一种磁流化床装置及使用该装置的控制方法和试验方法

一种磁流化床装置及使用该装置的控制方法和试验方法
【专利摘要】本发明公开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。本发明采用了磁流化床装置产生磁场同时充分利用其热能的控制方法，减少了能耗，提高了安全性及实现了自动控制。
【专利说明】一种磁流化床装置及使用该装置的控制方法和试验方法

【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于化学、生物工程的磁流化装置，尤其涉及一种利用电磁线圈产生磁场的磁流化装置。

【背景技术】
[0002]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——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。
[0003]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】

[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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:
(I)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开启，使电磁线圈产生的磁场强度增大，温度减小;
温度偏差值为负偏差值，磁场强度偏差值为正偏差值，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一个正极性，一个负极性，正极性输出端输出电压大于负极性输出端输出电压，二对输出端输出电压值的差值绝对值与磁场强度偏差值成反比例，控制对应冷却电控阀门关闭，使电磁线圈产生的磁场强度减小，温度增大；
(5)按设定的测控间隔时间延时；
(6)判别当前测控是否为最后一组电磁线圈:是，设当前测控第一组电磁线圈，转步骤
(2);否则，设当前测控下一组电磁线圈，转步骤(2)。
[0015]进一步地，在步骤(I)中所述控制器保存温度仪和对应流化状态仪检测值均设定上下限，在步骤(3)中所述控制器对检测值进行上下限判断超过时即采取声光报警、提示人工操作，直至切断装置电源应急措施。
[0016]进一步地，在步骤(I)中增加保存不同时间段不同的工艺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，在步骤(3)中所述控制器依据当前时间段获取所对应的各个电磁线圈产生的温度和磁场强度的值及允许偏差值。
[0017]进一步地，在步骤(3)中所述控制器依据当前和保存的前几次检测值求得偏差值，控制器从连续的几次检测值中可求得偏差值变化率和偏差值变化率的变化率，从而可判断出控制对象的变化趋势，提高控制品质。
[0018]在磁流化床装置制成和工艺过程要求参数确定后，为磁流化床装置提供产生满足工艺过程要求的磁场强度，是一个困难的问题，特别是在无法观察床体内部情况下，为此本发明提供了一种试验方法。磁稳定床床层随施加的磁场强度由高到低经历磁聚状、链状、散粒状三种膨胀状，膨胀高度由低到高，在链式状态下操作，颗粒排成链状，链与链之间的空隙比较均匀，不易形成沟流，液固接触好，同时磁稳定床在链式状态下操作时，床层对气泡的破碎作用比较明显，气泡经过床层时被破碎成许多小气泡，气液相际面积大大提高，有利于气液传质，通常选择链式状态作为操作状态，所述流化状态仪霍尔传感器装设在流化床体外链式状态时磁性流体的膨胀高度处，采用下述方法能表征和产生满足工艺过程要求磁场强度。
[0019]一种获得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，其具体步骤包括如下:
(1)所述控制器控制可控电源向电磁线圈输出最大电压值，采集保存流化状态仪霍尔传感器检测值并标定此值为霍尔传感器装设处无磁性流体的值，设定工艺过程要求流入流化床体流体的流速，将此流体流入流体进口 ；
(2)所述控制器控制可控电源向电磁线圈输出逐步降低的电压，每次降低的电压值为可控电源向电磁线圈输出最大电压值的十分之一，每次降低电压后，进行延时，优选延时时间为5秒；
(3)采集保存流化状态仪霍尔传感器检测值，求本次检测值与上次检测值的差值，直至差值大于零；此时所述控制器控制可控电源再次降低电压，降低的电压值与上次相同，延时5秒，采集流化状态仪霍尔传感器检测值，求得本次检测值与标定的无磁性流体检测值的和再除以2，其商值就可用于表征满足工艺过程要求的磁场强度，下称磁场强度表征值；
