（化学工程专业论文）旋转闪蒸干燥器传热性能及工艺参数研究.pdf

中文摘要 旋转闪蒸干燥器是近年来出现的一种适用于散粒、膏糊状物料的新型气流流化组 合干燥装置，研究其在分子筛干燥方蘧的应用其有重要的实际意义。 本文在前入毳拜究的基础上，从工程应用度出发，以分子筛为物耩，系统遣研究了 分子筛的干燥曲线，并由正交分子筛生产得出了对产品终湿含量有主要影响的各参数 的照箸性顺序，并作出了各参数对产品终湿含晕的影响曲线。结果表明，在影响分子 簿终湿含量酶四个变量( 入目气温、进风速度、迸精速度和搅拌器主辅转速) 中，温 度对于产品的最终湿含量起着决定性作用，物料流量和气体流量也对其有显著影响， 而f 搅拌器的主轴转速仅对其具影响相对较小。 本文还通过对各方面因素的综合分析，提出了剩用旋转闪蒸于燥器于燥分子筛时 豹最佳工艺参数，采用j 线性最小二乘法调蠲s a s 湮t 惑m o d e l 模块建立了对流传热 准数的经验公式。结果表明，旋转闪蒸干燥器干燥分子筛的经验公式为： n u = 1 0 4 7 9 1 0 0 0 0 2 9 4 r e 2 8 4 2 7 7 4 1 r e l 4 0 4 b 。3 8 7 7 它熬应用范围为：1 1 3 5 r e 竖_ 2 1 7 30 。0 0 3 8 8 8 8 _ b 1 0 1 1 6 8 3 同时，获褥了利用旋转闪蒸干燥分子筛的最佳工艺参数： 入口气温：6 3 0 t 6 9 0 轴向风速：。4 0 4 m s 曼u 5 5 7 2m s 进料速度( 湿料) ：0 1 5 1 k g s 墨g s s 0 。3 6 5k g s 搅拌机主轴转速：2 0 0 r m _ _ r s 5 0 0r m 关键词：旋转闪蒸干燥器，分子筛，工艺参数，干燥 a bs t r a c t s p i nf l a s hd r y e r , w h i c hc o m b i n e st h et e c h n o l o g i e so fb o t ht h ef l a s hd r y e ra n dt h e f l u i d i z e db e d ，i sad r y i n ge q u i p m e n tm e r g e di nr e c e n ty e a r s ，a n di tc a nb eu s e di nd r y i n g b u l km a t e r i a l sa n dp a s t e l i k e m a t e r i a l s t h es t u d yo ni t sa p p l i c a t i o ni nd r y i n gz e o l i t ei so f g r e a tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e i nt h ep r e s e n tw o r k ，t h ez e o l i t ew a ss e l e c t e da st h ea i mm a t e r i a l ，a n di t sd r y i n gw i t h s p i nf l a s hd r y e rw a ss t u d i e d 诵ei n v e s t i g a t i o ni n c l u d e dn o to n l yt h ed r y i n gc u r v eo ft h e z e o l i t eb u ta l s ot h ee f f e c to ft h ec o m p o s i t i o n so f z e o l i t e u s i n go r t h o g o n a le x p e r i m e n t s ，t h e o r d e ro ft h ef a c t o r sw h i c he f f e c to nt h ef i n a lm o i s t u r ec o n t e n to fz e o l i t ew a sd e t e r m i n e d ，a n d t h ec u r v e so fe a c hf a c t o ro nt