第11章流化床干燥.doc

第11章 流化床干燥1流态化技术基础1.1流态化现象图111 流化床示意图设有一圆筒形容器，在容器下部安装一块筛板，称为气体分布板，在分布板上堆积一层固体颗粒（图111）。当气速较小时，固体颗粒处于静止状态，气体通过颗粒间隙流过床层，此床称为固定床，此时床层压降随气速的增加而加大。当气速增加到压降刚好平衡床层颗粒的重力时，床层开始膨胀而流化，此时的气速称为初始流化速度。当再增大流速时，床层总压降不再变化，此流化状态称为散式流化。当进一步提高气速时开始出现鼓泡，压强波动明显（如图112），此称鼓泡床，并称为聚式流化。对于细长的流化床，进一步提高气速，导致气泡在上升过程中进一步长大而接近床截面尺寸，形成气栓，此气栓像活塞一样向上移动，直至表面气栓破裂，此时压降出现有规律的脉动，此现象称为腾涌或节涌流态化。随着气速进一步提高，床层湍动加剧，气泡尺寸变小，床层表面变得比较模糊，此称湍动流态化。再继续提高气速，颗粒挟带随之增加，至某一临界速度，这时在没有颗粒补充的情况下，床层颗粒很快被吹空。如果有新的颗粒不断补充进入床层底部，这种操作可以不断维持下去，这种流化状态称为快速流态化，又称循环床或快床。再继续提高气速，流态化将进入稀相气力输送区域。图112 气固流态化中各种流体力学流型的特征示意图上述随气速的提高出现不同流态化状态并非所有不同颗粒都会发生，对于工业流化床而言，通常在散式流态化区操作，腾涌和节涌在工业操作中被视为非正常现象。颗粒性质对流化行为的影响，由Geldart对颗粒的分类可作说明：（图113）图113 Geldart颗粒分类法C类颗粒属粘性颗粒或超细颗粒，一般平均粒度在20m以下。这类颗粒由于粒径很小，极易导致颗粒的团聚，极难流化。A类颗粒为细颗粒，具有较小粒度（30100m），表观密度也较小（1400kg/m3）。A类颗粒的初始鼓泡速度明显高于初始流化速度umf。如FCC（催化裂化催化剂）。B类颗粒称为粗颗粒或鼓泡颗粒，具有较大的粒度（100600m）及表观密度（14004000kg/m3），其初始鼓泡速度与初始流化速度相等，气速一旦超过初始流化速度床层内即出现两相，即气泡相和密相，密相中气固返混较小，如砂粒。D类颗粒称为粗颗粒，一般平均粒度在0.6mm以上，该类颗粒流化时易产生极大气泡或节涌，如玉米、小麦颗粒。图114是将气体和颗粒物理特性包含在平面图形中的流型图。图114 Grace (1986, 1990) 提出的流态化流型图1.2流化床的似液体特性流化床中的气固运动很像沸腾液体，故流化床又称沸腾床，它还显示出类似液体的特性，如图115所示。图115 气体流化床的似液体特性图115中（a）表示一个比床层密度小的物体漂浮在床面上，就像木块浮在水面上一样，并且服从阿基米德定律。（b）表示容器倾斜时，流化床的床面仍保持水平状态。（c）表示在流化床的器壁上开一个小孔，床中颗粒会从小孔泄出。（d）表示两个床面高度不同的流化床若相连通，则高床面的颗粒会流向低床面，直至两床面相齐平。（e）表示流化床器壁上上下两点的压力差P与该两点之间的单位面积床层质量成正比，这也符合流体静力学原理。1.3颗粒的基本性质1.3.1颗粒直径工程上遇到的颗粒物料种类很多，粒径的大小、颗粒的形状及其物料性质也各不相同。在气固两相流动中，颗粒物料是群体运动的，因此必须确定颗粒群粒径的大小。下面简单介绍确定粒径的一般常用的方法。1.3.1.1粗颗粒的平均较径当物料颗粒大到可以一粒一粒拣集的程度时（一般为120mm），如大豆、小麦、大米以及合成树脂粒子等，可采用下列办法。首先从试样中任意采集n颗（实际在200粒以上，越多越精确）粒子，再用普通天平测定其总重量Gsn。设粒子的真实重度为s，则平均粒径de可按下式计算：于是 （111）式中，de称为当量直径，是把所有粒子均看作等体积的球形粒子时的平均直径。根据实测的结果，de与用筛分法求得的算术平均直径dp之比，即de/dp约等于0.75。1.3.1.2细粉的平均粒径对于粒子细到无法拣集的物料，如水泥、矾土、白土及合成树脂粉末等，可采用计算调和平均粒径的方法。设在一定量的粉料中：直径为d1的粒子的质量分数为，直径为d2的粒子的质量分数为，直径为dN的粒子的质量分数为，全部粒子的平均直径dp则为 （112）如果用算术平均值计算dp，则为 （113）两者差别不大。