(4)所述控制器控制可控电源向电磁线圈输出逐步升高的电压，每次升高的电压值为可控电源可调最小步进量电压值，每次升高电压后，进行延时，优选延时时间为5秒，采集流化状态仪霍尔传感器检测值，直至检测值小于磁场强度表征值，此时所述控制器控制可控电源向电磁线圈输出其上次输出的电压值，此电压值就能使电磁线圈产生工艺过程要求的磁场强度。
[0020]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，在可控电源向电磁线圈输出电压值的步骤上，也可采用逐步提高电压值的方法。
[0021]有益效果:本发明提供的磁流化床装置用较高的污水上升流速使颗粒保持悬浮状态，同时颗粒周围较高的水流速度使去除物在液体和颗粒表面之间传质良好，附着其内表面上细菌生物膜比较稳定，不易受水力条件的影响而脱落，更不存在搅拌损伤生物膜问题，使污水的处理效率大大提高；极大地减少了装置体积。由于本实施例采用了磁流化床装置产生磁场同时充分利用其热能的控制方法，减少了能耗，提高了安全性及实现了自动控制。
[0022]本发明的提供的基于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，能够较为准备的提供磁流化床装置运行工艺参数，并且本发明还提供了在无法观察床体内部情况下提供了一种获得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。

【专利附图】

【附图说明】
[0023]图1为本发明装置实施例一的剖面结构及系统构成示意图。
[0024]图2为本发明装置实施例二的剖面结构及系统构成示意图。
[0025]图3为本发明装置可控电源电路示意图。
[0026]图4为本发明的磁场强度和温度同时满足工艺过程要求的控制方法示意程序框图。
[0027]图5为本发明的表征和产生满足工艺过程要求磁场强度的试验方法示意程序框图。
[0028]图中:1_流化床体；2-床料；3-流体进口；4-流体出口；5-电磁线圈；6_温度仪；7_流化状态仪；8_可控电源；9_控制器；10_保温层；11_冷却夹套；12_冷却介质进口 ；13-冷却介质出口 ； 14-冷却电控阀门；15_筛板；17-稳流器；18-排气口 ；20_回流阀门；21-进水阀门；22_床底阀门；23_排气阀门；24_回流管。

【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0030]实施例一:
如图1，本实施例为厌氧磁流化床硫自养生物反应装置，用于同时去除水中的硝酸盐和磷。装置包括:床体1、床料2、流体进口 3、流体出口 4、一组电磁线圈5、一个温度仪6、一个流化状态仪7、一个可控电源8、控制器9、保温层10、一个冷却夹套11、冷却介质出口 12、冷却介质出口 13、一个冷却电控阀门14、筛板15、稳流器17、排气口 18。
[0031]床体I由上封头、筒体、下封头组成；下封头下部装设流体进口 3，上封头装设流体出口 4和排气口 18，流体出口 4内装有过滤网，上封头、下封头用透明有机玻璃制作，筒体用铝材制作；筒体内下部装设筛板15，筒体内筛板15上面装有磁性颗粒床料2 ;稳流器17采用带485通讯接口的计量泵；筒体外由工艺过程或实验确定的磁性流体的膨胀高度处装设一个流化状态仪7的霍尔传感器，霍尔传感器接至一微控器，微控器对此传感器输入的信号变换为数字信号并多次采样取均值后通过485通讯接口送控制器9 ;筒体外中部装设一个与筒体外表面密贴导热良好温度仪6中的IC温度传感器，采用IC温度传感器有利于提高其抗电磁干扰性能，温度传感器接至一微控器，微控器对此传感器输入的信号变换为数字信号并多次采样取均值后通过485通讯接口送控制器9 ;可控电源8中有如图3所示的可控电路；可控电源8具有二对电源输出端，输出可变直流电压并且其中一对极性可变，可控电源8通过485通讯接口接受控制器9所发二路所需输出的电压及极性值；一组电磁线圈5套在床体I筒体上并与筒体外表面接触面导热良好，电磁线圈5由两个圈数相同并采用双线并绕方式绕制线圈组成，两线圈的始端与终端分别与可控电源8中一对电源输出端的正极及负极连通；冷却电控阀门14本实施例采用电磁阀，在控制要求高场合可用可调节流量的阀，一微控器通过无触点开关对其控制，微控器接485通讯接口接受控制器9发给冷却电控阀门14的控制信号；控制器9采用工业控制计算机，工业控制计算机通过485通讯接口与流化状态仪7、温度仪6、可控电源8、冷却电控阀门14及计量泵相互通讯，工业控制计算机预先装设了控制程序及控制所需数据，装有人工参数设置界面、测试界面、控制运行界面、非正常应急界面，然后按照如图4所述的磁场强度和温度同时满足工艺过程要求的控制方法进行操作。
