NO142572B - Apparat for etablering av et fluidisert lag - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et apparat for etablering

av et fluidisert lag, omfattende en membran som separerer et overtrykkskammer hvortil fluidiserende gass-strøm tilføres,

fra en beholder for det fluidiserte lag, og det særegne ved apparatet i henhold til oppfinnelsen er at membranen omfatter en perforert stiv del som understøtter et flertall lag av papir med en lav permeabilitet for gass-strømmen slik at trykkfallet i den fluidiserende gass-strøm over membranen er minst 60% av det trykk hvormed den fluidiserende gass tilføres til overtrykkskammeret.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen fremgår av patentkravene.

Det er tidligere foreslått en fremgangsmåte for termisk behandling av glass hvori det varme glass neddykkes i et fluidisert lag av partikkelformet material. Fluidiseringen av det partikkelformede material gjennomføres inne i en tank ved å føre fluidiserende gass gjennon en porøs membran som danner bunnen av tanken. Før neddykkingen av glasset befinner det fluidiserte lag seg i en rolig, jevnt ekspandert tilstand av partikkel-fluidisering.

Det fluidiserte lag av partikkelformet material i en rolig, jevnt ekspandert tilstand av partikkel-fluidisering kan defineres på basis av gass-strømmen gjennom laget og den ekspanderte høyde av laget. Den rolige, jevnt ekspanderte tilstand av partikkel-fluidiseringen er funnet å eksistere mellom en nedre grense for gass-hastigheten ved begynnendé fluidisering, d.v.s. den hastighet hvor partiklene akkurat blir suspendert i den jevnt fordelte oppoverstrømmende gass, og en øvre grense for gass-hastigheten hvor maksimal ekspansjon av laget inntreffer og oversiden av laget fremdeles er rolig og uforstyrret av bobling. En gass-hastighet høyere enn den som bevirker maksimal ekspansjon av laget resulterer i utviklingen av for kraftig bobling i laget,

og når slik bobling tar til, kan det inntreffe en delvis reduksjon av laghøyden.

Slik termisk behandling er spesielt anvendelig for termisk herding av plane eller krumme glassplater som f.eks. dem som anvendes enkeltvis som bil-frontglass, sidelys eller baklys, eller som deler av laminerte bil-frontglass, eller for bruk ved oppbygging av frontglass-sammensetninger for fly og lokomotiver, men det har vist seg at når en varm glassplate neddykkes i et fritt boblende lag av partikkelformet material for herding av glassplaten ved avkjøling, opptrer det på grunn av boblingen spenninger i glasset som øker faren for spenningsbrudd i produk-tene, idet det problem som påtreffes når man prøver å drive et slikt fritt boblende fluidisert lag for termisk herding av glassplater er den hyppige opptreden av brudd på glassplatene som forekommer under deres behandling i det fluidiserte lag. Et fritt boblende lag er også funnet å deformere formen av glassplatene på grunn av de irregulære krefter som glassplatene ut-settes for i et fritt boblende bad.

Ved å anvende et fluidisert lag av partikkelformet material som er i en rolig, jevnt ekspandert tilstand for partikkelfluidise-ringen oppnås et godt kommersielt utbytte av hele glassplater, idet der er meget få brudd på glassplatene mens herde-spenningene utvikles i glassplatene. Det er også funnet at bruken av et slikt fluidisert lag har meget liten innvirkning på formen av glassplatene.

For å opprettholde en stabil drift av et fluidisert lag i den roligejjevnt ekspanderte tilstand av partikkelfluidisering er der et smalt område for hastighetene av fluidiserende gass, mellom den nedre grense for gass-hastighet ved begynnende fluidisering og den øvre grense for gass-hastigheten hvor laget har en maksimal ekspansjon. For gasshastigheter over den øvre grense er der en alminnelig bobling av laget. Innenfor disse hastighetsgrenser for fluidisering i en rolig, jevnt ekspandert tilstand for partikkelfluidisering er det funnet vanskelig å unngå opptreden av lokalisert bobling i laget, som i noen til-feller kan fremme alminnelig bobling i laget. En annen form for ustabilitet som oppstår er dannelsen av irregulære material-strømmer i laget. Begge disse effekter er vanskelige å under-trykke når de en gang er begynt. Slike ustabiliteter har

spesielt tendens til å oppstå i dype, f.eks. 1 m dype fluidiserte lag som kreves fpr behandling av store glassplater, f.eks. for passende størrelser av bil-frontglass.