用上述方法求平均粒径dp，需要已知全部粒子的粒度分布，它可用下述方法求得。（1）筛分法 将一定量的粉料（大约50100g左右）用标准筛进行筛分。设筛孔尺别为d1，d2，dN的dN+1筛子进行分段：d1至d2粒级的平均粒径d1的质量分数为X1，d2至d3粒级的平均粒径d2的质量分数为X2， dN至dN1粒级的平均粒径dN的质量分数为XN，则， （114）根据式（114）求得的d1，d2，dN，和由筛分法得出的各部分粒子群的质量分数X1，X2，XN，就可按式（112）和式（113）计算平均粒径dp。用上述方法测粒径，时间短，误差小，是较为常用的方法。（2）照相法 首先将粉末薄薄地撒在玻璃试片上，然后进行显微照相。照片所能照到的粒子数，约为250粒左右。为了方便起见，预先放入与粒子同样放大倍率的标尺刻度，再将照相底片用幻灯机投影放大再用下述方法求平均粒径。将出现在画面上的粒子全部看作是回转体，根据所拍的画面选用一定的比例尺测定各个粒子的长径dix和短径diy（其中i1、2、N）。根据下列关系式来计算与粒子体积相等的等值球体直径di，即 （115）也可取两轴算术平均直径、定向径等作为单一粒径di。将求得的各个粒子的di，按其大小进行分级，并把每个粒级范围内的粒子数设为ni（其中i=1、2N，N为粒级数）。对应于各粒级上下限的粒径为d1，d2，dN1，则各粒级内粒子群的平均粒径d1，d2，dN为， （116）因此，在各粒径范围内的物料重量Gi为 （117）各粒级范围内粒子的重量相对于出现在画面上的粒子的总重量的比数X1，X2，XN为 （118）这样，根据式（116）和式（118）的计算结果，由式（112）或式（113）就可求得全部粒子的平均粒径dp。图116 比重瓶从上述可知，该法是比较复杂的，但对于回转体或细长形的粉粒来说，用这种方法求平均粒径，是较为合理的。1.3.2密度与重度单位体积的质量为物质的密度s，kg/m3，而工程单位为kg(f)s2/m4。在工程上，常用“重度”这个物理量，表明单位体积物体所具有的重量大小，用s表示，其单位为kg(f)/m3或g/m3。重度与密度之间的关系为s=sg，即当s用重力kg(f)/m3（工程单位）来表示，s用物理单位kg/m3来表示时，两者在数值上是相等的。物料真实密度的测定方法有多种，这里介绍“比重瓶法”。它是采用如图116所示的体积约为1520ml的比重瓶，适宜于测定细颗粒或粉体的密度，其测试方法如下。首先将物料装到比重瓶1/2体积处，采用减压法（减压到1.333kPa以下）来除去物料内的气体。然后在此条件下充以其密度为1的液体（如汞）。设比重瓶的质量为m0，体积为V0，当内部全充满密度为1的液体时，总质量为 （119）当比重瓶内盛有质量为ms，体积为Vs的物料，并充以密度为1的液体的情况下，则总质量为 （1110）因此，物料的体积Vs为于是物料的密度为 （1111）1.3.3空隙率床层空隙率，或称自由体积百分数，其意义是：颗粒间的空隙体积Va，占整个床层体积Vb的百分数。空隙体积Va=VbVp（Vp为颗粒总体积），则数值越小，表明床层内颗粒所占体积越大。相同大小的球形粒子充填时的空隙率，可用几何方法计算。根据粒子堆积方式的不同，其空隙率的数值也不同，一般在0.25950.4764的范围内。任意方式填充颗粒时，约为0.4。对于粒度不均匀的物料，因为细粒子可以嵌入粗粒子之间，所以空隙率数值变小。当粗颗粒占65左右时，达到最小值。空隙率与物料重度之关系可用下式表示。设b为物料的堆积表现重度，则或表示为 （1112）1.3.4比表面积与形状系数如前所述，对粒度不均匀的物料，通常把粒子看作球形，再确定其平均直径。在流态化的理论计算中也是将粒子假定为球形进行分析的，这在理论分析上较方便。但实际上粒子几乎都不是球形，而是不规则形状，因此理论计算与实际现象之间出现偏差。为避免偏差通常将理论公式引入一修正系数予以校正。1.3.4.1单一粒子的形状系数形状系数是表示实际粒子与球形粒子形状上的差异程度，用s表示 （1113）式中，de为当量体积球直径，用下式表示 （1114）式中，Vp为粒子的真实体积。