[0032]本实施例采用的床料2为天然磁黄铁矿颗粒，可以使硫自养反硝化细菌呼吸硝酸根脱氮，另外该类细菌以天然磁黄铁矿为能源，天然磁黄铁矿的代谢产物用来除磷，实现生物脱氮与化学脱氮的自然耦合，床料2和自养反硝化细菌在电磁线圈5的磁场作用下呈流化状态，进行充分混合。处理后的水经装有过滤网从流体出口4流出。反硝化过程中产生的氮气由排气口 18排出通入一液封装置。
[0033]将粒径为0.1-2 mm的天然磁黄铁矿颗粒和经定向驯化的厌氧污泥混合，从排气口 18装入床体1，经过一段时间浸泡，发现天然磁黄铁矿颗粒表面有生物附着物产生，即可认为挂膜成功，可进入稳定负荷运行。此时工业控制计算机进入人工参数设置界面输入本实施例工艺过程要求温度值为摄氏3(Γ35度，输入电磁线圈5单个线圈的电阻值及依据绕制的导线线径确定的电磁线圈5最大电流值求得的最大电压值，输入依据待处理水污染状况、去除率及流化床状况等因素试验确定的待处理水流速，对计量泵设定此流速，待处理水通过计量泵以稳定的流速从流体进口3流入床体I ;工业控制计算机进入测试界面执行以如图5所示的磁场强度的试验方法编制的程序，如程序运行结束，未获得可用于表征满足工艺过程要求的磁场强度，即可控电源8向电磁线圈5输出的电压值为零，工业控制计算机报错，否则保持可控电源8向电磁线圈5输出的电压值，以磁场强度表征值作为磁场强度设定值，并转入控制运行界面执行以所述磁流化床装置产生的磁场强度和温度同时满足工艺过程要求的控制方法编制的程序，此时本实施裝置在工业控制计算机控制下能获得水处理工艺过程所需的磁场强度和温度，进行稳定负荷运行，处理达标水从流体出口 4处流出。由于流化状态仪7检测值表征的是实际磁场强度大小的相反数，即检测值越大实际磁场强度越小，检测值越小实际磁场强度越大，故在控制程序中定义设定值比检测值大为正偏差值，设定值比检测值小为负偏差值。在稳定负荷运行中，如温度仪6、流化状态仪7检测值出现超过设定的正常值等情况时，工业控制计算机自动进入非正常应急界面并进行声光报警和提示人工操作，直至切断装置电源等应急措施。
[0034]本实施例工艺过程要求温度值为摄氏1(Γ45度，待处理水温度值为摄氏15度左右，工艺过程要求温度值和待处理水温度值与通常室温相差不大，所需热量不大；冷却夹套11安装在电磁线圈5外圈，这样可使电磁线圈5直径变小，磁路也变小，磁场强度增大，电阻变小，产生的热量也变小，使电磁线圈5在满足磁场强度的情况下不产生过多的热量；为了使电磁线圈5产生的不多热量能得到充分利用，冷却夹套外表面装有保温层10 ;在夏季可能需在冷却夹套11通入待处理水作为冷却介质进行降温，这样降温几乎不消耗能源。
[0035]本实施例充分利用磁流化床技术的优势，采用较高的污水上升流速使颗粒保持悬浮状态，同时颗粒周围较高的水流速度使去除物在液体和颗粒表面之间传质良好，附着其内表面上细菌生物膜比较稳定，不易受水力条件的影响而脱落，更不存在搅拌损伤生物膜问题，使污水的处理效率大大提高；极大地减少了装置体积。由于本实施例采用了磁流化床装置产生磁场同时充分利用其热能的控制方法，减少了能耗，提高了安全性及实现了自动控制。
[0036]实施例二:
如图2，本实施例为利用磁流化床作为化学混合反应装置，用于处理硝基苯类污水。装置包括:床体1、床料2、流体进口 3、流体出口 4、三组电磁线圈5、一个温度仪6、一个流化状态仪7、三个可控电源8、控制器9、保温层10、筛板15、稳流器17、排气口 18、回流阀门20、进水阀门21、床底阀门22、排气阀门23、回流管24。
