一種磁流化床裝置及使用該裝置的控制方法和試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁流化床裝置，包括流化床體、設(shè)在磁流化床體外部的一組或若干組電磁線圈、與電磁線圈相連的可控電源、控制器、分別與流化床體相連的流化狀態(tài)儀和溫度儀、穩(wěn)流器；所述流化床上設(shè)有一流體出口和流體進(jìn)口，流化床頂端設(shè)有一排氣口，穩(wěn)流器設(shè)在流體進(jìn)口處，流化床內(nèi)下方設(shè)有一篩板，所述篩板上方布置有一磁性顆粒床料，所述可控電源、流化狀態(tài)儀、溫度儀分別、穩(wěn)流器與控制器相連，所述流化床與電磁線圈內(nèi)圈接觸部分設(shè)有一導(dǎo)熱層。本發(fā)明采用了磁流化床裝置產(chǎn)生磁場同時(shí)充分利用其熱能的控制方法，減少了能耗，提高了安全性及實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。
【專利說明】一種磁流化床裝置及使用該裝置的控制方法和試驗(yàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于化學(xué)、生物工程的磁流化裝置，尤其涉及一種利用電磁線圈產(chǎn)生磁場的磁流化裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在化學(xué)、生物工程中反應(yīng)、混合或分離是其主要過程，流化床是一種利用氣體或液體通過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮狀態(tài)，并進(jìn)行氣固相或液固相反應(yīng)、混合或分離過程的裝置。相對于離心、振動(dòng)和聲流化床來說，磁流化床(Magnetically FluidizedBed, MFB)是將外加的磁場引入普通的流化床，采用磁敏性顆粒作為床層介質(zhì)的固液相處理系統(tǒng)，是流態(tài)化技術(shù)與電磁技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，具有振動(dòng)小、噪聲小的優(yōu)點(diǎn)，特別是作為磁流化床的特殊形式——磁穩(wěn)定床，它是在軸向、不隨時(shí)間變化的空間均勻通常由電磁線圈或永磁體產(chǎn)生的磁場，在此磁場下形成的只有微弱運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定床層，床層表現(xiàn)為固定床形式，當(dāng)有流體流過時(shí)床層像活塞一樣膨脹，床層疏松、穩(wěn)定、無氣泡，這種膨脹的流化床就是磁穩(wěn)定床。磁穩(wěn)定床兼有固定床和流化床的許多優(yōu)點(diǎn)。磁穩(wěn)定床較好地克服了流化床因其返混嚴(yán)重而使轉(zhuǎn)化率偏低、顆粒容易被帶出的缺點(diǎn)，而且顆粒的裝卸非常便利；外加磁場的作用能有效地控制相間返混，均勻的空隙度又使床層內(nèi)部不易出現(xiàn)溝流；磁穩(wěn)定床彌補(bǔ)了固定床使用小粒子時(shí)導(dǎo)致的壓降過大、放熱反應(yīng)容易出現(xiàn)局部熱點(diǎn)的缺點(diǎn)；同時(shí)磁穩(wěn)定床可以在較寬范圍內(nèi)穩(wěn)定操作，還可以充分破碎氣泡改善相間傳質(zhì)。
[0003]眾所周知，電磁線圈不但能產(chǎn)生磁場，同時(shí)還產(chǎn)生熱量，而同時(shí)利用其產(chǎn)生的熱能的磁流化床裝置有其操作和試驗(yàn)方法在國內(nèi)外還未見研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的第一目的是提供一種使現(xiàn)有的電磁線圈產(chǎn)生磁場的同時(shí)利用其產(chǎn)生的熱能的磁流化床裝置。
[0005]本發(fā)明的第二目的是提供一種使所述磁流化床裝置產(chǎn)生的磁場和熱能同時(shí)滿足工藝過程要求的控制方法。
[0006]本發(fā)明的第三目的是提供一種獲得所述磁流化床裝置表征和產(chǎn)生滿足工藝過程要求磁場強(qiáng)度的試驗(yàn)方法。
[0007]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種磁流化床裝置，包括流化床體、設(shè)在磁流化床體外部的一組或若干組電磁線圈、與電磁線圈相連的可控電源、控制器、分別與流化床體相連的流化狀態(tài)儀和溫度儀、穩(wěn)流器；所述流化床上設(shè)有一流體出口和流體進(jìn)口，流化床頂端設(shè)有一排氣口，穩(wěn)流器設(shè)在流體進(jìn)口處，流化床內(nèi)下方設(shè)有一篩板，所述篩板上方布置有一磁性顆粒床料，所述可控電源、流化狀態(tài)儀、溫度儀分別、穩(wěn)流器與控制器相連，所述流化床與電磁線圈內(nèi)圈接觸部分設(shè)有一導(dǎo)熱層。
[0008]進(jìn)一步地，為了防止電磁線圈產(chǎn)生的熱量流失，所述電磁線圈外設(shè)有一保溫層，保溫層的外側(cè)用深色薄膜包裹； 進(jìn)一步地，本發(fā)明提供一種優(yōu)化磁流化床裝置，所述電磁線圈數(shù)量為一組，電磁線圈與保溫層之間設(shè)有一冷卻夾層，冷卻夾層上設(shè)有一冷卻介質(zhì)入口和冷卻介質(zhì)出口，冷卻介質(zhì)入口處設(shè)有一冷卻電控閥門，冷卻電控閥門與控制器相連。