h ef i n a lm o i s t u r ec o n t e n to fz e o l i t ew e r ea l s oo b t a i n e d t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h e r ew e r ef o u rf a c t o r si n f l u e n c i n gt h ef i n a lm o i s t u r ec o n t e n to fz e o l i t e ， a n dt h ef a c t o r sw e r et h ee n t e rt e m p e r a t u r e ，w i n ds p e e d ，f e e ds p e e da n dr o t a t es p e e do ft h e s t i r r e r a m o n gt h e m ，t h ee n t e rt e m p e r a t u r ep l a y e dt h em o s ti m p o r t a n tr o l e ，a n dw i n ds p e e d a n df e e ds p e e dw e r ei nt h en e x tp l a c e 。豫ee f f e c to f r o t a t i n gs p e e do ft h es t i r r e rw a sl e a s t r e l a t i v e l y t h r o u g ha n a l y z i n gt h er e s u l t so fa l lt h ef a c t o r si nt h ep r o c e s so fd r y i n gz e o l i t ei nt h e s p i nf l a s hd r y e r , t h eb e s tt e c h n o l o g i cp a r a m e t e r sw e r ed e t e r m i n e d 。弧oe q u a t i o no f c o n n e c t i v eh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n tw a so b t a i n e db yu s i n gt h el e a s ts q u a r em e t h o da n ds a s p r o g r a m a ne x p e r i e n t i a le q u a t i o nf o rd r y i n gz e o l i t ei ns p i nf l a s hd r y e rw a s n u = 10 4 7 91 0 0 0 0 2 9 4 r e 2 7 s 4 - 2 7 7 41r e q 4 0 a b 3 ，8 7 7 豫l e r el l 。3 5 蜚e 立l 。7 3a n d0 。0 0 3 8 8 8 8 5 b 1 。0 1 1 6 8 3 羽ko p t i m a lp r o c e s sp a r a m e t e r sw e r ed e t e r m i n e df o rs p i nf l a s hd r y e ra sf o l l o w s ： e n t r a n c et e m p e r a t u r e ：6 3 0 t 6 9 0 w i n ds p e e di na x i a ld i r e c t i o n ：4 。0 4 r r d s s u s 5 7 2m s f e e ds p e e dw i t hm o i s t u r e ：0 151k g s g s 3 西 式中：x ：物料干基湿含髓，k g k g 岛：干燥后颖粒直径，m d i p ：干燥前颗粒直径，m f l l o ) p p ：干林jt z t 瓣- x e 。职能- 密度，k g m 3 “：干燥后颗粒密度，k g m 3 3 。气流的运动特性稳态下的气流干燥。