DryTheory&Equipment干燥原理及設備第3章流化床枯燥華中農(nóng)業(yè)大學工學院123.1概述流化床枯燥概念流化床枯燥器是流態(tài)化原理在枯燥中的應用。在流化床枯燥器中，顆粒在熱氣流中上下翻動，彼此碰撞和混合，氣、固間進展傳熱、傳質(zhì)，以到達枯燥目的。由于枯燥過程中固體顆粒懸浮于枯燥介質(zhì)中，因而流體與固體接觸面較大，物料猛烈攪動大大地削減了氣膜阻力，因而熱效率較高。流化床枯燥裝置密封性能好，傳動機械又不接觸物料，因此不會有雜質(zhì)混入。3流化床枯燥器的分類目前國內(nèi)流化床枯燥裝置，從其類型看主要分為單層、多層(2~5)，臥式和噴霧流化床、噴動流化床等。從被枯燥的物料來看，大多數(shù)的產(chǎn)品為粉狀，顆粒狀〔如谷物〕，晶狀。被枯燥物料的濕含量一般為10%~30%，物料顆粒度在120目以內(nèi)。4加料單層圓筒流化床干燥器至分離器出料熱空氣分布盤單層流化床可分為連續(xù)、間歇兩種操作方法。連續(xù)操作多應用于比較簡潔枯燥的產(chǎn)品，或枯燥程度要求不很嚴格的產(chǎn)品。5多層流化床枯燥裝置與單層相比，在一樣條件下設備體積較小，產(chǎn)品枯燥程度較為均勻，產(chǎn)品質(zhì)量也比較好把握。多層床因氣體分布板數(shù)增多，床層阻力也相應地增加。多層床熱利用率較高，所以它適用于降速階段的物料枯燥。氣體出口加料出料床內(nèi)分離器第一層第二層熱空氣多層流化床干燥器6

多室臥式流化床枯燥機7振動流化床枯燥機8噴動流化床枯燥機9流化床枯燥的優(yōu)點〔1〕物料和枯燥介質(zhì)接觸面積大，同時物料在床內(nèi)不斷地進展猛烈攪動，所以傳熱效果良好，熱容量系數(shù)大；〔2〕流化床內(nèi)溫度分布均勻，從而避開了產(chǎn)品的任何局部的過熱，所以特殊適用于某些熱敏物料枯燥；〔3〕在同一設備內(nèi)可以進展連續(xù)操作，也可進展間歇操作；〔4〕物料在枯燥器內(nèi)的停留時間，可以按需要進展調(diào)整，所以產(chǎn)品含水率穩(wěn)定；〔5〕枯燥裝置本身不包括機械運動部件，從而設備的投資費用低廉，修理工作量較小。10流化床枯燥的缺點〔1〕被枯燥物料顆粒度有確定的要求，一般要求不小于30μm，不大于4mm為適宜。當幾種物料混在一起枯燥時，各種物料重度應當接近；〔2〕由于流化枯燥器的物料返混比較猛烈，所以在單級連續(xù)式流化枯燥裝置中，物料停留時間不均勻，有可能發(fā)生局部物料因停留時間過短而枯燥不充分，局部顆粒因停留時間過長而過分枯燥。113.2流態(tài)化原理及其特性3.2.1流態(tài)化過程的三個階段1〕固定床階段：流體速度較低，物料顆粒靜止不動，床層高度不變，床層上下外表的壓力降隨速度的增加而增大。當流體速度增加到某一數(shù)值時，床層上下外表的壓力降近似等于單位面積床層上物料的實際重量時，顆粒開頭松動，床層高度略有膨脹，床層空隙率ε也略有增加。122〕流態(tài)化階段：流體速度進一步提高，物料顆粒開頭被流體吹起并懸浮于流體中作自由運動，顆粒間相互碰撞、混合、床層高度上升，整個床層呈現(xiàn)類似流體的形態(tài)。在床層頂部有一根本水平料面，重度較小的顆粒飄浮其上。假設在料面以下容器壁上開一小孔，顆粒和流體的混合物則會像液體一樣流出。這種現(xiàn)象稱為“固態(tài)顆粒流態(tài)化”〔或稱為“假液化”、“懸浮層”、“沸騰層”等〕。此時流體的流速稱為起始流化速度u0，即臨界流化速度。此時床層的空隙率稱為臨界空隙率ε0。133〕輸送階段：假設流體速度進一步提高，床層高度大于容器高度，顆粒則被流體帶走，床層顆粒削減，空隙度增加，床層壓力減小。當流速增加到某一數(shù)值時，流體對顆粒的阻力和顆粒的實際重量相平衡，此時的流速稱為“帶出速度”或“最大流化速度”、“懸浮速度”。假設流體的速度稍高于帶出速度、顆粒則被流體帶走。143.2.2流態(tài)化的兩相理論當流體速度增加超過起始流化速度時，額外的流化氣體將以氣泡形式穿越流化床。此時描述氣體流化粒子層的理論概念被稱為兩相理論。流化床包括散粒相和氣泡相。1〕散粒相是具有空隙度ε0和氣體流速u0的均勻物質(zhì)。2〕氣泡相包含全部過量氣體并且?guī)缀醪缓Ｗ印泊藭r氣泡快速穿越粒子相，對流化床行為有很大影響?！硽馀莸漠a(chǎn)生，開頭來自氣體分布器孔道的小的氣體射流，當它們穿越流化床上升時由于壓力減小而不斷合并快速變大。153.2.3流態(tài)化床中的不正?，F(xiàn)象氣-固系統(tǒng)流化現(xiàn)象及其簡潔，常常產(chǎn)生一些不正常現(xiàn)象，使氣體與固體顆粒不能很好接觸，降低了流化床設備的生產(chǎn)效能，甚至毀壞產(chǎn)品、破壞設備。1〕溝流和死床氣體速度雖然已超過臨界流速，但床層仍不流化，某些局部被氣流吹走成一條“溝道”，氣體由此穿過床層，這種現(xiàn)象稱為“溝流”，為流化局部稱為“死床”。有時可能消逝局部溝流和局部死床。16溝流和死床產(chǎn)生緣由：床層很薄；顆粒很細、太濕、易粘合成團塊、物料顆粒帶靜電，產(chǎn)生“抱團”；氣速過低或氣流分布不均勻；分布板構造不合理，開孔率大小不適宜、床內(nèi)構件阻礙氣體流淌等。消退溝流與死床的方法：加大氣流速度；假設物料太濕，可進展預先枯燥；分布板開孔率大小不適宜時，可應用小型試驗進展檢驗確定。172〕騰涌流化床內(nèi)的氣泡集合長大，當其直徑接近床層直徑時，把床層你上的顆粒物料像活塞一樣向上托起，到達確定高度以后泵崩裂，顆粒被拋出很高，然后紛紛落下，這種現(xiàn)象稱為“騰涌”，又稱活塞流。產(chǎn)生騰涌時，床層上下外表壓降猛烈波動，床層極不均勻，傳質(zhì)傳熱很難進展，固體顆粒嚴峻磨損和帶出，設備零件被沖擊而損壞。