[0037]床体I由上封头、筒体、下封头组成；上封头装设流体出口 4和排气口 18，排气口18接有排气阀门23进口，下封头下部装设流体进口 3，流体进口 3接有三通甲，三通甲的另外两个接头分别连接床底阀门22进口和稳流器17的出口，稳流器17的进口接有另一个三通乙，三通乙的另外两个接头分别连接进水阀门21出口和回流阀门20出口，回流阀门20进口经回流管24与流体出口 4相通；上封头、下封头选用低导热系数材料制作，筒体选用高导热系数材料制作，所有管道、接头选用低导热系数材料制成品；筒体内下部装设筛板15，筒体内筛板15上面装有磁性颗粒床料2 ;稳流器17采用带485通讯接口的计量泵；筒体外由工艺过程或实验确定的磁性流体的膨胀高度处装设一个流化状态仪7的霍尔传感器，霍尔传感器接至一微控器，微控器对此传感器输入的信号变换为数字信号并多次采样取均值后通过485通讯接口送控制器9 ;筒体外中部装设一个与筒体外表面密贴导热良好温度仪6中的IC温度传感器,温度传感器接至一微控器,微控器对此传感器输入的信号变换为数字信号并多次采样取均值后通过485通讯接口送控制器9 ;三个可控电源8相同都具有二对电源输出端，输出可变直流电压并且其中一对极性可变，三个可控电源8都通过485通讯接口接受控制器9所发二路所需输出的电压及极性值，三组电磁线圈5绕相一致套在床体I筒体上并与筒体外表面接触面导热良好，三组电磁线圈之间及与筒体的距离依工艺要求试验确定。一组电磁线圈5由两个圈数相同并采用双线并绕方式绕制线圈组成，两线圈的始端与终端分别与一个可控电源8中一对电源输出端的正极及负极连通；控制器9采用PLC，PLC通过485通讯接口与流化状态仪7、温度仪6、三个可控电源8及计量泵相互通讯，PLC四个输出端口分别连接控制回流阀门20、进水阀门21、床底阀门22、排气阀门23。
[0038]本实施例污水处理的运行方式是序批式。预先对PLC设定温度值为摄氏27飞O度、电磁线圈5单个线圈的电阻值及依据绕制的导线线径确定的电磁线圈5最大电流值求得的最大电压值、工艺过程要求流速、充满床体I及回流管24的容积数、水力停留时间、水流流出时间。PLC控制其运行流程为:关闭回流阀门20、床底阀门22，开启排气阀门23，将粒径为0.05?2mm的天然磁黄铁矿颗粒从排气口 18装入床体1，开启进水阀门21和计量泵，对计量泵设定工艺过程要求流速和充满床体I及回流管24的容积数，污水通过进水阀门21和计量泵以设定工艺过程要求的稳定流速从流体进口 3进入床体1，计量泵计量流入污水己能充满床体I及回流管24时，计量泵送信号给PLC，PLC关闭进水阀门21、排气阀门23，开启回流阀门20，PLC执行以所述磁场强度的试验方法编制的程序，如程序运行结束，未获得可用于表征满足工艺过程要求的磁场强度，即可控电源8向电磁线圈5输出的电压值为零，PLC报错，否则保持可控电源8向电磁线圈5输出的电压值，以磁场强度表征值作为磁场强度设定值，并转入执行以所述磁流化床装置产生的磁场强度和温度同时满足工艺过程要求的控制方法编制的程序，由于流化状态仪7检测值表征的是实际磁场强度大小的相反数，即检测值越大实际磁场强度越小，检测值越小实际磁场强度越大，故在控制程序中定义设定值比检测值大为正偏差值，设定值比检测值小为负偏差值，此时污水在合适的磁场强度和温度下以较高的水流速度与天然磁黄铁矿颗粒混合反应，并经回流管24连续循环进行混合反应，直至到达设定的水力停留时间，PLC控制计量泵处于开启状态不再对水流加速，开启床底阀门22、排气阀门23，处理达标水从床底阀门22处流出，到达设定的水流流出时间后，PLC控制关闭床底阀门22，这样就完成了一次水处理流程。在水处理运行过程中，如温度仪6、流化状态仪7检测值出现超过设定的正常值等情况时PLC进行声光报警和提示人工操作，直至切断装置电源等应急措施。
[0039]本实施例工艺过程要求温度值为摄氏27飞O度，待处理水温为室温，正常情况下温度不可能超上限，故无需加装冷却夹套11。
[0040]本实施例采用三组电磁线圈，是因加工一组大电磁线圈不方便的原故。本实施例对温度控制的要求不高，故在运行中三个可控电源输出的是相同的电压值。在温度控制要求高的场合，可采用多组电磁线圈，各自接不同的可控电源，对各电磁线圈所在区域装设各自的温度仪的方案，从而获得高的温度场一致性或不同区域具有不同的温度。
[0041]本实施例相比较采用立式旋转转盘的中国专利申请号201210558731.9的公开方案，就节能来讲至少具有三方面节能效果:首先利用磁流化床技术的优势，采用较高的污水上升流速使颗粒保持悬浮状态，同时颗粒周围较高的水流速度使去除物在液体和颗粒表面之间传质良好，使污水的处理效率大大提高，减少了水力停留时间；其二采用了本发明的磁流化床装置产生磁场同时充分利用其热能的控制方法，无需耗用加热能源；其三磁流化床所需能耗比立式旋转转盘小；因而采用本发明方案可极大地减少能耗。
[0042]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种磁流化床装置，其特征在于: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。
