设备管理_干燥原理及设备概述

1 第3章流化床干燥 华中农业大学工学院 2 3 3 1概述 3 1 1流化床干燥概念流化床干燥器是流态化原理在干燥中的应用 在流化床干燥器中 颗粒在热气流中上下翻动 彼此碰撞和混合 气 固间进行传热 传质 以达到干燥目的 由于干燥过程中固体颗粒悬浮于干燥介质中 因而流体与固体接触面较大 物料剧烈搅动大大地减少了气膜阻力 因而热效率较高 流化床干燥装置密封性能好 传动机械又不接触物料 因此不会有杂质混入 4 3 1 2流化床干燥器的分类 目前国内流化床干燥装置 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 从被干燥的物料来看 大多数的产品为粉状 颗粒状 如谷物 晶状 被干燥物料的湿含量一般为10 30 物料颗粒度在120目以内 5 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容易干燥的产品 或干燥程度要求不很严格的产品 6 多层流化床干燥装置与单层相比 在相同条件下设备体积较小 产品干燥程度较为均匀 产品质量也比较好控制 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干燥 7 多室卧式流化床干燥机 8 振动流化床干燥机 9 喷动流化床干燥机 10 3 1 3流化床干燥的优点 1 物料和干燥介质接触面积大 同时物料在床内不断地进行激烈搅动 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 从而避免了产品的任何局部的过热 所以特别适用于某些热敏物料干燥 3 在同一设备内可以进行连续操作 也可进行间歇操作 4 物料在干燥器内的停留时间 可以按需要进行调整 所以产品含水率稳定 5 干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 维修工作量较小 11 3 1 4流化床干燥的缺点 1 被干燥物料颗粒度有一定的要求 一般要求不小于30 m 不大于4mm为合适 当几种物料混在一起干燥时 各种物料重度应当接近 2 由于流化干燥器的物料返混比较激烈 所以在单级连续式流化干燥装置中 物料停留时间不均匀 有可能发生部分物料因停留时间过短而干燥不充分 部分颗粒因停留时间过长而过分干燥 12 3 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 床层上下表面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 床层上下表面的压力降近似等于单位面积床层上物料的实际重量时 颗粒开始松动 床层高度略有膨胀 床层空隙率 也略有增加 13 2 流态化阶段 流体速度进一步提高 物料颗粒开始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 在床层顶部有一基本水平料面 重度较小的颗粒飘浮其上 若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 0 14 3 输送阶段 若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 床层颗粒减少 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 若流体的速度稍高于带出速度 颗粒则被流体带走 15 3 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 0和气体流速u0的均匀物质 2 气泡相包含所有过量气体并且几乎不含粒子 此时气泡迅速穿越粒子相 对流化床行为有很大影响 气泡的产生 开始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迅速变大 16 3 2 3流态化床中的不正常现象气 固系统流化现象及其复杂 经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 某些部分被气流吹走成一条 沟道 气体由此穿过床层 这种现象称为 沟流 为流化部分称为 死床 有时可能出现局部沟流和局部死床 17 沟流和死床产生原因 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 分布板结构不合理 开孔率大小不合适 床内构件阻碍气体流动等 消除沟流与死床的办法 加大气流速度 若物料太湿 可进行预先干燥 分布板开孔率大小不合适时 可应用小型试验进行检验确定 18 2 腾涌流化床内的气泡汇合长大 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 达到一定高度以后泵崩裂 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 床层上下表面压降剧烈波动 床层极不均匀 传质传热很难进行 固体颗粒严重磨损和带出 设备零件被冲击而损坏 19 腾涌产生原因 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 若H0 D较大而气速较高 也易产生腾涌 消除腾涌的办法 改变床层的高度或设备的直径 通常当H0 D1m 或者床层内加设内部构件等 均可防止腾涌 20 3 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 实验研究中 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 床层料面起伏不平等来判断流化质量的好坏 工业生产中 以产品收率高低 副产品多少 产品质量 设备生产效能等指标来判断流化质量的好坏 21 影响流化质量的因素 气流速度 颗粒特性 床层构造 分布板结构与内构件等 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剧烈 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 22 3 3流化床干燥器的类型 工业上常用的流化床从结构上分 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 23 3 3 1单圆筒流化床干燥器 24 单层流化床可分为连续 间歇两种操作方法 单层圆筒型流化干燥器一般是用于较易干燥的产品或干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 要减少未干燥粒子的排出 必须延长平均停留时间 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 单层圆筒型流化床干燥器只适宜于干燥含表面水及对干燥程度不严格的物料 25 3 3 2多层振动流化床干燥器 26 多层流化床干燥器可以增加物料干燥时间 改善产品含水的均匀性 易于控制产品的干燥质量 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 必须采用溢流装置等 增加了设备结构的复杂性 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跃运动 热空气则自下层向上层通过各层孔板穿过物料层 达到物料均匀干燥目的 特点 节能 干燥质量高 效果好 投资省 用途广 噪声低 生产效率高 27 3 3 3圆型流化床干燥器 28 特点 在三维振动的单层或多层振动流动槽中 一边使被干燥物连续移动 一边将均匀热空气送入每个振动流动槽 干燥作业非常简便 主要特性 可以任意改变被干燥物的移动速度 适应干燥速率要求 任意控制干燥作业的热空气 或冷风 风量或风压 连续干燥作业 可以是单层或多层 组合简便 工作原理 被干燥物从供给口投入 在流动槽的沟槽内绕一周 经过连接口进入下一个流动槽 从排出口排出 变成干燥物 利用鼓风机将热空气从进风口吹入 通过多孔底部与被干燥物接触 干燥作业结束后 热空气从排气口排出 29 3 3 4载体喷雾流化床干燥器 30 载体流化床干燥器以圆筒形结构为主 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干燥器 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 经喷嘴喷洒到载体表面呈膜状附着 然后分散在流化层内 载体和热空气同时向物料进行传导传热和对流传热使之干燥 由于载体表面积很大 水分在短时间内被蒸发排出 载体表面残留的固体物料在载体之间的相互碰撞中剥落下来 随空气排出干燥器外 通过旋风分离器和布袋除尘器与气体分离 特点 降低了喷雾干燥器的高度 可以对浆状物料和高粘度物料进行干燥 31 3 3 5振动载体流化床干燥器 32 工作原理 当湿物料加入床内后 在振动载体的作用下沿床内环状空间均匀分布和流化 同时湿物料在载体表面形成湿物料薄膜 湿物料薄膜在热载体的内部作用下和热空气外部作用下迅速完成干燥过程 在载体相互之间碰撞下变干的湿物料薄膜脱落并被粉碎 达到一定粒度后 随干燥尾气带出干燥器 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 对于具有一定黏性的液糊状 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 会出现死床的现象 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 在载体表面形成湿物料薄膜 湿物料在载体的带动下 在床内形成良好的流化状态 同时载体对物料进行预热 33 3 3 6卧式多室流化床干燥器 34 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 最后翻过堰板卸出 优点 结构简单 制造方便 没有任何运动部件 占地面积小 卸料方便 容易操作 干燥速率快 处理量幅度变动大 对热敏性物料 可使用较低温度进行干燥 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 克服缺点的措施 采用栅式加料器 可使物料尽量均匀地散布于床层之上 干燥器内加工光滑 以圆角过渡为好 消除各室筛板的死角 操作力求平稳 35 3 3 7振动流化床干燥器 36 将机械振动强加于流化床即为振动流化床 使物料在流化的基础上增加床层的振动 让物料有一个抛掷和松动的过程