18騰涌產(chǎn)生緣由：顆粒性質(zhì)、床層高度和氣速等都會引發(fā)騰涌產(chǎn)生。當床層高度H0與床徑D之比較大時，大顆粒比小顆粒更易產(chǎn)生騰涌；假設H0/D較大而氣速較高，也易產(chǎn)生騰涌。消退騰涌的方法：轉(zhuǎn)變床層的高度或設備的直徑。通常當H0/D<1、設備比較大(D>1m)或者床層內(nèi)加設內(nèi)部構件等，均可防止騰涌。

193.2.4流化質(zhì)量的評價用以評價流化狀態(tài)或氣體與固體接觸狀況的好壞。試驗爭論中，以壓力降的波動〔存在溝流、騰涌、大量氣泡〕、床內(nèi)各點空隙率的均勻性、床層料面起伏不公正來推斷流化質(zhì)量的好壞。工業(yè)生產(chǎn)中，以產(chǎn)品收率凹凸、副產(chǎn)品多少、產(chǎn)品質(zhì)量、設備生產(chǎn)效能等指標來推斷流化質(zhì)量的好壞。20

影響流化質(zhì)量的因素：氣流速度、顆粒特性、床層構造、分布板構造與內(nèi)構件等。流化床中氣泡直徑越小，分布越均勻；固體顆粒的混合與循環(huán)猛烈，則流化質(zhì)量越好。溝流、騰涌以及氣泡直徑大、分布不均，都會造成流化質(zhì)量下降。213.3流化床枯燥器的類型工業(yè)上常用的流化床從構造上分，可分為：單層圓筒型、多層圓筒型、臥式多室型、噴霧型、惰性粒子型、振動型和噴動型等。