Den foreliggende oppfinnelse er basert på den erkjennelse at stabil drift av et fluidisert lag i en rolig,jevnt ekspandert tilstand for partikkelfluidisering kan oppnås ved passende valg av membran med passende permeabilitet til å skape et trykkfall på minst 60% over membranen regnet på basis av det trykk som strøm-men av fluidiserende gass tilføres med.

Den spesielle membran som anvendes i apparatet i henhold til oppfinnelsen, muliggjør oppnåelse^ av disse trekk.

Det høye trykkfall kan fordelaktig være 85% av det trykk som den fluidiserende gass tilføres med under membranen.

Det fluidiserte lag kan videre fordelaktig "bestå av partikkelformet material med partikkeldensitet på minst 1,0 g/cm^ og kan være minst 60 cm dypt.

Membranen kan fordelaktig omfatte et beskyttende dekklag anbragt på toppen av papirlagene, og det beskyttende lag kan bestå av metalltrådnetting.

På grunn av at porene i papiret er meget fine og papiret har

en lav og jevn permeabilitet, opptrer et høyt trykkfall over membranen. Det antas at dette er en faktor som bidrar til stabil drift av det fluidiserte lag i den rolige, jevnt ekspanderte tilstand av partikkelfluidisering.

På grunn av det høye trykkfall over membranen vil papirlagene ofte ha tendens til å bule seg oppover ved midten av membranen. Dette kan føre til ustabilitet ved driften av det fluidiserte lag. Slik deformasjon forhindres fordelaktig ved å anbringe avstivende innretninger i kontakt med oversiden av membranen og som frembyr minimal hindring overfor strømmen av fluidiserende gass gjennom membranen. Ved en foretrukket utførelsesform omfatter de avstivende innretninger tynne platedeler som strekker seg

på kant tvers over oversiden av membranen.

I drift inneholder apparatet et fluidisert lag av partikkelformet material med partikkeldensitet fordelaktig minst 1.0 g/cm^ i en rolig, jevnt ekspandert tilstand av partikkel-fluidisering og med tilstrekkelig dybde på for eksempel minst 60 cm for neddykking deri av et varmt bilfrontglass for herding.

For at oppfinnelsen skal forstås lettere skal en foretrukket

og eksempelvis utførelsesform derav beskrives med henvisning til de vedføyde tegninger hvori: Fig. 1 viser skjematisk et loddrett snitt gjennom et fluidisert lag-apparat omfattende en membran med høyt trykkfall i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 2 er et planriss av apparatet vist i fig. 1 og

Fig. 3 er en detalj av en del av fig. 1 vist i snitt.

Med henvisning til tegningene omfatter det deri viste fluidiserte lag-apparat en rektangulær tank 1 som er en beholder for et fluidisert lag. En mikroporøs membran 2, som er beskrevet mer detaljert med henvisning til fig. 3» strekker seg over bunnen av tanken 1. Kantene av membranen 2 er festet mellom en flens 3 på tanken 1 og en flens h på et overtrykkskammer 5 som danner bunnen av tanken 1. Flensene 35^ og kantene av membranen 2 er skrudd sammen ved hjelp av skruer 6. Membranen 2 separerer således overtrykkskammeret 5 fra beholderen for det fluidiserte lag. En gassinnløpskanal 7 er forbundet til overtrykkskammeret 5 og fluidiserende luft tilføres iedningen 7 med et regulert trykk.