粒子表面积之比等于直径的平方比，因此凡是包含粒子直径的公式，其形状系数为 （1115）1.3.4.2粒子群的比表面积与形状系数通过物料层的流体阻力是和流体接触的粒子表面积密切相关的，所以将单位体积料层所具有的总表面积，cm2/cm3，称为粒子群的比表面积。对于平均粒径为dp、空隙率为的表面光滑的球体，其比表面积为 （1116）对于非球形粒子料层，其比表面积m为 （1117）式中，s为粒子群的形状系数。对于各种形状物料的形状系数s，通常可根据阻力实验数据来确定。表111给出了部分常用物料的s值。表111 颗粒物料的形状系数物料直径/mm形状系数物料直径/mm形状系数石英砂0.20.70.67人造石墨0.660.87海 砂230.66烟 煤611.250.535粒度相近的砂0.84无烟煤100.66河 砂1.22.50.76冶金焦炭611.250.403尖角砂0.66活性矾土130.68金刚砂0.380.6锻烧氧化铝0.428玉 米0.79KCM硅胶350.5荞 麦0.77铝硅凝胶2.50.556大 豆0.917烟道尘0.89大 麦0.719铝硅球0.40.558活性炭120.64聚氟乙烯球0.190.68活性炭1.54.50.79钢 球241.0图117 休止角测定法1.3.5休止角（自然堆角）图117所示，为测定物料休止角的方法，对于同一种物料，颗粒越小，其休止角就越小。这主要是由于微粒子相互之间的粘附性增大所致。一般情况下，粒子形状越接近于球形，休止角就越小，并且对多数物料在松散式充填时其空隙率为最大，用max表示。休止角与max之间的关系为 （1118）表112给出一些物料的堆积角数值。表112 颗粒物料的堆置性质物料直径 / mm平均堆置重度 / kgm-3自然堆角 / ()球状矾土（氧化铝）7207034粒状硫酸铝86632大 麦62548大 米80220荞 麦55325盐 粒130031氧化钙磨细的43343流化裂解用催化剂0.06151232水 泥152039活性炭42535铁 粉0.36237042石 灰粉状43343硝酸钠粒状109024硫粗粒细粒12208003245木 屑353362流化床的流体力学、传热和传质2.1流化床的气体动力学2.1.1流化曲线压强降和流速的关系当气体通过固体颗粒层时，随着气速u的增大，压强降P随之增大。图118以P为纵坐标，以u为横坐标表示压强降和流速的变化关系。开始时压力降P随气速的增大为直线递增，如图118 AB段所示，此为固定床阶段。当气流增大到B点时，床层压降等于单位面积床层的质量时，床层开始松动，略有膨胀。当流速继续增大超过B点时，颗粒将悬浮在流体中运动，床层将随气速的增加而不断膨胀，但床层的压力降却保持不变，此即流化状况。BC段称为流化段，B点的气速称为最小流化气速，也称临界流化速度umf。ABBC直线表示理想状况，实际颗粒层流化时，在B点处，由于惯性原因，有一凸起段至B。当气速降低时，流化床在B点处又会转变为固定床，但因颗粒松动，在固定床中的压力降会稍低于气速上升时的压力降。在流化床中的气速不断增大时，最后会达到气流输送阶段。前所提及的腾涌等现象往往并非出现在良好流化的颗粒层中，而是出现在粘湿或细粉颗粒层中。图118 压强降流速关系2.1.2流化床的气体动力学流化床中的气体速度是指干燥室横截面的平均气速 （1119）式中V为气体的体积流量，m3/s；S为干燥室的横截面积，m2。临界流化速度从流化曲线可见，由渗透流转变为流化的气体流速称为临界流化速度umf，通常用实验方法确定，在文献中可找到许多计算临界速度的公式，兹引入下式为例： （1120）当Remf 1000时，式中 dp颗粒直径，m；流体密度，kg/m3；s颗粒密度，kg/m3； f气体密度，kg/m3；气体粘度，cp。挟带速度ugt颗粒被从流化床中带出的气体速度称为挟带速度，可用颗粒沉降速度来确定 （1121）操作流化速度实际流化床中的操作流化速度介于最小流化速度umf和挟带速度ugt之间，两种速度之比为： （1122）操作气速常可按下式计算 （1123）式中Kf称为流化数，通常取36，或者 （1124）操作气速应根据系统阻力损耗和传热传质强度综合考虑确定。流化床的压力降流化床的压力降由试验确定比较方便，大多数流化床中的雷诺数小于20，对此可用下式计算压力降 （1125）式中 H床层高度，m；空隙率；球形度；dp颗粒直径，m；ug气速，m/s床层的压力降为物料层、气体分布板压降之和。