223.3.1單圓筒流化床枯燥器23單層流化床可分為連續(xù)、間歇兩種操作方法。單層圓筒型流化枯燥器一般是用于較易枯燥的產(chǎn)品或枯燥程度不嚴格的產(chǎn)品。由于流化床內(nèi)粒子接近于完全混合狀態(tài)，要削減未枯燥粒子的排出，必需延長平均停留時間，需要增加流化床的高度，此時壓力損失隨著增大。使用溫度盡可能高的熱空氣藉以提高熱效率，可以適當減低床層高度。單層圓筒型流化床枯燥器只適宜于枯燥含外表水及對枯燥程度不嚴格的物料。243.3.2多層振動流化床枯燥器25多層流化床枯燥器可以增加物料枯燥時間，改善產(chǎn)品含水的均勻性，易于把握產(chǎn)品的枯燥質(zhì)量。但因?qū)訑?shù)增加，分布板增多，床層阻力增加。同時，物料轉(zhuǎn)移，要保證穩(wěn)定的流化狀態(tài)，必需承受溢流裝置等，增加了設備構造的簡潔性。工作原理：由安裝于主機下部的兩個振動電機同步反向回轉(zhuǎn)，使安裝于其上的多層環(huán)狀孔板組成的主機產(chǎn)生垂直振動與扭振，從而使物料沿水平環(huán)狀孔板自上層向下層連續(xù)跳動運動。熱空氣則自下層向上層通過各層孔板穿過物料層，到達物料均勻枯燥目的。特點：節(jié)能；枯燥質(zhì)量高、效果好；投資?。挥猛緩V；噪聲低；生產(chǎn)效率高。263.3.3圓型流化床枯燥器27特點：在三維振動的單層或多層振動流淌槽中，一邊使被枯燥物連續(xù)移動，一邊將均勻熱空氣送入每個振動流淌槽，枯燥作業(yè)特殊簡便。主要特性：可以任意轉(zhuǎn)變被枯燥物的移動速度，適應枯燥速率要求；任意把握枯燥作業(yè)的熱空氣〔或冷風〕風量或風壓；連續(xù)枯燥作業(yè)，可以是單層或多層，組合簡便。工作原理：被枯燥物從供給口投入，在流淌槽的溝槽內(nèi)繞一周，經(jīng)過連接口進入下一個流淌槽，從排出口排出，變成枯燥物。利用鼓風機將熱空氣從進風口吹入，通過多孔底部與被枯燥物接觸?？菰镒鳂I(yè)完畢后，熱空氣從排氣口排出。283.3.4載體噴霧流化床枯燥器29載體流化床枯燥器以圓筒形構造為主，流化床內(nèi)充填著直徑為數(shù)毫米的可流化惰性載體，故又稱惰性粒子流化床枯燥器。工作原理：在流化床內(nèi)，空氣把載體預熱并使載體粒子群處于流化狀態(tài)，同時由輸料泵供料，經(jīng)噴嘴噴灑到載體外表呈膜狀附著，然后分散在流化層內(nèi)。載體和熱空氣同時向物料進展傳導傳熱和對流傳熱使之枯燥。由于載體外表積很大，水分在短時間內(nèi)被蒸發(fā)排出。載體外表殘留的固體物料在載體之間的相互碰撞中剝落下來，隨空氣排出枯燥器外，通過旋風分別器和布袋除塵器與氣體分別。特點：降低了噴霧枯燥器的高度，可以對漿狀物料和高粘度物料進展枯燥。303.3.5振動載體流化床枯燥器31工作原理：當濕物料參與床內(nèi)后，在振動載體的作用下沿床內(nèi)環(huán)狀空間均勻分布和流化，同時濕物料在載體外表形成濕物料薄膜。濕物料薄膜在熱載體的內(nèi)部作用下和熱空氣外部作用下快速完成枯燥過程，在載體相互之間碰撞下變干的濕物料薄膜脫落并被粉碎。到達確定粒度后，隨枯燥尾氣帶出枯燥器，由系統(tǒng)后部的除塵設備收集。特點：振動載體流化床借助于載體來流化物料。對于具有確定黏性的液糊狀、輕粉狀、易于結(jié)團的物料，在振動流化床內(nèi)無法實現(xiàn)良好的流化狀態(tài)，會消逝死床的現(xiàn)象。在振動載體流化床內(nèi)，在載體的作用下物料與載體粘附混合，在載體外表形成濕物料薄膜。濕物料在載體的帶動下，在床內(nèi)形成良好的流化狀態(tài)，同時載體對物料進展預熱。323.3.6臥式多室流化床枯燥器33臥式多室流化床，將床層分隔成3—6室，最多可達12室，工作時物料依次通過各室，最終翻過堰板卸出。優(yōu)點：構造簡潔、制造便利，沒有任何運動部件；占地面積小，卸料便利，簡潔操作；枯燥速率快，處理量幅度變動大；對熱敏性物料，可使用較低溫度進展枯燥，顆粒不會被破壞。缺點：熱效率相對較低；對于多品種小產(chǎn)量物料的適應性較差。抑制缺點的措施：承受柵式加料器，可使物料盡量均勻地散布于床層之上；枯燥器內(nèi)加工光滑，以圓角過渡為好，消退各室篩板的死角；操作力求平穩(wěn)。343.3.7振動流化床枯燥器35將機械振動強加于流化床即為振動流化床，使物料在流化的根底上增加床層的振動，讓物料有一個