气体的密度变化可以忽略，其连续性方程 塾+ 垫+ 丝：0 巩 咖 龙 式中：魄，u y ，分别为气速在x ，舅z 方向上的分量，n g s 运动微分方程( 奈维斯托克斯方程) 为： = f g 专v p + v 9 2 u 式中：u ：气速，m s 蚝：单位质量气流所受的重力，n p ：气体密度，k g m 3 p ：流动总压力，n m 2 v ：运动粘度，燃魂 以动力压力表示的奈维斯脱克斯方程为： d u1 。 瓦p d + v v z u 式中：p d 为气流的动力压力，n m 3 ( 1 1 1 ) ( 1 1 2 ) ( 1 - 1 3 第一章文献综述 。5 。2 气流与颗粒闻的传热 气流干燥的主要传热形式为对流传热，即运动着的流体微团以内能形式携带着能 量嘲处移向另一处蔼进行的热量传递过程。在对流传热过程中，除了热的流动，还 涉及刘流体酶运动、水分翡迁移、温度场与速度场之阆的鞠互作用等。这些因素共同 决定了气流干燥的干燥过程。因此，研究气流与颗粒问的传热，必须注意以下几个方 面： l 。气流的性质：如湿度、密度、糕度、湿度、比热及导热系数等。 2 气体的流动状态：是层流还是湍流，是自然对流还是强制对流。 3 颗粒的性质：如密度、大小、形状、粒度、分布及与气流的质量比等。 4 设备的因素；如几何形状、大小及位置等。 由于气流干燥中豹气固抟热通常是在湍流状态下进行的，是最复杂的传熟过程之 一，所涉及的因素极多，因此很难建立一个统一的通用公式来表达各种条件下的对流 传热。目前工程上主要还是根据分子筛生产来确定各种情况下的对流传热系数。常用 的方法是将众多的物理量组合成若干准数，然后用分子筛生产确定这些准数问的关系， 即可建立不同情况下的对流传热系数的关联式。在气流干燥中，常耀的准数有： 雷诺准数：r e = d p u ，p g ，表示流动状态 普兰德准数：嗡k ，表示流体物性 努塞尔准数：n u = 嫩，表示对流传热系数 式中：k ：气体导热系数，w ( m ) ：气体粘度，p a s q ：气体的定压比容，k j ( k g ) u ，：气霉娟对速度，m s a ：对流传热系数，w ( m 2 ) d d ：颗粒直径，m 根据前人的研究，在颗粒进入等速运动段时，氇为定傻，可采用单个颗粒在气流 流动中的传热关联式。对于空气水体系，郄： n u = 2 。o 十o 5 4 r e l 陀 ( 1 14 ) 而在颗粒的加速运动段，不仅颗粒的浓度较大，而且颗粒的有效传热面积和传热 系数也在不断变化。对这一阶段传热关联式的研究，只熊根据不同昀干燥物辩及干燥 介质的性质、温度而建立适合不同条件的传热准数关联式。其n u 与r e 的大致关系如 表1 。2 所示o 第一章文献综述 表1 - 2n 。与的关系 t a b l e l - 2r e l a t i o n s h i pb e t w e e nn ua n dr e 4 0 0 r e 13 0 0 n u = 0 9 5 xi 0 4 r e 2 l s 3 0 r e 4 0 0 n u m a x = o 7 6 x r e o 6 s 1 6 旋转闪蒸干燥器的结构及原理 旋转闲蒸干燥是气流干燥的一静。旋转闪蒸干燥器是一种气流在于燥室内旋转运 动并带有下搅拌器的气流干燥装置，也叫旋转气流快速干燥器，是本课题采用的分子 筛干燥设备。 6 旋转阑蒸干燥器的主要结构及功用 旋转闪蒸干燥器由气流分布器、干燥管、下搅拌器、分级器( 淘析环) 和螺旋进料 器等构成( 图1 1 ) 。它们对于旋流干燥的工艺过程及最终的干燥产品有着不同程度的影 响。 圈l 。1 旋转闵蒸干燥器篱图 f i g u r el ld i a g r a mo fs p i nf l a s hd r y e r 第一章文献综述 ( 1 ) 干燥管 干燥管亦即物料的干燥室，它的下部与气流分布器和f 搅拌器相接，上部装有淘 析环，出口处则连接旋风分离器。在干燥管内，大致分为髓个气流干燥区：设备底部 为闪蒸干燥区、沿干燥管肇附逝为势流区( 气流质点只作简单圆周运动，没有绕自身轴 线的转动) 、干燥器的中心部位为圆形旋涡区( 此区域内的流体质点像刚体一样绕自身 中心旋转) 、靠近淘析环楚为淘析区。热风和物料从干燥管的底部进入，在干燥管内混 合并干燥，干燥籍的产品及尾气进入旋风分离器进行分离。 ( 2 ) 气流分布器， 如图1 - 2 所示： 气流分布器囱个导气轮和个蜗壳进豳或者是一空心旋转蜗壳和环形挡片所 组成。导气轮对气流切向速度在干燥室内沿径向分布的影响很大。如果没有导气轮， 则气流切向速度在器壁附近很大，而在干燥室中心附近很小，不能充分发挥干燥室整 个圆截面的作用。若设置导气轮，则可使气流切向速度沿径囊分布较为均匀，有助予 提高产品的质量和产量。环形挡片是对干燥室内的气流切向速度的大小有着重要影响。 在环形挡片的下部和旋转蜗壳之间留有一个间隙，称为环形底隙，通过环形底隙的环 隙速度的大小直接影响着干燥室内的气流切向速度。通常喂入干燥室底部的物料均为 不等径颖粒，因此在同一个甥淘速度下，颗粒群中的每一个粒度的颗粒都处在各自不 同的运动状态中。每一种粒度的固体颗粒都脊自己具体的携出切向速度，称为临界切 向速度( u 鲥) 。当气速小于u g 。i 时，相应粒度的固体颗粒不能被气流携出室外，只有当 气速大于u 嚣i 时，楣应粒度的固体颗粒才笼被气流携出室外。对整体颗粒群来讲，也存 在一个整体临界切向速度( 。) 。如果气流切恕速度低于l l 鼗。时，只有憔界切向速度小 于u 鲇的那部分固体颗粒随气流进行旋涡运动并被携出室外，而其他固体颗粒只能上升 到一定高度，然后自行落下。随着气速的增加，越来越多的固体颗粒随气流进行旋涡 运动，最后当气速超过临界气速毽时，整体额粒群进入旋涡运动并被携出于燥室外。 筇一章文献综述 ( 3 ) 下搅拌器 图i - 2 气流转布器 f i g u r e1 - 2a i rc u r r e n td i s t r i b u t i o na p p a r a t u s 下搅拌器的主要功能是搅拌和粉碎物料团块，使之便于流化，增加传热传质的表 鬣积。物料落到搅拌桨上之后，基于高速搅搀作用使物料破碎、松散和抛起。这时，物料 既有因旋转造成的离心运动，又有落到锥面一t 后反射向上的抛起运动；既有沿锥面向下 滑动，又有被通过环形底隙的高速旋转气流吹散的运动。而上部搅拌叶片倾斜布置又可 使物料产生强迫巍上的抛起运动。这些运动过程加热风作用，使物料分散和流化。 搅拌器的机械冲击力加上热空气的湍流使由于重力及沉降速度较大两落至l 干燥室 底部的又湿又重的团块状物料分裂而成为较小的团块，并进一步使小团块之间相互碰 撞、粉碎，最终成为粒度不大的颗粒。搅拌器的机械力和热空气的气体力使物料始终 处于均匀的流化状态之中，一是达到麓被气流所携带的粒度，就同气流一起作螺旋运 动并被带出干燥室外。 ( 4 ) 分级器 分级器又叫淘析环，一般装在于燥室干燥室的顶部或中上部。它斡内径的大小， 不仅影响着产品的粒度大小，也影响着产品的最终湿含量3 l 。如上所述，由于热风在 干燥室里同时作切向运动和轴向运动，所以物料颗粒在于燥室里以一定的半径沿螺旋 线上升。对予覆燕稍大魏粒子，由于所受的离心力较大，因此港较大的半径终螺旋运 动，而质量小的粒子则在较小的半径上作螺旋运动。物料颗粒在上升的过程中，受到 分级器的阻挡，粒度小的颗粒可以顺利通过，而粒度大的颗粒则被挡回干燥室内，重 新进行破碎干燥。这样，一方面馒颗粒较大的和含湿量较大的物料进一步松散和流化， 另方面较小的和含湿量小的颗粒可逶过分缀环底翻进入圈收室。因此，分级巧对物料 的分级、细化和提高干燥成品质譬是十分有利的。能通过分级器的物料的粒度随着分 第一章文献综述 级器半径的藏小褥减小。毽当分级器半径减小剿一定程度籍，产品的粒度反两会加入。 这是由于分级器半径减小使轴向风速加人，导致物料颗粒旋转上升的半径减小，从而 使通过分级器的物料的粒度增人，因此，对台干燥器和一种具体的物料来说，分级 器的直径有一个最佳值。分级器直径过大，不能满足产品对粒度、湿度的要求，丽如 果分级器直径过小，不但不能满足产品对粒度、湿度的要求，还会弓| 起过高的压力降 或是产品过度干燥。 1 6 2 旋转闪蒸干燥器的工艺流程 空气经鼓风机进入加热装鬣，经加热后窟接或间接从干燥器底侧面切向进入闪蒸 干燥机，形成高速低压的旋转喷动气流。物料经螺旋加料器进入干燥管下降与热气流 相遇，进行传热传矮过程，水分逐渐除去，物料得到干燥。尾气经旋风分离器、袋式 分离器两次气露分离后，由弓| 风机将尾气排到大气，丽产晶分别经旋风分离器、袋式 分离器底部，经卸料器排到产晶贮槽。 