[0009]進(jìn)一步地，本發(fā)明提供另一種優(yōu)化磁流化床裝置，所述電磁線圈數(shù)量為若干組，每組線圈均與對應(yīng)的可控電源連接，所述排氣口上設(shè)有一排氣閥門，所述流體進(jìn)口處設(shè)有一床底閥門，在穩(wěn)流器端設(shè)有一進(jìn)水閥門，在流體出口與穩(wěn)流器之間設(shè)有一回流管，回流管內(nèi)設(shè)有一回流閥門，所述排氣閥門、床底閥門、進(jìn)水閥門、回流閥門均分別與控制器連接。
[0010]進(jìn)一步地，所述流化狀態(tài)儀由一個(gè)或若干個(gè)狀態(tài)傳感器、信號(hào)變送器組成，信號(hào)變送器與一個(gè)或若干個(gè)狀態(tài)傳感器、控制器連通，狀態(tài)傳感器可為壓力傳感器、差壓傳感器、流量計(jì)、探測線圈、電容探針、霍爾傳感器，霍爾傳感器通常用于測量磁感應(yīng)強(qiáng)度，而磁感應(yīng)強(qiáng)度隨磁導(dǎo)率變化，當(dāng)霍爾傳感器裝設(shè)在流化床體外工藝過程或?qū)嶒?yàn)確定的磁性流體的膨脹高度處時(shí)，由于該處是否有磁性流體，則該處的磁導(dǎo)率不同，故能檢測磁性流體的膨脹高度，狀態(tài)傳感器優(yōu)選采用霍爾傳感器。
[0011]進(jìn)一步地，所述溫度儀由溫度傳感器、信號(hào)變送器組成，信號(hào)變送器與溫度傳感器、控制器連通，當(dāng)溫度小于攝氏150度時(shí)溫度傳感器優(yōu)選IC溫度傳感器。
[0012]進(jìn)一步地，所述一組電磁線圈，每組電磁線圈有兩個(gè)線圈組成，兩個(gè)線圈的圈數(shù)優(yōu)選方案為相同，繞制方式優(yōu)選采用雙線并繞方式繞制，采用此方式繞制可使得兩個(gè)線圈形成相同的磁場。
[0013]本發(fā)明提供的磁流化床裝置，其中:所述可控電源由電源輸入端、若干路電源調(diào)節(jié)電路、電源調(diào)控電路、調(diào)控信號(hào)接口若干對電源輸出端組成，每路電源調(diào)節(jié)電路其輸入部分與電源輸入端連通、其輸出的二線與電源輸出端其中一對連通、其與電源調(diào)控電路連通，電源調(diào)控電路與每路電源調(diào)節(jié)電路和調(diào)控信號(hào)接口連通，電源輸入端接市電，若干路電源調(diào)節(jié)電路至少為兩路并且半數(shù)的電源調(diào)節(jié)電路的輸出電壓極性可變換，若干對電源輸出端與所述一組或若干組電磁線圈中每個(gè)線圈連通，連接可為一對輸出端單獨(dú)和一個(gè)線圈連通也可為一對輸出端和幾個(gè)線圈連通，每個(gè)線圈同方向繞制的始端及終端分別與電源輸出端輸出電壓極性為正極性時(shí)所對應(yīng)電源輸出端的正極及負(fù)極連通，所述可控電源通過調(diào)控信號(hào)接口與所述控制器連通，調(diào)控信號(hào)接口將所述控制器所發(fā)每路輸出電壓及極性信號(hào)送電源調(diào)控電路，電源調(diào)控電路再對每路電源調(diào)節(jié)電路進(jìn)行調(diào)控，使每路電源調(diào)節(jié)電路所對應(yīng)連通的電源輸出端輸出所述控制器所發(fā)該路所需輸出的電壓及極性，調(diào)控信號(hào)接口優(yōu)選采用485通訊接口 ；
本發(fā)明的磁流化床裝置，其中:所述可選一套或若干套冷卻夾套，冷卻夾套下部開設(shè)冷卻介質(zhì)出口或入口，冷卻夾套上部并與下部冷卻介質(zhì)出口或入口成180度角處開設(shè)冷卻介質(zhì)出口或入口，入口處接有一冷卻電控閥門，冷卻電控閥門與控制器連通，冷卻夾套內(nèi)圈與其所接觸面導(dǎo)熱良好，冷卻夾套優(yōu)選裝設(shè)在電磁線圈外圈，冷卻介質(zhì)優(yōu)選為水。
[0014]上述的磁流化床裝置的磁場強(qiáng)度和溫度同時(shí)滿足工藝過程要求的控制方法，其具體步驟包括如下:
(I)所述控制器預(yù)先設(shè)定磁流化床裝置配置電磁線圈、溫度儀、流化狀態(tài)儀、冷卻電控閥門狀況，各組電磁線圈與各溫度儀、各流化狀態(tài)儀、各冷卻電控閥門對應(yīng)關(guān)系，工藝過程要求磁流化床裝置各個(gè)電磁線圈產(chǎn)生的溫度和磁場強(qiáng)度的值及允許偏差值，測控間隔時(shí)間，當(dāng)前測控第一組電磁線圈；
(2)所述控制器采集和保存對應(yīng)溫度儀和對應(yīng)流化狀態(tài)儀檢測值；
(3 )所述控制器比較此組電磁線圈設(shè)定的溫度和磁場強(qiáng)度值與對應(yīng)溫度儀和相應(yīng)流化狀態(tài)儀檢測值并求得偏差值，設(shè)定值(設(shè)定值根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際所需的最佳值)比檢測值大為負(fù)偏差值，設(shè)定值比檢測值小為正偏差值；
(4)判偏差值在允許偏差值內(nèi)，轉(zhuǎn)步驟(5)，否則根據(jù)所得偏差值不同狀況，所述控制器進(jìn)行如下操作:
溫度和磁場強(qiáng)度偏差值都為負(fù)偏差值，控制器控制可控電源連通對應(yīng)一組電磁線圈的兩個(gè)線圈二對輸出端輸出電壓極性為正極性，提高輸出端與磁場強(qiáng)度偏差值成比例的電壓值，控制對應(yīng)冷卻電控閥門關(guān)閉，使電磁線圈產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度和溫度同時(shí)增大；
