10SS干燥原理及設(shè)備流化床

DryTheory&Equipment干燥原理及設(shè)備第3章流化床枯燥華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)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(yīng)用。在流化床枯燥器中，顆粒在熱氣流中上下翻動(dòng)，彼此碰撞和混合，氣、固間進(jìn)展傳熱、傳質(zhì)，以到達(dá)枯燥目的。由于枯燥過(guò)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(dòng)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(dòng)機(jī)械又不接觸物料，因此不會(huì)有雜質(zhì)混入。3流化床枯燥器的分類目前國(guó)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(dòng)流化床等。從被枯燥的物料來(lái)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(yīng)用于比較簡(jiǎn)潔枯燥的產(chǎn)品，或枯燥程度要求不很嚴(yán)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(shè)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(yīng)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(jī)7振動(dòng)流化床枯燥機(jī)8噴動(dòng)流化床枯燥機(jī)9流化床枯燥的優(yōu)點(diǎn)〔1〕物料和枯燥介質(zhì)接觸面積大，同時(shí)物料在床內(nèi)不斷地進(jìn)展猛烈攪動(dòng)，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(kāi)了產(chǎn)品的任何局部的過(guò)熱，所以特殊適用于某些熱敏物料枯燥；〔3〕在同一設(shè)備內(nèi)可以進(jìn)展連續(xù)操作，也可進(jìn)展間歇操作；〔4〕物料在枯燥器內(nèi)的停留時(shí)間，可以按需要進(jìn)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(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，從而設(shè)備的投資費(fèi)用低廉，修理工作量較小。10流化床枯燥的缺點(diǎn)〔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(dāng)幾種物料混在一起枯燥時(shí)，各種物料重度應(yīng)當(dāng)接近；〔2〕由于流化枯燥器的物料返混比較猛烈，所以在單級(jí)連續(xù)式流化枯燥裝置中，物料停留時(shí)間不均勻，有可能發(fā)生局部物料因停留時(shí)間過(guò)短而枯燥不充分，局部顆粒因停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而過(guò)分枯燥。113.2流態(tài)化原理及其特性3.2.1流態(tài)化過(guò)程的三個(gè)階段1〕固定床階段：流體速度較低，物料顆粒靜止不動(dòng)，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(dāng)流體速度增加到某一數(shù)值時(shí)，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(shí)際重量時(shí)，顆粒開(kāi)頭松動(dòng)，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(jìn)一步提高，物料顆粒開(kāi)頭被流體吹起并懸浮于流體中作自由運(yùn)動(dòng)，顆粒間相互碰撞、混合、床層高度上升，整個(gè)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(shè)在料面以下容器壁上開(kāi)一小孔，顆粒和流體的混合物則會(huì)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(shí)流體的流速稱為起始流化速度u0，即臨界流化速度。此時(shí)床層的空隙率稱為臨界空隙率ε0。133〕輸送階段：假設(shè)流體速度進(jìn)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(dāng)流速增加到某一數(shù)值時(shí)，流體對(duì)顆粒的阻力和顆粒的實(shí)際重量相平衡，此時(shí)的流速稱為“帶出速度”或“最大流化速度”、“懸浮速度”。假設(shè)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(dāng)流體速度增加超過(guò)起始流化速度時(shí)，額外的流化氣體將以氣泡形式穿越流化床。此時(shí)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(guò)量氣體并且?guī)缀醪缓Ｗ印泊藭r(shí)氣泡快速穿越粒子相，對(duì)流化床行為有很大影響。〕氣泡的產(chǎn)生，開(kāi)頭來(lái)自氣體分布器孔道的小的氣體射流，當(dāng)它們穿越流化床上升時(shí)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(jiǎn)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(shè)備的生產(chǎn)效能，甚至毀壞產(chǎn)品、破壞設(shè)備。1〕溝流和死床氣體速度雖然已超過(guò)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(guò)床層，這種現(xiàn)象稱為“溝流”，為流化局部稱為“死床”。有時(shí)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??；顆粒很細(xì)、太濕、易粘合成團(tuán)塊、物料顆粒帶靜電，產(chǎn)生“抱團(tuán)”；氣速過(guò)低或氣流分布不均勻；分布板構(gòu)造不合理，開(kāi)孔率大小不適宜、床內(nèi)構(gòu)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(shè)物料太濕，可進(jìn)展預(yù)先枯燥；分布板開(kāi)孔率大小不適宜時(shí)，可應(yīng)用小型試驗(yàn)進(jìn)展檢驗(yàn)確定。172〕騰涌流化床內(nèi)的氣泡集合長(zhǎng)大，當(dāng)其直徑接近床層直徑時(shí)，把床層你上的顆粒物料像活塞一樣向上托起，到達(dá)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(shí)，床層上下外表壓降猛烈波動(dòng)，床層極不均勻，傳質(zhì)傳熱很難進(jìn)展，固體顆粒嚴(yán)峻磨損和帶出，設(shè)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(huì)引發(fā)騰涌產(chǎn)生。當(dāng)床層高度H0與床徑D之比較大時(shí)，大顆粒比小顆粒更易產(chǎn)生騰涌；假設(shè)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(shè)備的直徑。通常當(dāng)H0/D<1、設(shè)備比較大(D>1m)或者床層內(nèi)加設(shè)內(nèi)部構(gòu)件等，均可防止騰涌。

