsventil.

Bärarfluiden inmatas på tidigare beskrivet sätt med flödet qi via ett flertal inloppsöppningar i inneslutningen 10 och kommer i kontakt med bädden B, där bärarfluidens nedåtriktade flöde reflekteras vid den fasta bäddens B yta och fluidiserar partiklar vid denna yta, vilka medbringas 10 15 5 0 7 'F32 6 av det reflekterade flödet och bildar den fluidiserade delen av en delvis fluidiserad bädd eller bildar en areosol A ovanför bädden. Aerosolen A utmatas genom utloppsledníngen l8 för vidaretrarisporten till nämnda användningspunkt.

I utloppsledningen 18 är anordnad en sensor 20 för för avkänning av utflödet qo. Fastän för arman önskad reglering av utflödet sensorn 20 kan vara varje typ av flödessensor, är i det visade exemplet sensorn 20 en optisk reflektionssensor som kontinuerligt avger en signal a i beroende av andel återkastat ljus fiån partiklarna i aerosolflödet. Signalen a är i detta fall sålunda ett mått på den mängd partiklar som vid varje tidpunkt passerar en sektion av ledningen 18.

Signalen a jämförs därefier med ett i förväg inställt bör- eller referensvärde r i en komparator 22 för bildande av ett differensvärde däremellan. Differensvärdet inmatas därefter i en lärnplig omvandlare eller förstärkare 24, såsom en PID-regulator, fiån vilken avges en signal för omställning av kompressorns 14 deplacement. Härigenom kan sålunda massutflödet av fasta partiklar från den delvis fluidiserade bädden AB på ett regleringstekniskt enkelt sätt noggrant styras enbart genom variation av bärarfluidens inflöde qi.

Många modiñkationer av uppfinningen inom ramen för efterföljande patentkrav inses omedelbart av en fackman på området. Exempelvis kan det fluidíserande fluidflödet alternativt åstadkommas av en fläkt anordnad inuti inneslutningen.

Claims (10)

10 15 20 25 30 :A507 132 7 Patentkrav

1. Sätt att alstra en aerosol från en fluidiserbar bädd i en innesluming, kännetecknat av att ett fluidflöde (qi) riktas nedåt mot en ovansida (LT) av bädden i inneslumingen så att en del av bädden vid ovansidan fluidiseras och bildar aerosolen (A) i inneslutningen ovanför en återstående del (B) av bädden.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n at av att fluidflödet (qi) bringas utifrån inströmma i inneslutningen och att ett aerosolflöde (qo) av aerosolen (A) bringas utströmma ut ur inneslutningen-i beroende det utifrån inströmmande fluidflödet (qi).

3. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e e k n a t av att aerosolflödet (qo) varieras genom variation av storlek, form och läge hos ett inloppsmunstycke för fluidflödet (qi).

4. Sätt enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t av att aerosolflödet (qo) varieras regleringstekniskt genom variation av fluidflödet (qi) på basis av en avkänning av aerosolflödet (qo).

5. Sättenligt något av någotavkrav 2-4, känne te cknat av att aerosolflödet (qo) varieras regleringstekniskt genom variation av fluidflödet (qi) på basis av en avkänning av aerosolflödets (qo) koncentration av material från bädden (B).

6. Anordning for genomförande av sättet enligt krav 1, innefattande en inneslutning (10) med en fluidiserbar bädd (B) och organ för att alstra ett fluidiserande fluidflöde i inneslutningen, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda organ är anordnade att rikta fluidflödet ovanifrån mot en ovansida (LT) av bädden (B) for att delvis fluidisera denna vid ovansidan (LIF

7. Anordningenligtkravó, kännetecknad av attnämndaorganför att alstra ett fluidflöde i- inneslumingen (10) innefattar en källa (14) med trycksatt fluid med åtminstone ett inlopp (16) i inneslumingen och att inneslutningen (10) uppvisar ånninstone ett utlopp (18) for ett aerosolflöde med av den trycksatta fluiden fluidiserat material från bädden (B).

8. Anordning enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av ett reglersystem innefattande en flödessensor (20) anordnad att avkänna ett faktiskt aerosolflöde (qo) vid utloppet och avge signaler till reglerorgan (14,22,24) som i beroende av det faktiska aerosolflödet reglerar fluidflödet (qi) fór erhållande av ett inställt aerosolflöde vid utloppet. 5 Û 7 T??>'2 s

9. Anordning enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av att flödessensorn (20) en optisk massflödessensor.

10. Anordning enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att massflödessensom är en partikelsensor.