溫度和磁場強(qiáng)度偏差值都為正偏差值，控制器控制可控電源連通對應(yīng)一組電磁線圈的兩個(gè)線圈二對輸出端輸出電壓極性為正極性，降低輸出端與偏差值成比例的電壓值，控制對應(yīng)冷卻電控閥門關(guān)閉，使電磁線圈產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度和溫度同時(shí)減?。?br> 溫度偏差值為正偏差值，磁場強(qiáng)度偏差值為負(fù)偏差值，控制器控制可控電源連通對應(yīng)一組電磁線圈的兩個(gè)線圈二對輸出端輸出電壓極性為正極性，提高輸出端與磁場強(qiáng)度偏差值成比例的電壓值，控制對應(yīng)冷卻電控閥門開啟，使電磁線圈產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度增大，溫度減小;
溫度偏差值為負(fù)偏差值，磁場強(qiáng)度偏差值為正偏差值，控制器控制可控電源連通對應(yīng)一組電磁線圈的兩個(gè)線圈二對輸出端輸出電壓極性為一個(gè)正極性，一個(gè)負(fù)極性，正極性輸出端輸出電壓大于負(fù)極性輸出端輸出電壓，二對輸出端輸出電壓值的差值絕對值與磁場強(qiáng)度偏差值成反比例，控制對應(yīng)冷卻電控閥門關(guān)閉，使電磁線圈產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度減小，溫度增大；
(5)按設(shè)定的測控間隔時(shí)間延時(shí)；
(6)判別當(dāng)前測控是否為最后一組電磁線圈:是，設(shè)當(dāng)前測控第一組電磁線圈，轉(zhuǎn)步驟
(2);否則，設(shè)當(dāng)前測控下一組電磁線圈，轉(zhuǎn)步驟(2)。
[0015]進(jìn)一步地，在步驟(I)中所述控制器保存溫度儀和對應(yīng)流化狀態(tài)儀檢測值均設(shè)定上下限，在步驟(3)中所述控制器對檢測值進(jìn)行上下限判斷超過時(shí)即采取聲光報(bào)警、提示人工操作，直至切斷裝置電源應(yīng)急措施。
[0016]進(jìn)一步地，在步驟(I)中增加保存不同時(shí)間段不同的工藝要求磁流化床裝置各個(gè)電磁線圈產(chǎn)生的溫度和磁場強(qiáng)度的值及允許偏差值，在步驟(3)中所述控制器依據(jù)當(dāng)前時(shí)間段獲取所對應(yīng)的各個(gè)電磁線圈產(chǎn)生的溫度和磁場強(qiáng)度的值及允許偏差值。
[0017]進(jìn)一步地，在步驟(3)中所述控制器依據(jù)當(dāng)前和保存的前幾次檢測值求得偏差值，控制器從連續(xù)的幾次檢測值中可求得偏差值變化率和偏差值變化率的變化率，從而可判斷出控制對象的變化趨勢，提高控制品質(zhì)。
[0018]在磁流化床裝置制成和工藝過程要求參數(shù)確定后，為磁流化床裝置提供產(chǎn)生滿足工藝過程要求的磁場強(qiáng)度，是一個(gè)困難的問題，特別是在無法觀察床體內(nèi)部情況下，為此本發(fā)明提供了一種試驗(yàn)方法。磁穩(wěn)定床床層隨施加的磁場強(qiáng)度由高到低經(jīng)歷磁聚狀、鏈狀、散粒狀三種膨脹狀，膨脹高度由低到高，在鏈?zhǔn)綘顟B(tài)下操作，顆粒排成鏈狀，鏈與鏈之間的空隙比較均勻，不易形成溝流，液固接觸好，同時(shí)磁穩(wěn)定床在鏈?zhǔn)綘顟B(tài)下操作時(shí)，床層對氣泡的破碎作用比較明顯，氣泡經(jīng)過床層時(shí)被破碎成許多小氣泡，氣液相際面積大大提高，有利于氣液傳質(zhì)，通常選擇鏈?zhǔn)綘顟B(tài)作為操作狀態(tài)，所述流化狀態(tài)儀霍爾傳感器裝設(shè)在流化床體外鏈?zhǔn)綘顟B(tài)時(shí)磁性流體的膨脹高度處，采用下述方法能表征和產(chǎn)生滿足工藝過程要求磁場強(qiáng)度。
[0019]一種獲得磁流化床裝置表征和產(chǎn)生滿足工藝過程要求磁場強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，其具體步驟包括如下:
(1)所述控制器控制可控電源向電磁線圈輸出最大電壓值，采集保存流化狀態(tài)儀霍爾傳感器檢測值并標(biāo)定此值為霍爾傳感器裝設(shè)處無磁性流體的值，設(shè)定工藝過程要求流入流化床體流體的流速，將此流體流入流體進(jìn)口 ；
(2)所述控制器控制可控電源向電磁線圈輸出逐步降低的電壓，每次降低的電壓值為可控電源向電磁線圈輸出最大電壓值的十分之一，每次降低電壓后，進(jìn)行延時(shí)，優(yōu)選延時(shí)時(shí)間為5秒；
(3)采集保存流化狀態(tài)儀霍爾傳感器檢測值，求本次檢測值與上次檢測值的差值，直至差值大于零；此時(shí)所述控制器控制可控電源再次降低電壓，降低的電壓值與上次相同，延時(shí)5秒，采集流化狀態(tài)儀霍爾傳感器檢測值，求得本次檢測值與標(biāo)定的無磁性流體檢測值的和再除以2，其商值就可用于表征滿足工藝過程要求的磁場強(qiáng)度，下稱磁場強(qiáng)度表征值；
(4)所述控制器控制可控電源向電磁線圈輸出逐步升高的電壓，每次升高的電壓值為可控電源可調(diào)最小步進(jìn)量電壓值，每次升高電壓后，進(jìn)行延時(shí)，優(yōu)選延時(shí)時(shí)間為5秒，采集流化狀態(tài)儀霍爾傳感器檢測值，直至檢測值小于磁場強(qiáng)度表征值，此時(shí)所述控制器控制可控電源向電磁線圈輸出其上次輸出的電壓值，此電壓值就能使電磁線圈產(chǎn)生工藝過程要求的磁場強(qiáng)度。