Den mikroporøse membran 2 er mer detaljert vist i fig. 3

og omfatter en stålplate 8 med en regelmessig fordeling av huller 9- Kantene av platen 8 er gjennomboret for å tilveie-bringe huller for skruene 6. En pakning 10 befinner seg mellom undersiden av kantene av platen 8 og flensen k på overtrykkskammeret 5-

Et antall lag av sterkt mikroporøst papir er lagt på platen 8. Membranen 2 omfatter en beskyttende vevet metalltrådnetting 12 lagt på toppen av lagene av papir 11. En øvre pakning 13 er lagt inn mellom kantene av trådnettingen 12 og en avstandskrave 1^ anordnet mellom membranen 2 og flensen 3 på tanken 1. Avstivende innretninger i form av tynne stålplater 15 er i kontakt med oversiden av membranen og frembyr minimal hindring for strømmen av fluidiserende gass gjennom membranen. Platene 15 strekker seg over bunnen av tanken 1 og er sveiset ved deres ender til kraven 1*+. Platene 15 strekker seg på kant tvers over oversiden av membranen og er i kantkontakt med oversiden av membranen 2. Ved en foretrukket utførelsesform er platene 15 5»0 cm dype og 0,6 cm tykke.

Ved drift av apparatet vist i fig. 1 og 2 fluidiseres partikkelformet material 16 i tanken 1 ved å tilføre fluidiserende luft med et regulert trykk i overtrykkskammeret 5 gjennom innløps-kanalen 7. Membranen 2 er konstruert slik at den fluidiserende luft strømmer jevnt inn i det fluidiserte lag over hele bunnen av laget for å holde laget i en rolig jevnt ekspandert tilstand med partikkel-fluidisering.

Det partikkelformede material 16 som utgjør det fluidiserte lag, er et inert ildfast material som f.eks. §f-aluminiumoksyd med partikkelstørrelse i området 20 mikrometer til 160 mikrometer, med midlere partikkelstørrelse 6*+ mikrometer. Andre partikkelformede materialer, som kan brukes,vil være kjent for fagmannen.

Laget bør være minst 60 cm dypt. F.eks. er størrelsen av tanken 1 som rommer det fluidiserte lag 38 cm x 215 cm med 100 cm dybde.

Membranen 2 var dannet av 15 lag av papir 11 idet hvert lag

av papir 11 hadde tykkelse 0,23 mm og hadde en luft-permeabilitet ved normal temperatur på ^,6 l/sek./m ved et utøvet trykk på 1,0 kN/m<2>.

Den fluidiserende luft ble ført inn i overtrykkskammeret 5 med et trykk på 2h kN/m . Det resulterende trykkfall gjennom membranen 2 var 15 kN/m og trykkfallét over dybden av det fluidiserte lag var 9 kN/m . Trykkfallet over membranen 2 var 60%

av trykket for tilførselsluften i overtrykkskammeret Den fluidiserte lagoverflate var nær toppen av tanken.

Det høye trykkfall som forekommer over membranen 2 gir en jevn fordeling av fluidiserende gass som strømmer oppover fra oversiden av membranen 2 i tanken 1 slik at det partikkelformede material 16 holdes i en rolig, jevnt ekspandert tilstand for partikkel-fluidisering. Ved styring av overtrykket i overtrykkskammeret 5 oppnås følsom regulering av hastigheten for oppover-strømningen av gassen gjennom det partikkelformede material.

Det partikkelformede material holdes i den rolige, jevnt ekspanderte tilstand med partikkelfluidisering ved styring av overtrykket slik at gasshastigheten gjennom laget ligger mellom den hastighet som tilsvarer begynnende fluidisering og den hastighet som tilsvarer maksimum ekspansjon av laget hvor rolig fluidisert tilstand ennå opprettholdes.

Området for fluidiserende gasshastigheter hvor en slik fluidiserende tilstand oppnås er smalt, og eventuell ujevnhet for takten av den fluidiserende strøm av gass inn i det partikkelformede material kan føre til lokalisert bobling i laget i om-råder hvor den fluidiserende gasshastighet kan overstige den øvre grense for området. Slik lokalisert bobling kan medføre alminnelig bobling i laget.