193.2.4流化質(zhì)量的評(píng)價(jià)用以評(píng)價(jià)流化狀態(tài)或氣體與固體接觸狀況的好壞。試驗(yàn)爭(zhēng)論中，以壓力降的波動(dòng)〔存在溝流、騰涌、大量氣泡〕、床內(nèi)各點(diǎn)空隙率的均勻性、床層料面起伏不公正來(lái)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(shè)備生產(chǎn)效能等指標(biāo)來(lái)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(gòu)造、分布板構(gòu)造與內(nèi)構(gòu)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(huì)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(gòu)造上分，可分為：?jiǎn)螌訄A筒型、多層圓筒型、臥式多室型、噴霧型、惰性粒子型、振動(dòng)型和噴動(dòng)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(yán)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(zhǎng)平均停留時(shí)間，需要增加流化床的高度，此時(shí)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(dāng)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(duì)枯燥程度不嚴(yán)格的物料。243.3.2多層振動(dòng)流化床枯燥器25多層流化床枯燥器可以增加物料枯燥時(shí)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(shí)，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(shè)備構(gòu)造的簡(jiǎn)潔性。工作原理：由安裝于主機(jī)下部的兩個(gè)振動(dòng)電機(jī)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(jī)產(chǎn)生垂直振動(dòng)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(dòng)運(yùn)動(dòng)。熱空氣則自下層向上層通過(guò)各層孔板穿過(guò)物料層，到達(dá)物料均勻枯燥目的。特點(diǎn)：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(diǎn)：在三維振動(dòng)的單層或多層振動(dòng)流淌槽中，一邊使被枯燥物連續(xù)移動(dòng)，一邊將均勻熱空氣送入每個(gè)振動(dòng)流淌槽，枯燥作業(yè)特殊簡(jiǎn)便。主要特性：可以任意轉(zhuǎn)變被枯燥物的移動(dòng)速度，適應(yīng)枯燥速率要求；任意把握枯燥作業(yè)的熱空氣〔或冷風(fēng)〕風(fēng)量或風(fēng)壓；連續(xù)枯燥作業(yè)，可以是單層或多層，組合簡(jiǎn)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(guò)連接口進(jìn)入下一個(gè)流淌槽，從排出口排出，變成枯燥物。利用鼓風(fēng)機(jī)將熱空氣從進(jìn)風(fēng)口吹入，通過(guò)多孔底部與被枯燥物接觸。枯燥作業(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(gòu)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(yù)熱并使載體粒子群處于流化狀態(tài)，同時(shí)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(shí)向物料進(jìn)展傳導(dǎo)傳熱和對(duì)流傳熱使之枯燥。由于載體外表積很大，水分在短時(shí)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(lái)，隨空氣排出枯燥器外，通過(guò)旋風(fēng)分別器和布袋除塵器與氣體分別。特點(diǎn)：降低了噴霧枯燥器的高度，可以對(duì)漿狀物料和高粘度物料進(jìn)展枯燥。303.3.5振動(dòng)載體流化床枯燥器31工作原理：當(dāng)濕物料參與床內(nèi)后，在振動(dòng)載體的作用下沿床內(nèi)環(huán)狀空間均勻分布和流化，同時(shí)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(guò)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(dá)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(shè)備收集。特點(diǎn)：振動(dòng)載體流化床借助于載體來(lái)流化物料。對(duì)于具有確定黏性的液糊狀、輕粉狀、易于結(jié)團(tuán)的物料，在振動(dòng)流化床內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)良好的流化狀態(tài)，會(huì)消逝死床的現(xiàn)象。在振動(dòng)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(dòng)下，在床內(nèi)形成良好的流化狀態(tài)，同時(shí)載體對(duì)物料進(jìn)展預(yù)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(dá)12室，工作時(shí)物料依次通過(guò)各室，最終翻過(guò)堰板卸出。優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)潔、制造便利，沒(méi)有任何運(yùn)動(dòng)部件；占地面積小，卸料便利，簡(jiǎn)潔操作；枯燥速率快，處理量幅度變動(dòng)大；對(duì)熱敏性物料，可使用較低溫度進(jìn)展枯燥，顆粒不會(huì)被破壞。缺點(diǎn)：熱效率相對(duì)較低；對(duì)于多品種小產(chǎn)量物料的適應(yīng)性較差。抑制缺點(diǎn)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(guò)渡為好，消退各室篩板的死角；操作力求平穩(wěn)。343.3.7振動(dòng)流化床枯燥器35將機(jī)械振動(dòng)強(qiáng)加于流化床即為振動(dòng)流化床，使物料在流化的根底上增加床層的振動(dòng)，讓物料有一個(gè)