1 6 3 旋转闪蒸千燥器的工作原理 旋转闪蒸干燥机是连续工作、传热传质同时进行的对流干燥过程。干燥过程中所 需新鲜空气，由过滤器吸入，经过空气加热器加热后进入热风分布器，并以很高的气 速照下旋转两上进入干燥塔，与湿物料充分接触进行干燥。物料经双螺旋加料器进入 旋转流纯干燥室与热空气接触对流换热，表面迅速干燥，物料中的小颗粒随上旋气流 呈螺旋状上浮。而设在干燥器底部的搅拌器则由搅拌电机驱动，不断地粉碎向下落入 闪蒸干燥室的具有较大沉降速度的大颗粒。因而物料表面不断更新，热空气与湿物料 接触嚣不断扩大，极大地加快了传热速度。因此，在大颗粒下落的过程中，不仅具鸯 由于水分的蒸发丽使颗粒闯的结合力消弱的过程，而盈还具有经搅徉卧片的冲击破碎 及与沿环形底隙进入的高速旋转气流相遇，因而形成两相间较大的相对速度的过程。 由于气流对固体颗粒的强烈剪切，旋转湍动作用，促使传热传质边界层减薄，增大传 热传质系数。伴隧湿份静迅速蒸发，同时囊于颗粒闻的相互碰撞、摩擦及机械搅拌和 湍动气流的混合作用下，湿物料迅速被干燥成球状或不等径的颗粒并迅速微粒化，增 加了气固相问的接触面积，并随热空气被送入干燥塔上部的分级器。由于气流以很高 速度由底隙进入倒锥形流动空闻，由下向上流逶面积由小变大形成气流的速度梯度。 不等径颗粒分别在不同的高度悬浮，增加了停留时闻，在传热传质推动力的作用下， 物料中的非结合水迅速蒸发从而在粉碎闪蒸干燥室形成加速干燥段。伴随湿份的蒸发 与颗粒的微粒化，小颗粒沿干燥管肇呈螺旋状上升，与管壁产生摩擦而使粒子继续微 粒讫，在气流的作用f 使粒子流化呈螺旋状上升边输送边于燥，增麴了粒子运动的路 径，延长了气固相接触时间，从而降低了流化干燥室的高度。在旋转流化干燥室中， 第一章文献综述 粒子链子悬浮和旋转状态，在熏力，离心力和流体受力为主的作用f ，不同粒径的粒 子以不同的轨道半径运行。较大半径的粒子在靠近管罐处向 运动，在分级器的阻挡 下以较大的沉降速度落回粉碎闪蒸干燥室，并重复上述过程。较小粒经既成品粒度的 粒子通过分级环进入回收室，与尾气一起经逝口到后部气圈分离设备产毽合格的干燥 粉状产品。 1 6 4 旋转闪蒸干燥器中的主要技术参数 ( 1 ) 于燥分质的温度 为强化干燥过程和提高经济性，干燥介质的温度宜保持在允许的最高温度内，同 时应考虑到物料本身的物性不受影响以及热源的供热能力。干燥机的出翻温度是极为 重要的参数，过高，囊干燥枫的热效率低，且对二级回收袋滤器的滤袋奉季质要求高； 过低，则会在干燥机后部设备( 旋风分离器或袋式分离器) 和管道中析出冷凝水，影响 干燥工艺的正常进行。一般情况下，出口气体温度应比进口气体的露点温度低2 0 - - - 5 0 左右，通常通过调节进料量和气体入口温度进行严格控制。 ( 2 ) 干燥系统内的压降及压力分布 旋转闪蒸干燥机是物料在机内瞬间快速于燥，因此要求机内呈微负鹾，通过通过 调整孳l 风机和鼓风机风量可调整干燥机内酶悉力。搅拌式旋转气流干燥桃在机内受压 状态下工作，干燥效果可得到保证。一般情况下，干燥机进风口压力应控制在3 0 0 0p a 范围内。所以，在进行干燥系统设计时，必须满足干燥机进风口处的压力要求。另外，在 干燥机使用过程中，对于燥系统隘力变化也应随时检查稠控制。系统压力翳变化主要取 决于袋滤器的清灰方式，目前因内大多数厂家采用机械圈转反吹袋滤器，由于梯形扇 布袋较长，清灰频率较低，使用一段时间后由于粉尘的吸附，压降逐步增大，因此应 随时监控。 干燥管态旋转气流的蘧力分布，可以由柏努利方程有： 2 p = p b p ! l ( 1 1 5 ) 。 2 式中：ib - 于燥室器蹙处压力豫 u g t ：气流切向速度 m s p ：气体密度k g m 3 式( 1 1 5 ) 表明，干燥室器蹙处压力最大，压力随着管径的减小而降低。在势流区 菊一章文献综述 和躐形旋涡区交界处，势漉区的切向速度帮圆形旋漏区的坊囱速度均达剑最人值陵榛 等，设其值为u g t m ，则此处的压力值p m 为： 2 p m = p b p 睾 ( 1 一1 6 ) 已 旋转中心处的压力为： 2 p m = p b 一2 p 睾 ( 1 1 7 ) 厶 式l 一1 6 ) 表明，势流区和圆形旋涡区交界处的压力比干燥室器壁处的蘧力低的多， 其麓值为该处的动压头。