Også en hvilken som helst ujevnhet i gass-strømmen kan medføre tilfeldige strømmer av partikkelformet material i laget.

Disse former for ustabilitet som hittil er observert kan medføre vanskeligheter ved herding av glassplater ved neddykking av de varme glassplater i det fluidiserte lag. Brudd på glassplatene kan bevirkes eller u-aksepterbare endringer i formen kån oppstå i glassplatene.

Konstruksjonen av membranen 2, som vist i fig. 3» er slik at selv om der kan være lokale variasjoner i porøsiteten av de individuelle lag av papir 11 som utgjør membranen, blir disse variasjoner utlignet på grunn av at membranen omfatter et flertall av papirlag. Følgen av det høye trykkfall som fore-ligger over membranen og den gjennomsnittlige jevne fine porøsi-tet av membranen er at det er en meget jevn fordeling av luft-hastigheten gjennom oversiden av membranen. Dette resulterer i at det partikkelformede material holdes i en stabil rolig, jevnt ekspandert tilstand med partikkel-fluidisering mellom tilstanden for begynnende fluidisering og tilstanden for maksimal ekspansjon av laget tilsvarende begynnende bobling i laget.

Den høye motstand mot luftstrømmen for membranen 2 nedsetter virkningen av eventuelle forbigående endringer som kan forekomme i trykket av luften ført inn i overtrykkskammeret 5 til et mini-mum. Slike endringer kunne ellers føre til endringer i hastigheten av fluidiserende luft som kommer ut gjennom membranen 2 inn i det fluidiserte lag og kunne gi anledning til ustabiliteter ved driften av laget.

For sammenligning er et fluidisert lag med tilsvarende størrelse og med det samme partikkelformede material drevet under anvendelse av en membran med et lavt trykkfall omfattende et enkelt ark av porøst plastmaterial. Dette membranmaterial hadde en mye større permeabilitet for luftstrømmen enn den tilsvarende permeabilitet som ble anvendt i det fluidiserte lag-apparat anvendt ved den foreliggende oppfinnelse. Tilførsels-lufttrykket nødvendig for å etablere fluidisering av lagmaterialet i en rolig., jevnt ekspandert tilstand for partikkel-f luidisering var 10 kN/m , og det resulterende trykkfall over dybden av det fluidiserte lag var 9 kN/m o. Trykkfallet gjennom membranen var således bare 1 kN/m p som er bare 10% av tilførselsluftens trykk. Dette lag ble funnet å være meget ustabilt under drift. Ustabiliteter antok formen av lokal bobling, og etablering av tilfeldige materialstrømmer i laget som ikke kunne undertrykkes ved redusering av tilførsels-lufttrykket. Når slike ustabiliteter forekom var det nødvendig å avstenge tilførselen av fluidiserende luft til laget slik at laget fikk falle sammen og der-etter måtte laget fluidiseres på nytt. Det ble imidlertid funnet at ustabiliteter oppsto på nytt kort etter fluidiseringen av laget.

Det er funnet at jo høyere det trykkfall er som etableres over membranen 2, desto bedre er stabiliteten av fluidiseringen av det partikkelformede material, opp til en grense hvor der ikke lenger skjer noen forbedring i stabiliteten. En membran ble anvendt omfattende tyve lag av 0,05 mm tykt papir med en luft-permeabilitet på 0,25 l/sek/m2 - ved normaltrykk 0,1 kN/m 2. For fluidisering av^-aluminium-oksydmaterialet nevnt ovenfor til en dybde av 100 cm var det nødvendig med et tilførsels-lufttrykk på 52 kN/m2.

Det resulterende trykkfall over dybden av det fluidiserte lag var på o nytt 9 kN/m 2 og trykkfallet gjennom membranen <>>+3 kN/m 2. I dette tilfelle var trykkfallet gjennom membranen 85% av til-førsels-lufttrykket. Membranen kan konstrueres slik at der er et ennå høyere trykkfall enn 85%, idet den eneste begrensning for prosentvist trykkfall er den begrensning som settes av mot-standen for membranen mot deformasjon som skyldes trykket i overtrykkskammeret.