[0020]所述磁流化床裝置表征和產(chǎn)生滿足工藝過程要求磁場強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，在可控電源向電磁線圈輸出電壓值的步驟上，也可采用逐步提高電壓值的方法。
[0021]有益效果:本發(fā)明提供的磁流化床裝置用較高的污水上升流速使顆粒保持懸浮狀態(tài)，同時(shí)顆粒周圍較高的水流速度使去除物在液體和顆粒表面之間傳質(zhì)良好，附著其內(nèi)表面上細(xì)菌生物膜比較穩(wěn)定，不易受水力條件的影響而脫落，更不存在攪拌損傷生物膜問題，使污水的處理效率大大提高；極大地減少了裝置體積。由于本實(shí)施例采用了磁流化床裝置產(chǎn)生磁場同時(shí)充分利用其熱能的控制方法，減少了能耗，提高了安全性及實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。
[0022]本發(fā)明的提供的基于磁流化床裝置的磁場強(qiáng)度和溫度同時(shí)滿足工藝過程要求的控制方法，能夠較為準(zhǔn)備的提供磁流化床裝置運(yùn)行工藝參數(shù)，并且本發(fā)明還提供了在無法觀察床體內(nèi)部情況下提供了一種獲得磁流化床裝置表征和產(chǎn)生滿足工藝過程要求磁場強(qiáng)度的試驗(yàn)方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明裝置實(shí)施例一的剖面結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明裝置實(shí)施例二的剖面結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。
[0025]圖3為本發(fā)明裝置可控電源電路示意圖。
[0026]圖4為本發(fā)明的磁場強(qiáng)度和溫度同時(shí)滿足工藝過程要求的控制方法示意程序框圖。
[0027]圖5為本發(fā)明的表征和產(chǎn)生滿足工藝過程要求磁場強(qiáng)度的試驗(yàn)方法示意程序框圖。
[0028]圖中:1_流化床體；2-床料；3-流體進(jìn)口；4-流體出口；5-電磁線圈；6_溫度儀；7_流化狀態(tài)儀；8_可控電源；9_控制器；10_保溫層；11_冷卻夾套；12_冷卻介質(zhì)進(jìn)口 ；13-冷卻介質(zhì)出口 ； 14-冷卻電控閥門；15_篩板；17-穩(wěn)流器；18-排氣口 ；20_回流閥門；21-進(jìn)水閥門；22_床底閥門；23_排氣閥門；24_回流管。

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0030]實(shí)施例一:
如圖1，本實(shí)施例為厭氧磁流化床硫自養(yǎng)生物反應(yīng)裝置，用于同時(shí)去除水中的硝酸鹽和磷。裝置包括:床體1、床料2、流體進(jìn)口 3、流體出口 4、一組電磁線圈5、一個(gè)溫度儀6、一個(gè)流化狀態(tài)儀7、一個(gè)可控電源8、控制器9、保溫層10、一個(gè)冷卻夾套11、冷卻介質(zhì)出口 12、冷卻介質(zhì)出口 13、一個(gè)冷卻電控閥門14、篩板15、穩(wěn)流器17、排氣口 18。
[0031]床體I由上封頭、筒體、下封頭組成；下封頭下部裝設(shè)流體進(jìn)口 3，上封頭裝設(shè)流體出口 4和排氣口 18，流體出口 4內(nèi)裝有過濾網(wǎng)，上封頭、下封頭用透明有機(jī)玻璃制作，筒體用鋁材制作；筒體內(nèi)下部裝設(shè)篩板15，筒體內(nèi)篩板15上面裝有磁性顆粒床料2 ;穩(wěn)流器17采用帶485通訊接口的計(jì)量泵；筒體外由工藝過程或?qū)嶒?yàn)確定的磁性流體的膨脹高度處裝設(shè)一個(gè)流化狀態(tài)儀7的霍爾傳感器，霍爾傳感器接至一微控器，微控器對此傳感器輸入的信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)并多次采樣取均值后通過485通訊接口送控制器9 ;筒體外中部裝設(shè)一個(gè)與筒體外表面密貼導(dǎo)熱良好溫度儀6中的IC溫度傳感器，采用IC溫度傳感器有利于提高其抗電磁干擾性能，溫度傳感器接至一微控器，微控器對此傳感器輸入的信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)并多次采樣取均值后通過485通訊接口送控制器9 ;可控電源8中有如圖3所示的可控電路；可控電源8具有二對電源輸出端，輸出可變直流電壓并且其中一對極性可變，可控電源8通過485通訊接口接受控制器9所發(fā)二路所需輸出的電壓及極性值；一組電磁線圈5套在床體I筒體上并與筒體外表面接觸面導(dǎo)熱良好，電磁線圈5由兩個(gè)圈數(shù)相同并采用雙線并繞方式繞制線圈組成，兩線圈的始端與終端分別與可控電源8中一對電源輸出端的正極及負(fù)極連通；冷卻電控閥門14本實(shí)施例采用電磁閥，在控制要求高場合可用可調(diào)節(jié)流量的閥，一微控器通過無觸點(diǎn)開關(guān)對其控制，微控器接485通訊接口接受控制器9發(fā)給冷卻電控閥門14的控制信號(hào)；控制器9采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過485通訊接口與流化狀態(tài)儀7、溫度儀6、可控電源8、冷卻電控閥門14及計(jì)量泵相互通訊，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)預(yù)先裝設(shè)了控制程序及控制所需數(shù)據(jù)，裝有人工參數(shù)設(shè)置界面、測試界面、控制運(yùn)行界面、非正常應(yīng)急界面，然后按照如圖4所述的磁場強(qiáng)度和溫度同時(shí)滿足工藝過程要求的控制方法進(jìn)行操作。