2.根据权利要求1所述的磁流化床装置，其特征在于:所述电磁线圈外设有一保温层。
3.根据权利要求2所述的磁流化床装置，其特征在于: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。
4.根据权利要求2所述的磁流化床装置，其特征在于: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。
5.根据权利要求1所述的磁流化床装置，其特征在于:所述流化状态仪包括状态传感器和与状态传感器相连的信号变送器，所述状态传感器为霍尔传感器。
6.根据权利要求1所述的磁流化床装置，其特征在于: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。
7.根据权利要求3或者4所述的磁流化床装置，其特征在于:所述一组电磁线圈由两个圈数相同并采用双线并绕方式绕制线圈组成，两线圈的始端与终端分别与一个可控电源中一对电源输出端的正极及负极连通。
8.—种能够根据权利要求f 7任一项所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，其特征在于: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开启，使电磁线圈产生的磁场强度增大，温度减小; 温度偏差值为负偏差值，磁场强度偏差值为正偏差值，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一个正极性，一个负极性，正极性输出端输出电压大于负极性输出端输出电压，二对输出端输出电压值的差值绝对值与磁场强度偏差值成反比例，控制对应冷却电控阀门关闭，使电磁线圈产生的磁场强度减小，温度增大； (5)按设定的测控间隔时间延时； (6)判别当前测控是否为最后一组电磁线圈:若是，设当前测控第一组电磁线圈，转步骤(2);否则，设当前测控下一组电磁线圈，转步骤(2)。
9.根据权利要求8所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，其特征在于:在步骤(I)中所述控制器保存温度仪和对应流化状态仪检测值均设定上下限，在步骤(3)中所述控制器对检测值进行上下限判断超过时即采取声光报警、提示人工操作，直至切断装置电源应急措施。
10.根据权利要求9所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，其特征在于:在步骤(I)中增加保存不同时间段不同的工艺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，在步骤(3)中所述控制器依据当前时间段获取所对应的各个电磁线圈产生的温度和磁场强度的值及允许偏差值。
11.一种获得根据权利要求1飞中任一项所述的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，其特征在于:其具体步骤包括如下: (1)所述控制器控制可控电源向电磁线圈输出最大电压值，采集保存流化状态仪霍尔传感器检测值并标定此值为霍尔传感器装设处无磁性流体的值，设定工艺过程要求流入流化床体流体的流速，将此流体流入流体进口 ； (2)所述控制器控制可控电源向电磁线圈输出逐步降低的电压，每次降低的电压值为可控电源向电磁线圈输出最大电压值的十分之一，每次降低电压后，进行延时； (3)采集保存流化状态仪霍尔传感器检测值，求本次检测值与上次检测值的差值，直至差值大于零；此时所述控制器控制可控电源再次降低电压，降低的电压值与上次相同，延时5秒，采集流化状态仪霍尔传感器检测值，求得本次检测值与标定的无磁性流体检测值的和再除以2，其商值就可用于表征满足工艺过程要求的磁场强度，下称磁场强度表征值； (4)所述控制器控制可控电源向电磁线圈输出逐步升高的电压，每次升高的电压值为可控电源可调最小步进量电压值，每次升高电压后，进行延时，采集流化状态仪霍尔传感器检测值，直至检测值小于磁场强度表征值，此时所述控制器控制可控电源向电磁线圈输出其上次输出的电压值.此电压值就能使电磁线圈产生工艺过程要求的磁场强度。
【文档编号】B01J19/12GK104383865SQ201410670871
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】彭银仙, 张永信 申请人:江苏科技大学