2.1.3湿物料流化床对于易吸水物料，如多孔毛细管物料，即使湿含量很高，也不会改变它们的流化性能，如某些含有50%水分的离子交换树脂，仍具有和干树脂一样的流化性能。但是，即使是这些物料，超过某湿含量后也会使流化困难（图119）。图119 湿物料的流化速度对于不易吸水的物料，如玻璃珠和砂子，甚至在很低的湿含量时就会提高起始流化速度。如初始湿含量为4%的细盐，即使在振动流化床中也不会流化，待湿含量降到2.3%才可流化。对于流化床中干燥初始湿含量较高不易流化的物料，应采用特殊的甩料或搅拌装置。2.2流化床中的传热和传质正常操作的流化床中，床层内颗粒温度是均匀的，颗粒之间的传热一般可忽略，流化床中的传热主要发生在气体和颗粒之间，或者床层颗粒和内浸表面之间。这两种情况下均应用著名的牛顿方程计算传热量： （1126）式中 Q传热量，W；A传热面积（取总的颗粒表面积或内浸加热面面积），m2； h传热系数，W/m2K；平均温度差，（K）2.2.1气体和床层间的传热传热系数常由实验关联式计算，Syromyatnikov等人把众多作者的数据关联为下述方程 （1127） （1128）Kunii和Levenspiel提出一个活塞流通用关系式 （1129）流体均为空气，流化床中的传热传质强度是很高的，数厘米高的床层，气体离开床层时的温度已接近床层温度，因此不建议采用厚床层。流化床中对流传热系数为130W/m2K。2.2.2床层和内浸加热面之间的传热传热系数在很大程度上取决于系统的流体力学，如图1110所示：图1110 接触传热系数和流化数的关系Zabrodskii绘出了近似计算hk最大值的关系 （1130）式中 g气体的导热系数，dp颗粒直径，m颗粒密度Richardson和Shakiri提出 适用于Ar1220 （1131）接触传热系数在200800W/m2K范围内，工业上通常取较小值估算。3流化床干燥设备流化床干燥器的型式很多，根据通过干燥器的物流型式，有活塞流型（槽型）和完全混合型（筒型）。根据供热方式，可分为对流型，接触型远红外及介电等，如图1111所示。也可分为单级和多级干燥，如图1112所示。此外，根据物料的性态，还常常设计一些特殊结构的流化床。流化床喷动床脉冲流化床振动流化床绝热对流非绝热接触远红外 空气 物料 加热介质图1111 各种流化床的供热方法单级干燥器单级槽型干燥器两级垂直干燥器，空气一次利用多级卧式干燥器两级逆流干燥器，物料为脉冲流两级逆流箱式干燥器 空气 物料图1112 流化干燥器的各种结构3.1单级圆筒型流化床干燥器图1113 氯化铵流化床干燥器图1113为一台3000mm的氯化铵流化床干燥装置。湿物料由皮带输送机运送到抛料机加料斗上，然后均匀地抛入流化床内，与热空气充分接触而被干燥。干燥后的物料由溢流口连续溢出。空气经鼓风机、加热器后进入筛板底部，并向上穿过筛板使床层内湿物料流化起来形成沸腾层。尾气进入4个旋风分离器并联组成的旋风分离器组，将所夹带的细粉除下，然后由排气机排到大气。在该流程中，主要设备为单层圆筒形流化床，设备材料为普通碳钢内涂以环氧酚醛防腐层。气体分布板是多孔筛板，板上钻有1.5mm的小孔，正六角形排列，开孔率为7.2%。与回转干燥器相比，流化床操作简单，劳动强度低，劳动条件好，检修方便，运转周期长。生产能力由回转干燥器的200t/d，提高到310t/d。建造每台干燥器需用钢材，也由回转式的30多吨降低到流化床的56吨。设备运转率提高35%，电力消耗也降低许多，由于床层温度平稳，干燥效果也比较好。主要操作数据，技术经济指标如下：物料名称氯化铵（农用）操作气速，m/s1.2产量，t/h350料层高度，mm300400湿含量，%沸腾高度，mm1000 进口7停留时间，s120 出口0.5床层压力，kPa（真空度）89物料颗粒度，目4060操作风量，m3/h30000风温，风压，Pa3900 进口150160 出口5060流化床的床层高度流化床的高度由床层（浓相段）高度Hf、稀相段H1（或称分离高度）及扩大段高度H2确定，如图1114所示。床层高度由传热传质和流体力学因素确定，通常取200300mm。工业上可参考表113。