[0032]本實(shí)施例采用的床料2為天然磁黃鐵礦顆粒，可以使硫自養(yǎng)反硝化細(xì)菌呼吸硝酸根脫氮，另外該類細(xì)菌以天然磁黃鐵礦為能源，天然磁黃鐵礦的代謝產(chǎn)物用來除磷，實(shí)現(xiàn)生物脫氮與化學(xué)脫氮的自然耦合，床料2和自養(yǎng)反硝化細(xì)菌在電磁線圈5的磁場作用下呈流化狀態(tài)，進(jìn)行充分混合。處理后的水經(jīng)裝有過濾網(wǎng)從流體出口4流出。反硝化過程中產(chǎn)生的氮?dú)庥膳艢饪?18排出通入一液封裝置。
[0033]將粒徑為0.1-2 mm的天然磁黃鐵礦顆粒和經(jīng)定向馴化的厭氧污泥混合，從排氣口 18裝入床體1，經(jīng)過一段時(shí)間浸泡，發(fā)現(xiàn)天然磁黃鐵礦顆粒表面有生物附著物產(chǎn)生，即可認(rèn)為掛膜成功，可進(jìn)入穩(wěn)定負(fù)荷運(yùn)行。此時(shí)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)入人工參數(shù)設(shè)置界面輸入本實(shí)施例工藝過程要求溫度值為攝氏3(Γ35度，輸入電磁線圈5單個(gè)線圈的電阻值及依據(jù)繞制的導(dǎo)線線徑確定的電磁線圈5最大電流值求得的最大電壓值，輸入依據(jù)待處理水污染狀況、去除率及流化床狀況等因素試驗(yàn)確定的待處理水流速，對計(jì)量泵設(shè)定此流速，待處理水通過計(jì)量泵以穩(wěn)定的流速從流體進(jìn)口3流入床體I ;工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)入測試界面執(zhí)行以如圖5所示的磁場強(qiáng)度的試驗(yàn)方法編制的程序，如程序運(yùn)行結(jié)束，未獲得可用于表征滿足工藝過程要求的磁場強(qiáng)度，即可控電源8向電磁線圈5輸出的電壓值為零，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)報(bào)錯(cuò)，否則保持可控電源8向電磁線圈5輸出的電壓值，以磁場強(qiáng)度表征值作為磁場強(qiáng)度設(shè)定值，并轉(zhuǎn)入控制運(yùn)行界面執(zhí)行以所述磁流化床裝置產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度和溫度同時(shí)滿足工藝過程要求的控制方法編制的程序，此時(shí)本實(shí)施裝置在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制下能獲得水處理工藝過程所需的磁場強(qiáng)度和溫度，進(jìn)行穩(wěn)定負(fù)荷運(yùn)行，處理達(dá)標(biāo)水從流體出口 4處流出。由于流化狀態(tài)儀7檢測值表征的是實(shí)際磁場強(qiáng)度大小的相反數(shù)，即檢測值越大實(shí)際磁場強(qiáng)度越小，檢測值越小實(shí)際磁場強(qiáng)度越大，故在控制程序中定義設(shè)定值比檢測值大為正偏差值，設(shè)定值比檢測值小為負(fù)偏差值。在穩(wěn)定負(fù)荷運(yùn)行中，如溫度儀6、流化狀態(tài)儀7檢測值出現(xiàn)超過設(shè)定的正常值等情況時(shí)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)入非正常應(yīng)急界面并進(jìn)行聲光報(bào)警和提示人工操作，直至切斷裝置電源等應(yīng)急措施。
[0034]本實(shí)施例工藝過程要求溫度值為攝氏1(Γ45度，待處理水溫度值為攝氏15度左右，工藝過程要求溫度值和待處理水溫度值與通常室溫相差不大，所需熱量不大；冷卻夾套11安裝在電磁線圈5外圈，這樣可使電磁線圈5直徑變小，磁路也變小，磁場強(qiáng)度增大，電阻變小，產(chǎn)生的熱量也變小，使電磁線圈5在滿足磁場強(qiáng)度的情況下不產(chǎn)生過多的熱量；為了使電磁線圈5產(chǎn)生的不多熱量能得到充分利用，冷卻夾套外表面裝有保溫層10 ;在夏季可能需在冷卻夾套11通入待處理水作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行降溫，這樣降溫幾乎不消耗能源。
[0035]本實(shí)施例充分利用磁流化床技術(shù)的優(yōu)勢，采用較高的污水上升流速使顆粒保持懸浮狀態(tài)，同時(shí)顆粒周圍較高的水流速度使去除物在液體和顆粒表面之間傳質(zhì)良好，附著其內(nèi)表面上細(xì)菌生物膜比較穩(wěn)定，不易受水力條件的影響而脫落，更不存在攪拌損傷生物膜問題，使污水的處理效率大大提高；極大地減少了裝置體積。由于本實(shí)施例采用了磁流化床裝置產(chǎn)生磁場同時(shí)充分利用其熱能的控制方法，減少了能耗，提高了安全性及實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。
[0036]實(shí)施例二:
如圖2，本實(shí)施例為利用磁流化床作為化學(xué)混合反應(yīng)裝置，用于處理硝基苯類污水。裝置包括:床體1、床料2、流體進(jìn)口 3、流體出口 4、三組電磁線圈5、一個(gè)溫度儀6、一個(gè)流化狀態(tài)儀7、三個(gè)可控電源8、控制器9、保溫層10、篩板15、穩(wěn)流器17、排氣口 18、回流閥門20、進(jìn)水閥門21、床底閥門22、排氣閥門23、回流管24。
