10SS干燥原理及设备流化床

DryTheory&Equipment干燥原理及设备第3章流化床枯燥华中农业大学工学院123.1概述流化床枯燥概念流化床枯燥器是流态化原理在枯燥中的应用。在流化床枯燥器中，颗粒在热气流中上下翻动，彼此碰撞和混合，气、固间进展传热、传质，以到达枯燥目的。由于枯燥过程中固体颗粒悬浮于枯燥介质中，因而流体与固体接触面较大，物料猛烈搅动大大地削减了气膜阻力，因而热效率较高。流化床枯燥装置密封性能好，传动机械又不接触物料，因此不会有杂质混入。3流化床枯燥器的分类目前国内流化床枯燥装置，从其类型看主要分为单层、多层(2~5)，卧式和喷雾流化床、喷动流化床等。从被枯燥的物料来看，大多数的产品为粉状，颗粒状〔如谷物〕，晶状。被枯燥物料的湿含量一般为10%~30%，物料颗粒度在120目以内。4加料单层圆筒流化床干燥器至分离器出料热空气分布盘单层流化床可分为连续、间歇两种操作方法。连续操作多应用于比较简洁枯燥的产品，或枯燥程度要求不很严格的产品。5多层流化床枯燥装置与单层相比，在一样条件下设备体积较小，产品枯燥程度较为均匀，产品质量也比较好把握。多层床因气体分布板数增多，床层阻力也相应地增加。多层床热利用率较高，所以它适用于降速阶段的物料枯燥。气体出口加料出料床内分离器第一层第二层热空气多层流化床干燥器6

多室卧式流化床枯燥机7振动流化床枯燥机8喷动流化床枯燥机9流化床枯燥的优点〔1〕物料和枯燥介质接触面积大，同时物料在床内不断地进展猛烈搅动，所以传热效果良好，热容量系数大；〔2〕流化床内温度分布均匀，从而避开了产品的任何局部的过热，所以特殊适用于某些热敏物料枯燥；〔3〕在同一设备内可以进展连续操作，也可进展间歇操作；〔4〕物料在枯燥器内的停留时间，可以按需要进展调整，所以产品含水率稳定；〔5〕枯燥装置本身不包括机械运动部件，从而设备的投资费用低廉，修理工作量较小。10流化床枯燥的缺点〔1〕被枯燥物料颗粒度有确定的要求，一般要求不小于30μm，不大于4mm为适宜。当几种物料混在一起枯燥时，各种物料重度应当接近；〔2〕由于流化枯燥器的物料返混比较猛烈，所以在单级连续式流化枯燥装置中，物料停留时间不均匀，有可能发生局部物料因停留时间过短而枯燥不充分，局部颗粒因停留时间过长而过分枯燥。113.2流态化原理及其特性3.2.1流态化过程的三个阶段1〕固定床阶段：流体速度较低，物料颗粒静止不动，床层高度不变，床层上下外表的压力降随速度的增加而增大。当流体速度增加到某一数值时，床层上下外表的压力降近似等于单位面积床层上物料的实际重量时，颗粒开头松动，床层高度略有膨胀，床层空隙率ε也略有增加。122〕流态化阶段：流体速度进一步提高，物料颗粒开头被流体吹起并悬浮于流体中作自由运动，颗粒间相互碰撞、混合、床层高度上升，整个床层呈现类似流体的形态。在床层顶部有一根本水平料面，重度较小的颗粒飘浮其上。假设在料面以下容器壁上开一小孔，颗粒和流体的混合物则会像液体一样流出。这种现象称为“固态颗粒流态化”〔或称为“假液化”、“悬浮层”、“沸腾层”等〕。此时流体的流速称为起始流化速度u0，即临界流化速度。此时床层的空隙率称为临界空隙率ε0。133〕输送阶段：假设流体速度进一步提高，床层高度大于容器高度，颗粒则被流体带走，床层颗粒削减，空隙度增加，床层压力减小。当流速增加到某一数值时，流体对颗粒的阻力和颗粒的实际重量相平衡，此时的流速称为“带出速度”或“最大流化速度”、“悬浮速度”。假设流体的速度稍高于带出速度、颗粒则被流体带走。143.2.2流态化的两相理论当流体速度增加超过起始流化速度时，额外的流化气体将以气泡形式穿越流化床。此时描述气体流化粒子层的理论概念被称为两相理论。流化床包括散粒相和气泡相。1〕散粒相是具有空隙度ε0和气体流速u0的均匀物质。2〕气泡相包含全部过量气体并且几乎不含粒子〔此时气泡快速穿越粒子相，对流化床行为有很大影响。〕气泡的产生，开头来自气体分布器孔道的小的气体射流，当它们穿越流化床上升时由于压力减小而不断合并快速变大。153.2.3流态化床中的不正常现象气-固系统流化现象及其简洁，常常产生一些不正常现象，使气体与固体颗粒不能很好接触，降低了流化床设备的生产效能，甚至毁坏产品、破坏设备。1〕沟流和死床气体速度虽然已超过临界流速，但床层仍不流化，某些局部被气流吹走成一条“沟道”，气体由此穿过床层，这种现象称为“沟流”，为流化局部称为“死床”。有时可能消逝局部沟流和局部死床。16沟流和死床产生缘由：床层很薄；颗粒很细、太湿、易粘合成团块、物料颗粒带静电，产生“抱团”；气速过低或气流分布不均匀；分布板构造不合理，开孔率大小不适宜、床内构件阻碍气体流淌等。消退沟流与死床的方法：加大气流速度；假设物料太湿，可进展预先枯燥；分布板开孔率大小不适宜时，可应用小型试验进展检验确定。172〕腾涌流化床内的气泡集合长大，当其直径接近床层直径时，把床层你上的颗粒物料像活塞一样向上托起，到达确定高度以后泵崩裂，颗粒被抛出很高，然后纷纷落下，这种现象称为“腾涌”，又称活塞流。产生腾涌时，床层上下外表压降猛烈波动，床层极不均匀，传质传热很难进展，固体颗粒严峻磨损和带出，设备零件被冲击而损坏。