式( 1 1 7 ) 则表明旋转中心处的压力最低，比壁面压力低两倍动 压头。分子筛生产也表明，当下搅拌器不动时，干燥室中心压力最低，有一定的抽吸 作耀。蓊在分子筛生产过程中剩发现，如采毒湿裼辩霞块落爨搅搀器中心，会滞蟹很 长时问。 ( 3 ) 气流速度 空气经热风炉加热后沿切向以一定的速度进入集气室，再沿气流分布器内的环形 底隙进入粉碎闪蒸干燥室，由于截面变小风速增大动能增加，在底部倒锥形空间自下 而上旋转上升，同时压力呈微负压，使湿物料快速闪蒸干燥。通过环形底隙的环隙速 度的大小至为重要，它不仅壹接影响羞于爆室内的气流切逡速度，丽鼠决定了固体物 料颗粒的运动状态。因此其速度选择既要保证形成较强的旋转气流又要保证物料干燥 所需时间。一般取在3 0 - - 一6 0 m s 。通过调节环隙的高度来确定风速。熟风沿螺旋线上 升，轴向速度使物料流化。轴向速度过小，物料吹不起来：过大，物料未干既被热风带 走达不到质量要求。一般轴向速度取在2 5 - 5 m s ，或通过分子筛生产实际确定。 1 6 5 本课题的研究出发点及主要内容 由于旋转闪蒸于燥器是近年来方出现的新型干澡器，人们对它的传热性藐及结构 研究均比较少，各种文献对这方面的报道也比较少。国内除天津大学在这方面以化工 原料为物料做过定的研究外，基本上没有人再对此做进步的深入系统的研究。因 此，本课题将以分子筛产品为物料，对旋转闪蒸干燥器的传热特性及结构作初步的探 索帮研究。 本课题的主要研究内容是温度、风速、进料速度及搅拌机主轴转速对生产过程的 影响。同时，对传统的旋转闪蒸干燥器结构进行了改进，增加了一部分扩散段，对热 畿的翻用率作了进一步的研究。本论文还将遴过对分子筛生产数据的分撅、回归，得 出对流传热准数关联式和生产中的最佳匹配参数，为工程设计及实际生产提供参考。 第_ 章旋转| 人j 蒸干燥气内气固两相流的运动 第二章旋转闪蒸干燥器内气固两相流的运动 旋转闪蒸干燥是气流干燥的种，上章所述关于气流于燥的通用的运动公式及传 热公式均适用予旋转闪蒸干燥，僮由于闪蒸干澡自身的性麓和结构，它又有一些有别 于其它气流干燥形式的独特的流体力学公式和传热公式。 在旋转闪蒸干燥器中，气流与颗粒悬浮物同时做旋转运动。由于受离心力场的作 用，物料颗粒被惩向器壁，鬏粒与鬏粒之阉、鬏粒与器壁之闻彼此碰撞，气流与颗粒 间的相对运动速度及两相接触面积都大于重力场，极大的强化了传热传质的过程。 2 1 旋转闪蒸干燥器的流体力学经验关联式 2 。 。童气流在于燥管内的速度分布 气流在干燥管中螺旋上升的速度可分解为切向速度、轴向速度和径向速度。这三 个速度当中，以切向速度最为重要，它代表着气流携带圈体颗粒的能力，以及使固体 颗粒生成离心力的熊力。善前擞据奈维一薪托克额方程、连续性方程，以及相应边界 条件而提出的旋流型设备内的气流运动的解析解为： 1 ) 轴向速度： w + _ z + f i r * ) 式中：f ( r ) 一o c o + o 【1 ( r ) 2 + c c 2 ( r ) 4 + a 3 ( r ) 6 z * - - ! - z z o ，- - r g ( z ) 式中：z o 为设备的圆柱段高度 ( 2 ) 切向速度： u g t = ! rh 刮 式中：c 为最大漏流强度 r e 为物料旋转核心的半径，表达式如下： r1 i ，2 r c = t 一罔； l 一2l 6 ( 2 - 1 ) ( 2 2 ) ( 2 - 3 ) ( 2 - 4 ) ( 2 5 ) 第二二章旋转闪蒸干燥气内气固两相流的运动 沿程压力降： a p = kp g u i n 2 式中：k 为实验常数 ( 2 6 ) 以上诸式都是在典型旋流场中导出的，对于具有不同结构形式的各类旋转闪蒸干 燥器，由于结构的原因会存在定的差异。 因此，根据文献f 玎，在旋转闪蒸干燥器内的旋转气流场中，切囱速度的分布规德 为： u g t 辟k ( 2 - 7 ) 式中：k 是豳旋转气流的边界条件所决定的常数 1 1 是对流粘性流体的特性指数 n = 0 5 5 。0 6 5 ( 推荐) 轴向速度分布规律为： u 2 = c o f 。