[0037]床體I由上封頭、筒體、下封頭組成；上封頭裝設(shè)流體出口 4和排氣口 18，排氣口18接有排氣閥門23進(jìn)口，下封頭下部裝設(shè)流體進(jìn)口 3，流體進(jìn)口 3接有三通甲，三通甲的另外兩個(gè)接頭分別連接床底閥門22進(jìn)口和穩(wěn)流器17的出口，穩(wěn)流器17的進(jìn)口接有另一個(gè)三通乙，三通乙的另外兩個(gè)接頭分別連接進(jìn)水閥門21出口和回流閥門20出口，回流閥門20進(jìn)口經(jīng)回流管24與流體出口 4相通；上封頭、下封頭選用低導(dǎo)熱系數(shù)材料制作，筒體選用高導(dǎo)熱系數(shù)材料制作，所有管道、接頭選用低導(dǎo)熱系數(shù)材料制成品；筒體內(nèi)下部裝設(shè)篩板15，筒體內(nèi)篩板15上面裝有磁性顆粒床料2 ;穩(wěn)流器17采用帶485通訊接口的計(jì)量泵；筒體外由工藝過程或?qū)嶒?yàn)確定的磁性流體的膨脹高度處裝設(shè)一個(gè)流化狀態(tài)儀7的霍爾傳感器，霍爾傳感器接至一微控器，微控器對此傳感器輸入的信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)并多次采樣取均值后通過485通訊接口送控制器9 ;筒體外中部裝設(shè)一個(gè)與筒體外表面密貼導(dǎo)熱良好溫度儀6中的IC溫度傳感器,溫度傳感器接至一微控器,微控器對此傳感器輸入的信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)并多次采樣取均值后通過485通訊接口送控制器9 ;三個(gè)可控電源8相同都具有二對電源輸出端，輸出可變直流電壓并且其中一對極性可變，三個(gè)可控電源8都通過485通訊接口接受控制器9所發(fā)二路所需輸出的電壓及極性值，三組電磁線圈5繞相一致套在床體I筒體上并與筒體外表面接觸面導(dǎo)熱良好，三組電磁線圈之間及與筒體的距離依工藝要求試驗(yàn)確定。一組電磁線圈5由兩個(gè)圈數(shù)相同并采用雙線并繞方式繞制線圈組成，兩線圈的始端與終端分別與一個(gè)可控電源8中一對電源輸出端的正極及負(fù)極連通；控制器9采用PLC，PLC通過485通訊接口與流化狀態(tài)儀7、溫度儀6、三個(gè)可控電源8及計(jì)量泵相互通訊，PLC四個(gè)輸出端口分別連接控制回流閥門20、進(jìn)水閥門21、床底閥門22、排氣閥門23。
[0038]本實(shí)施例污水處理的運(yùn)行方式是序批式。預(yù)先對PLC設(shè)定溫度值為攝氏27飛O度、電磁線圈5單個(gè)線圈的電阻值及依據(jù)繞制的導(dǎo)線線徑確定的電磁線圈5最大電流值求得的最大電壓值、工藝過程要求流速、充滿床體I及回流管24的容積數(shù)、水力停留時(shí)間、水流流出時(shí)間。PLC控制其運(yùn)行流程為:關(guān)閉回流閥門20、床底閥門22，開啟排氣閥門23，將粒徑為0.05?2mm的天然磁黃鐵礦顆粒從排氣口 18裝入床體1，開啟進(jìn)水閥門21和計(jì)量泵，對計(jì)量泵設(shè)定工藝過程要求流速和充滿床體I及回流管24的容積數(shù)，污水通過進(jìn)水閥門21和計(jì)量泵以設(shè)定工藝過程要求的穩(wěn)定流速從流體進(jìn)口 3進(jìn)入床體1，計(jì)量泵計(jì)量流入污水己能充滿床體I及回流管24時(shí)，計(jì)量泵送信號(hào)給PLC，PLC關(guān)閉進(jìn)水閥門21、排氣閥門23，開啟回流閥門20，PLC執(zhí)行以所述磁場強(qiáng)度的試驗(yàn)方法編制的程序，如程序運(yùn)行結(jié)束，未獲得可用于表征滿足工藝過程要求的磁場強(qiáng)度，即可控電源8向電磁線圈5輸出的電壓值為零，PLC報(bào)錯(cuò)，否則保持可控電源8向電磁線圈5輸出的電壓值，以磁場強(qiáng)度表征值作為磁場強(qiáng)度設(shè)定值，并轉(zhuǎn)入執(zhí)行以所述磁流化床裝置產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度和溫度同時(shí)滿足工藝過程要求的控制方法編制的程序，由于流化狀態(tài)儀7檢測值表征的是實(shí)際磁場強(qiáng)度大小的相反數(shù)，即檢測值越大實(shí)際磁場強(qiáng)度越小，檢測值越小實(shí)際磁場強(qiáng)度越大，故在控制程序中定義設(shè)定值比檢測值大為正偏差值，設(shè)定值比檢測值小為負(fù)偏差值，此時(shí)污水在合適的磁場強(qiáng)度和溫度下以較高的水流速度與天然磁黃鐵礦顆?；旌戏磻?yīng)，并經(jīng)回流管24連續(xù)循環(huán)進(jìn)行混合反應(yīng)，直至到達(dá)設(shè)定的水力停留時(shí)間，PLC控制計(jì)量泵處于開啟狀態(tài)不再對水流加速，開啟床底閥門22、排氣閥門23，處理達(dá)標(biāo)水從床底閥門22處流出，到達(dá)設(shè)定的水流流出時(shí)間后，PLC控制關(guān)閉床底閥門22，這樣就完成了一次水處理流程。在水處理運(yùn)行過程中，如溫度儀6、流化狀態(tài)儀7檢測值出現(xiàn)超過設(shè)定的正常值等情況時(shí)PLC進(jìn)行聲光報(bào)警和提示人工操作，直至切斷裝置電源等應(yīng)急措施。