18腾涌产生缘由：颗粒性质、床层高度和气速等都会引发腾涌产生。当床层高度H0与床径D之比较大时，大颗粒比小颗粒更易产生腾涌；假设H0/D较大而气速较高，也易产生腾涌。消退腾涌的方法：转变床层的高度或设备的直径。通常当H0/D<1、设备比较大(D>1m)或者床层内加设内部构件等，均可防止腾涌。

193.2.4流化质量的评价用以评价流化状态或气体与固体接触状况的好坏。试验争论中，以压力降的波动〔存在沟流、腾涌、大量气泡〕、床内各点空隙率的均匀性、床层料面起伏不公正来推断流化质量的好坏。工业生产中，以产品收率凹凸、副产品多少、产品质量、设备生产效能等指标来推断流化质量的好坏。20

影响流化质量的因素：气流速度、颗粒特性、床层构造、分布板构造与内构件等。流化床中气泡直径越小，分布越均匀；固体颗粒的混合与循环猛烈，则流化质量越好。沟流、腾涌以及气泡直径大、分布不均，都会造成流化质量下降。213.3流化床枯燥器的类型工业上常用的流化床从构造上分，可分为：单层圆筒型、多层圆筒型、卧式多室型、喷雾型、惰性粒子型、振动型和喷动型等。