w l l 一，l 式中：c oc l 为积分常数，n 为旋转特性指数 lr 2 锄 c o _ 君- 乞fr 卜” 尺p ” ( 1 一朋) ( 3 一力2 ( 1 职) c t 篙 式中：l ：进气量 m 3 s r ：干燥室半径m ( 2 8 ) ( 2 9 ) ( 2 - 1 0 ) 第：二二章旋转闪蒸干燥气内气固两柏流的运动 u z h 干燥室器璧处的轴向速度 m s 静压分布为： 圆形滚涡嚣： p i = p h + p k i 2 2 ( r - 2 n 2 _ r m - 2 n 2 ) + 去p k n 2 ( r m 心n 2 r - 2 州) z 刀2z 力l 壁面附近准势流区： p l = p h + i lp l 始2 c , - 2 n 2 1 m - 2 n 2 ，x 式中：p h 为器壁处的压力 ( 2 - 1 1 ) ( 2 - 1 2 ) 气流螺旋上升时，由于气流摩擦与结构隰力，旋转气流的最大切向速度值，随藩 气流上升高度的增加而减少，高度越高，切向速度最大值越小，同时切向速度沿径向 分布也越均匀，直至气流不再旋转( 切向速度为零) ，成为普通直管气流为止。并且， 根据蓠人关于加入的圆体颗粒熬浓度对压力降及切逸速度的影璃的研究，在颗粒浓度 为0 2 5 0 咖3 的范围内，切向速度明显随加入固体颗粒的浓度增加而减少，轴向速 度变化不大。在雷诺数r e = 6 2 4 1 0 珥1 0 5 1 0 。的范围内，下列速度分布经验式普 遍适用弱。 切向速度经验关联式： ( 尝) ( 3 咚也1 3 x1 0 r e + 3 。0 6 干燥器下部阻力系数表达式为： 鼍l - - 6 8 9 1 0 4 r e m 7 8 轴向速度经验关联式： 丝- - 0 1 l ( 三) l 3 0 + 0 9 2 4 0r 2 。 。2 颗粒在于燥管内的运动特性 物料在干燥管内的运动过程，对干燥过程的传热影响很大。颗粒与气流之间相对 速度越大，传热效果越好。在旋转闪蒸干燥器中，物料受力非常复杂，除受重力、惯 性力、曳力、壁隧摩擦力乡 ，还受压力梯凄力、b e s s e t 力、m a g n u s 力、s a f f m a n 力等。 其中，气流作用于颗粒上的带占性阻力对于两榴流动、传热传质都有十分重要的作用。 筇 ” l i 1 一 _ 弘 弘 沼 第：章旋转闪蒸干燥气内气固两相流的运动 影晌阻力的因素衷现在疆力系数巾，嚣前应用较广的阻力系数关联式如袭l 一3 所示。 另外，还有一些研究者6 1 提l 叶 的不同形式的阻力系数关联式如k l y a c h k o 关联式： 芒= 一2 4 ( 1 + 1 r 2 s 3 ) r e 2 0 0 。 r e6 , 赋= 2 4 r e + 4 - r e o 5 + o 4 ( 2 一1 6 ) ( 2 1 7 ) 对颗粒在于燥管的运动和受力进行分析时，若仅考虑惯性力p 曳力及壁面摩擦力 等，燹| 下到方程可以用来表示气、固速度与各种力之间的关系玎1 ： m p ( 1 + x ) u p 缸华魄嘏巧m p ( 1 + x ) u p 2 n ( 1 )弘1 8 ) 式中：l l g 式中：i g 为气流加速段管长 对于颗粒在旋流场中的运动，则有 m p i d u p - | 半+ 学p 刊十硝- p d i p 3 ( p 蕊) * c o - 啦吾m p i 2 l 丁+ 矿l 魄一砌ll 十 弋魄一坳m l g u q 蛳 将气流速度分布规律带入上式，即可用差分法对颗粒的运动速度和运动轨迹进行 计算求解。前苏联学者考虑到离心力及壁瑟的反作用力，提爨颗粒的切囱运动方程为， m 等= 7 r 4 d 2 t ( u g - u p ) 2 刚警 c 2 珈) 式中：、l ，为阻滞颗粒运动的综合系数。 令k _ 蛾，则气固相对速度m 为： 萨鼯u g ( 2 2 1 ) 八十年代蓠苏联学者8 1 在对螺旋式于燥器进行研究时，引入了滑动系数i ( i - - - u ；u ，) 的概念以便于根据气速估算颡粒速度。并且，以石英砂、硅胶等为物料得 第一二章 旋转闪蒸干燥气内气同两栩流的运动 刘关联式： i = 5 1 0 3 r e o 。l s f r o 1 8 u o 1 2 ( 一ps ) o 2 7 pg ( 2 2 2 ) 颗粒在于燥管内旋转上秀，必然会与管壁发生碰撞。磁撞的结果是颗粒的运动发 生变化，不仅颗粒速度的大小和方向都改变了，而且颗粒所携带的的能量也发生了变 化。