Det er også funnet at når prosentvist trykkfall over membranen økes, vil også den øvre grense for gasshastigheten hvor maksimal ekspansjon av laget opptrer før bobling begynner, også øke opptil en grense. Oppfinnelsen tilveiebringer et forbedret område for gasshastigheter som laget kan drives med under etablering av den rolige jevnt, ekspanderte tilstand for partikkelfluidisering. Dette øker også stabiliteten for driften av laget. —' Noen eksempler på gjennomføringen er gitt i det følgende.

Det ble anvendt to typer av papir ved oppbygging av membranen, nemlig:

Papir A

Ved å arbeide med -aluminiumoksyd med partikkeldensitet

2,2 g/cm , partikkelstørrelsesområde 20 mikrometer til 160 mikrometer, og midlere partikkelstørrelse 6h mikrometer ble tre forsøk gjennomført på følgende måte:

Lignende eksperimenter med porøst pulverisert aluminosilikat-material, idet hver partikkel inneholdt 13%vekt aluminiumoksyd og 86% silisiumoksyd, med partikkelstørrelse opp til 150 mikrometer midlere partikkelstørrelse 60 mikrometer og partikkeldensitet 1,22 g/cm^ ga følgende resultater.

. Ytterligere eksperimenter ble gjennomført med ikke-porøst Jf -aluminiumoksyd med midlere partikkelstørrelse 29 mikrometer og partikkeldensitet 3}97 g/cm^. Resultatene var som følger.

Det ble funnet at prosentvist trykkfall over membranen har for-bindelse med de herdespenninger som injiseres i den glassplate som bråkjøles i det fluidiserte lag. Jo høyere trykkfallet opptil tillatt grense er, desto nærmere kommer tilstanden for laget til en tilstand med maksimal ekspansjon hvor den rolige tilstand med fluidisering ennå opprettholdes. Ved maksimal ekspansjon har laget lav viskositet slik at de varme glassplater lett kan gå inn i laget med minimal virkning på den krumme eller plane form av platen. Jo nærmere laget kommer tilstanden for maksimal ekspansjon, desto høyere er den sentrale strekk-spenning i glasset som illustrert ved den følgende taball IV som gir resultatene av forsøk under anvendelse av det samme -aluminiumoksydmateriar som ble anvendt ved utførelse av forsøkene for tabell I. Jplater av glass 3 mm tykke ble opp-varmet til 660°C og senket ned i laget som var 60 cm dypt og hadde omgivelsenes temperatur eller noe over denne. Vanligvis vil trykkfall på minst 60% over membranen 2 gjøre termisk behandling av glassgjenstander mulig, spesielt herding av glassplater for bilfrontglass, i et fluidisert lag minst 60 cm dypt, f.eks. dybde i området 60 cm til 150 cm, av partik-kelf ormet material med en partikkeldensitet på minst 1,0 g/crn^, f.eks. i området 1,0 g/cnr* til ^,0 g/cm/^idet laget befinner seg i en rolig, jevnt ekspandert tilstand med partikkelfluidisering.

Claims (3)

1. Apparat for etablering av et fluidisert lag, omfattende en membran som separerer et overtrykkskammer hvortil fluidiserende gass-strøm tilføres, fr-a en beholder for det fluidiserte lag, karakterisert ved at membranen (2) omfatter en perforert stiv del (8) som understøtter et flertall lag (11) av papir med en lav permeabilitet for gass-strømmen slik at trykkfallet i den fluidiserende gass-strøm over membranen (2) er minst 60% av det trykk hvormed den fluidiserehde^gass tilføres til overtrykkskammeret (5)# o

2. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved avstivende innretninger (15) 1 kontakt med oversiden av membranen (2) og som frembyr minimal hindring overfor strømmen av fluidiserende gass gjennom membranen (2).

3. Apparat som angitt i krav 2, karakterisert ved at de avstivende innretninger omfatter tynne platedeler (15) som strekker seg på kant tvers over oversiden av membranen (2).