223.3.1单圆筒流化床枯燥器23单层流化床可分为连续、间歇两种操作方法。单层圆筒型流化枯燥器一般是用于较易枯燥的产品或枯燥程度不严格的产品。由于流化床内粒子接近于完全混合状态，要削减未枯燥粒子的排出，必需延长平均停留时间，需要增加流化床的高度，此时压力损失随着增大。使用温度尽可能高的热空气藉以提高热效率，可以适当减低床层高度。单层圆筒型流化床枯燥器只适宜于枯燥含外表水及对枯燥程度不严格的物料。243.3.2多层振动流化床枯燥器25多层流化床枯燥器可以增加物料枯燥时间，改善产品含水的均匀性，易于把握产品的枯燥质量。但因层数增加，分布板增多，床层阻力增加。同时，物料转移，要保证稳定的流化状态，必需承受溢流装置等，增加了设备构造的简洁性。工作原理：由安装于主机下部的两个振动电机同步反向回转，使安装于其上的多层环状孔板组成的主机产生垂直振动与扭振，从而使物料沿水平环状孔板自上层向下层连续跳动运动。热空气则自下层向上层通过各层孔板穿过物料层，到达物料均匀枯燥目的。特点：节能；枯燥质量高、效果好；投资省；用途广；噪声低；生产效率高。263.3.3圆型流化床枯燥器27特点：在三维振动的单层或多层振动流淌槽中，一边使被枯燥物连续移动，一边将均匀热空气送入每个振动流淌槽，枯燥作业特殊简便。主要特性：可以任意转变被枯燥物的移动速度，适应枯燥速率要求；任意把握枯燥作业的热空气〔或冷风〕风量或风压；连续枯燥作业，可以是单层或多层，组合简便。工作原理：被枯燥物从供给口投入，在流淌槽的沟槽内绕一周，经过连接口进入下一个流淌槽，从排出口排出，变成枯燥物。利用鼓风机将热空气从进风口吹入，通过多孔底部与被枯燥物接触。枯燥作业完毕后，热空气从排气口排出。283.3.4载体喷雾流化床枯燥器29载体流化床枯燥器以圆筒形构造为主，流化床内充填着直径为数毫米的可流化惰性载体，故又称惰性粒子流化床枯燥器。工作原理：在流化床内，空气把载体预热并使载体粒子群处于流化状态，同时由输料泵供料，经喷嘴喷洒到载体外表呈膜状附着，然后分散在流化层内。载体和热空气同时向物料进展传导传热和对流传热使之枯燥。由于载体外表积很大，水分在短时间内被蒸发排出。载体外表残留的固体物料在载体之间的相互碰撞中剥落下来，随空气排出枯燥器外，通过旋风分别器和布袋除尘器与气体分别。特点：降低了喷雾枯燥器的高度，可以对浆状物料和高粘度物料进展枯燥。303.3.5振动载体流化床枯燥器31工作原理：当湿物料参与床内后，在振动载体的作用下沿床内环状空间均匀分布和流化，同时湿物料在载体外表形成湿物料薄膜。湿物料薄膜在热载体的内部作用下和热空气外部作用下快速完成枯燥过程，在载体相互之间碰撞下变干的湿物料薄膜脱落并被粉碎。到达确定粒度后，随枯燥尾气带出枯燥器，由系统后部的除尘设备收集。特点：振动载体流化床借助于载体来流化物料。对于具有确定黏性的液糊状、轻粉状、易于结团的物料，在振动流化床内无法实现良好的流化状态，会消逝死床的现象。在振动载体流化床内，在载体的作用下物料与载体粘附混合，在载体外表形成湿物料薄膜。湿物料在载体的带动下，在床内形成良好的流化状态，同时载体对物料进展预热。323.3.6卧式多室流化床枯燥器33卧式多室流化床，将床层分隔成3—6室，最多可达12室，工作时物料依次通过各室，最终翻过堰板卸出。优点：构造简洁、制造便利，没有任何运动部件；占地面积小，卸料便利，简洁操作；枯燥速率快，处理量幅度变动大；对热敏性物料，可使用较低温度进展枯燥，颗粒不会被破坏。缺点：热效率相对较低；对于多品种小产量物料的适应性较差。抑制缺点的措施：承受栅式加料器，可使物料尽量均匀地散布于床层之上；枯燥器内加工光滑，以圆角过渡为好，消退各室筛板的死角；操作力求平稳。343.3.7振动流化床枯燥器35将机械振动强加于流化床即为振动流化床，使物料在流化的根底上增加床层的振动，让物料有一个