目前对于这方面的研究还不是很深入，文献中的部分公式尚停留在理论推导上， 没蠢分子筛生产数据的支持。根据分子筛生产数据回归的颗粒碰撞前后的速度公式则 有： 垃= 1 0 0 419 5 1 3 1 0 。4 9 9 4 1 3 1 2 + 0 2 9 2 1 3 1 3( 2 2 3 ) u n l 堕= 1 0 - 2 。1 2 1 3 l + 3 0 7 5 5 1 3 1 2 - 1 1 参1 3 u t l 式中：u a l ：颗粒碰壁前的法向速度，m s 龇：颗粒碰壁后的法南速度，m s u t l ：颗粒碰蹙前的切向速度，m s 地：颗粒碰壁后的切向速度，m s p l ：颗粒碰罐前速度与壁面切向之间的夹焦，。 ( 2 - 2 4 ) 郭光红傍1 经过对上式的进一步分析，推导出颗粒碰壁前后的轴向速度和圆周切向 速度：上述各关联式均是在定条件下褥出的关子气流和颗粒受力及运动的经验公 式，对于本研究具有一定的参考价值和指导意义。 u p z 2 = i l t 2 木s i n ( a r c t g ” ) 铖1 毽p 1 2 = 枣e o s ( a r c 蟾兰竺) d t l 式中：u p z l ：颗粒碰壁前的轴向速度，m s 靴：颗粒碰壁后豹轴向速度，m s u p t - ：颗粒碰壁前的圆周切向速度，m s ；颗粒碰壁前的圆周切向速度，m s 2 2 旋转闪蒸干燥器内物料与气流之间的传热 ( 2 2 5 ) ( 2 2 6 ) 第二章旋转闪蒸干燥气内气同两相流的运动 2 。2 。 对流传热准数 旋转闪蒸干燥的主要传热形式为对流传热，在传热的同时存在着传质，二者互相 依存，互相制约。此干燥过程是最复杂的气圈对流传热，同时包含以下三个过程：固 体颗粒内部的热传导霹承分的迂移；穿过气縻界瑟的热质传递；气桷中的对流帮传导。 对于这一过程的研究，集中体现在对流传热准数上。 由于旋流中固体颗粒的运动情况较为复杂，不论是分子筛生产观测还是理论模拟 都缀困难，因此介缨旋流传热准数关联式的国内外文献不是很多，并怠大都是在b i ( b l o t 准数) 0 1 的情况下获得的，两且假设围体内部热隘很小，温度梯度也很小，对 流传热的热阻起控制作用。前苏联的学者在对涡流干燥器进行研究后，得出努塞尔准 数n u 的关联式为为： n u = 0 。8 1 0 - 6 r e 2 6 f 2 2 7 ) 及后来的： n u = 2 均。3 5 r e o 5 6 p ，3 5 + o 。3 3 r e o 5 1 p r 0 3 3 ( 2 - 2 8 ) s c y e n “0 1 用热平衡法对旋转流型设备内气固传递准数关联得下式： n u = 1 3 0 0 ( ( 孕炽些旦) 。4 1 p r l 乃 ( 2 - 2 9 ) - d e g 瓣 式中：d c ：设备壹径，m d p ：颗粒直径，m f s ：溺裰质量流率，k g s f g 气相质量流率，k g s v ：进强气速，m s 我国学者在这一领域里的研究也颇有建树，钱树德教授及硕士研究生1 在对旋 转闪蒸干燥器的传热研究中，采用文献中的滑移系数关联式，考虑固棚浓度的影响， 根据环形徽元体瀚热平衡，通过对物料沿干燥器轴线的漫含量及粒度分布等数据的# 线粼回归得到： n u = - 0 9 3 7 + 0 13 3 r e o - 6 2 2 _ 0 。0 4 2 r e 1 2 8 5 b g o _ 7 9 0 ( 2 3 0 ) 式中：r e ：以空塔气速表征的雷诺数，2 2 r e s _ 1 8 9 第j ：章旋转闪蒸干燥气内气阎两柏流的运动 b g ：圜气质量比，0 0 17 _ b g s 0 。0 8 6 3 ，k g k g 九六年郭光红的1 以淀粉为物料，通过对生产数据的回归，得出干燥室中上部的对 流传热准数关联式： n u = 0 0 0 0 4 8 r e r l s 6 3 4 p r o 5 7 6 3 u m 鲥8 5 6 式中：r e r - 以气固相对速度表征的雷诺数 u m - - - - 干燥器内霞气质量魄，k g k g 2 2 2 对流传热系数 ( 2 - 3 1 ) 知道对流传热准数可以计算对流传热系数，蔼根据对流传热系数也可以关联出对 流传热准数。对流传热系数是工程上