[0039]本實(shí)施例工藝過程要求溫度值為攝氏27飛O度，待處理水溫為室溫，正常情況下溫度不可能超上限，故無需加裝冷卻夾套11。
[0040]本實(shí)施例采用三組電磁線圈，是因加工一組大電磁線圈不方便的原故。本實(shí)施例對溫度控制的要求不高，故在運(yùn)行中三個(gè)可控電源輸出的是相同的電壓值。在溫度控制要求高的場合，可采用多組電磁線圈，各自接不同的可控電源，對各電磁線圈所在區(qū)域裝設(shè)各自的溫度儀的方案，從而獲得高的溫度場一致性或不同區(qū)域具有不同的溫度。
[0041]本實(shí)施例相比較采用立式旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤的中國專利申請?zhí)?01210558731.9的公開方案，就節(jié)能來講至少具有三方面節(jié)能效果:首先利用磁流化床技術(shù)的優(yōu)勢，采用較高的污水上升流速使顆粒保持懸浮狀態(tài)，同時(shí)顆粒周圍較高的水流速度使去除物在液體和顆粒表面之間傳質(zhì)良好，使污水的處理效率大大提高，減少了水力停留時(shí)間；其二采用了本發(fā)明的磁流化床裝置產(chǎn)生磁場同時(shí)充分利用其熱能的控制方法，無需耗用加熱能源；其三磁流化床所需能耗比立式旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤??；因而采用本發(fā)明方案可極大地減少能耗。
[0042]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種磁流化床裝置，其特征在于:包括流化床體、設(shè)在磁流化床體外部的一組或若干組電磁線圈、與電磁線圈相連的可控電源、控制器、分別與流化床體相連的流化狀態(tài)儀和溫度儀、穩(wěn)流器；所述流化床上設(shè)有一流體出口和流體進(jìn)口，流化床頂端設(shè)有一排氣口，穩(wěn)流器設(shè)在流體進(jìn)口處，流化床內(nèi)下方設(shè)有一篩板，所述篩板上方布置有一磁性顆粒床料，所述可控電源、流化狀態(tài)儀、溫度儀分別、穩(wěn)流器與控制器相連，所述流化床與電磁線圈內(nèi)圈接觸部分設(shè)有一導(dǎo)熱層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流化床裝置，其特征在于:所述電磁線圈外設(shè)有一保溫層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁流化床裝置，其特征在于:所述電磁線圈數(shù)量為一組，電磁線圈與保溫層之間設(shè)有一冷卻夾層，冷卻夾層上設(shè)有一冷卻介質(zhì)入口和冷卻介質(zhì)出口，冷卻介質(zhì)入口處設(shè)有一冷卻電控閥門，冷卻電控閥門與控制器相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁流化床裝置，其特征在于:所述電磁線圈數(shù)量為若干組，每組線圈均與對應(yīng)的可控電源連接，所述排氣口上設(shè)有一排氣閥門，所述流體進(jìn)口處設(shè)有一床底閥門，在穩(wěn)流器端設(shè)有一進(jìn)水閥門，在流體出口與穩(wěn)流器之間設(shè)有一回流管，回流管內(nèi)設(shè)有一回流閥門，所述排氣閥門、床底閥門、進(jìn)水閥門、回流閥門均分別與控制器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流化床裝置，其特征在于:所述流化狀態(tài)儀包括狀態(tài)傳感器和與狀態(tài)傳感器相連的信號(hào)變送器，所述狀態(tài)傳感器為霍爾傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流化床裝置，其特征在于:所述可控電源由電源輸入端、若干路電源調(diào)節(jié)電路、電源調(diào)控電路、調(diào)控信號(hào)接口若干對電源輸出端組成，每路電源調(diào)節(jié)電路其輸入部分與電源輸入端連通、其輸出的二線與電源輸出端其中一對連通、其與電源調(diào)控電路連通，電源調(diào)控電路與每路電源調(diào)節(jié)電路和調(diào)控信號(hào)接口連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或者4所述的磁流化床裝置，其特征在于:所述一組電磁線圈由兩個(gè)圈數(shù)相同并采用雙線并繞方式繞制線圈組成，兩線圈的始端與終端分別與一個(gè)可控電源中一對電源輸出端的正極及負(fù)極連通。
8.—種能夠根據(jù)權(quán)利要求f 7任一項(xiàng)所述的磁流化床裝置的磁場強(qiáng)度和溫度同時(shí)滿足工藝過程要求的控制方法，其特征在于:其具體步驟包括如下: (1)所述控制器預(yù)先設(shè)定磁流化床裝置配置電磁線圈、溫度儀、流化狀態(tài)儀、冷卻電控閥門狀況，各組電磁線圈與各溫度儀、各流化狀態(tài)儀、各冷卻電控閥門對應(yīng)關(guān)系，工藝過程要求磁流化床裝置各個(gè)電磁線圈產(chǎn)生的溫度和磁場強(qiáng)度的值及允許偏差值，測控間隔時(shí)間，當(dāng)前測控第一組電磁線圈； (2)所述控制器采集和保存對應(yīng)溫度儀和對應(yīng)流化狀態(tài)儀檢測值； (3 )所述控制器比較此組電磁線圈設(shè)定的溫度和磁場強(qiáng)度值與對應(yīng)溫度儀和相應(yīng)流化狀態(tài)儀檢測值并求得偏差值，設(shè)定值比檢測值大為負(fù)偏差值，設(shè)定值比檢測值小為正偏差值； (4)判偏差值在允許偏差值內(nèi)，轉(zhuǎn)步驟(5)，否則根據(jù)所得偏差值不同狀況，所述控制器進(jìn)行如下操作: 溫度和磁場強(qiáng)度偏差值都為負(fù)偏差值，控制器控制可控電源連通對應(yīng)一組電磁線圈的兩個(gè)線圈二對輸出端輸出電壓極性為正極性，提高輸出端與磁場強(qiáng)度偏差值成比例的電壓值，控制對應(yīng)冷卻電控閥門關(guān)閉，使電磁線圈產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度和溫度同時(shí)增大； 溫度和磁場強(qiáng)度偏差值都為正偏差值，控制器控制可控電源連通對應(yīng)一組電磁線圈的兩個(gè)線圈二對輸出端輸出電壓極性為正極性，降低輸出端與偏差值成比例的電壓值，控制對應(yīng)冷卻電控閥門關(guān)閉，使電磁線圈產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度和溫度同時(shí)減小； 溫度偏差值為正偏差值，磁場強(qiáng)度偏差值為負(fù)偏差值，控制器控制可控電源連通對應(yīng)一組電磁線圈的兩個(gè)線圈二對輸出端輸出電壓極性為正極性，提高輸出端與磁場強(qiáng)度偏差值成比例的電壓值，控制對應(yīng)冷卻電控閥門開啟，使電磁線圈產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度增大，溫度減小; 溫度偏差值為負(fù)偏差值，磁場強(qiáng)度偏差值為正偏差值，控制器控制可控電源連通對應(yīng)一組電磁線圈的兩個(gè)線圈二對輸出端輸出電壓極性為一個(gè)正極性，一個(gè)負(fù)極性，正極性輸出端輸出電壓大于負(fù)極性輸出端輸出電壓，二對輸出端輸出電壓值的差值絕對值與磁場強(qiáng)度偏差值成反比例，控制對應(yīng)冷卻電控閥門關(guān)閉，使電磁線圈產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度減小，溫度增大； (5)按設(shè)定的測控間隔時(shí)間延時(shí)； (6)判別當(dāng)前測控是否為最后一組電磁線圈:若是，設(shè)當(dāng)前測控第一組電磁線圈，轉(zhuǎn)步驟(2);否則，設(shè)當(dāng)前測控下一組電磁線圈，轉(zhuǎn)步驟(2)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁流化床裝置的磁場強(qiáng)度和溫度同時(shí)滿足工藝過程要求的控制方法，其特征在于:在步驟(I)中所述控制器保存溫度儀和對應(yīng)流化狀態(tài)儀檢測值均設(shè)定上下限，在步驟(3)中所述控制器對檢測值進(jìn)行上下限判斷超過時(shí)即采取聲光報(bào)警、提示人工操作，直至切斷裝置電源應(yīng)急措施。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁流化床裝置的磁場強(qiáng)度和溫度同時(shí)滿足工藝過程要求的控制方法，其特征在于:在步驟(I)中增加保存不同時(shí)間段不同的工藝要求磁流化床裝置各個(gè)電磁線圈產(chǎn)生的溫度和磁場強(qiáng)度的值及允許偏差值，在步驟(3)中所述控制器依據(jù)當(dāng)前時(shí)間段獲取所對應(yīng)的各個(gè)電磁線圈產(chǎn)生的溫度和磁場強(qiáng)度的值及允許偏差值。
11.一種獲得根據(jù)權(quán)利要求1飛中任一項(xiàng)所述的磁流化床裝置表征和產(chǎn)生滿足工藝過程要求磁場強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，其特征在于:其具體步驟包括如下: (1)所述控制器控制可控電源向電磁線圈輸出最大電壓值，采集保存流化狀態(tài)儀霍爾傳感器檢測值并標(biāo)定此值為霍爾傳感器裝設(shè)處無磁性流體的值，設(shè)定工藝過程要求流入流化床體流體的流速，將此流體流入流體進(jìn)口 ； (2)所述控制器控制可控電源向電磁線圈輸出逐步降低的電壓，每次降低的電壓值為可控電源向電磁線圈輸出最大電壓值的十分之一，每次降低電壓后，進(jìn)行延時(shí)； (3)采集保存流化狀態(tài)儀霍爾傳感器檢測值，求本次檢測值與上次檢測值的差值，直至差值大于零；此時(shí)所述控制器控制可控電源再次降低電壓，降低的電壓值與上次相同，延時(shí)5秒，采集流化狀態(tài)儀霍爾傳感器檢測值，求得本次檢測值與標(biāo)定的無磁性流體檢測值的和再除以2，其商值就可用于表征滿足工藝過程要求的磁場強(qiáng)度，下稱磁場強(qiáng)度表征值； (4)所述控制器控制可控電源向電磁線圈輸出逐步升高的電壓，每次升高的電壓值為可控電源可調(diào)最小步進(jìn)量電壓值，每次升高電壓后，進(jìn)行延時(shí)，采集流化狀態(tài)儀霍爾傳感器檢測值，直至檢測值小于磁場強(qiáng)度表征值，此時(shí)所述控制器控制可控電源向電磁線圈輸出其上次輸出的電壓值.此電壓值就能使電磁線圈產(chǎn)生工藝過程要求的磁場強(qiáng)度。
【文檔編號(hào)】B01J19/12GK104383865SQ201410670871
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】彭銀仙, 張永信 申請人:江蘇科技大學(xué)