图1114 流化床设备的主要尺寸表113 圆筒型流化床干燥器物料名称颗粒度静止层高mm沸腾层高mm床层尺寸直径高度mm氯化铵4060（目）15036026006030硫 铵4060（目）3004009203480涂纶、绵纶552（mm）34（mm）1002003005303450涤纶552（mm）50702002300葡萄糖酸钙04（mm）4007009003170土霉素金霉素四环素粒状3006004001200氯化铵4060（目）250300100030070009002700分离段（稀相）高度H1由分离被抛出浓相段的粒子确定。图1115给出了确定分离高度的参考值，此高度可近似地取为流化层高。图1115 分离段高度图U0：10.31；20.45；30.61；40.91；51.22；61.523.2卧式多室连续流化床干燥器卧式多室连续流化床干燥器为长方形槽型设备，多孔分布板为长方形，物料从一端加入，从长方形的另一端排出，如图1116所示。对于中小型设备，为了使气体分布均匀，分布板下部沿长度方向分成若干气体分布室，其间隔与设备宽度相近。物料在床内的停留时间由出口堰的高度及加料量来控制。多孔板上的隔板和下部的隔板相对应，上部隔板的高度和稀相段高度相同。隔板与多孔板之间的间隔可取3060mm。如果物料比较湿、易结块、不易流化，这时可在加料段设置搅拌装置或甩料轴，用以防止物料堆积在加料口下。图1117和图1118分别表示立式和卧式搅拌器。图1116 卧式多室流化床干燥器示意图图1117 立式局部搅拌流化床干燥器1排料口；2上箱体；3电机；4给料口；5搅拌轴；6耙；7粗粒排口；8给风口；9分布板；10隔板图1118 卧式局部搅拌流化床干燥器1电机；2给料口；3排风口；4隔板；5溢流堰；6排料口；7分布板；8给风口；9搅拌轴如果干燥后的物料需要冷却，以便于包装，这时可在干燥段后部设置冷却段，如图1117所示。卧式多室流化床的工业应用举例如表114所列。表114 卧式多室流化床干燥器物料名称颗粒度静止层高mm沸腾层高mm床层尺寸长宽高mm颗粒状药品1214（目）10015030020002632828糖 粉14（目）10025030014002001500SMP（药）80100（目）20030035020002632828尼龙1010632（mm）10020020030020002632828水杨酸钠814（目）1505001500200700各种片剂1214（目）5010030040020005002860合霉素粒状400100020002502500氯化钠粒状300800400020005000生物饲料20目2005001000020003000当用于正常流态化的热空气远远不能满足干燥所需的热量时，可加设内置加热器。由内置加热器供给所需的大部分热量，如图1119所示。内置加热器通常为数排多程U型管，可垂直放置也可水平放置。内置加热面与流化层的传热系数工业设计可取200W/m2K。图1119 有内置加热器的流化床3.3多层流化床干燥器单层流化床通常用作批量间歇操作，当连续生产时，物料在流化床中的停留时间分布不均匀，所以干燥后得到的产品的湿含量不均匀。在多层流化床中物料从床顶加入，逐渐往下移，最后由床底排出。热风则由床底送入，并向上通过各层后，再由床顶排出。在多层流化床中，物料的停留时间较长，物料的干燥程度较均匀。又因热气体和物料多次接触，使排气的饱和度提高，热利用率也得到提高。因此，多层流化床更适合于降速阶段物料或终湿含量要求较低的产品。多层流化床可分为有物料溢流管和无溢流管（多层筛板型）两类。溢流管的类型很多，图1120表示多层流化床溢流管的各种型式。图1120 溢流管的类型（a）溢流直管；（b）溢流孔板；（c）单锥堵头溢流管装；（d）双锥堵头溢流管；（e）带松动气的双锥堵头溢流管；（f）回转阀溢流管；（g）锥形溢流管；（h）带双锥体的机械型启闭式溢流装置；（i）气控式溢流管；（j）分布板溢流管下面介绍几种溢流管式多层流化床的配置，图1121、图1122、图1123。 图1121 直管溢流管多层流化床 图1122 外溢流管式多层干燥器 (a) 内溢流管装有旋转阀的干燥器 (b) 外溢流管装有旋转阀的干燥器图1123 溢流管装有旋转阀的干燥器无溢流管式为多层筛板，如图1124所示。采用的筛板有较大的孔径，一般为颗粒直径的530倍，通常为1020mm。筛板的开孔率为3050%。筛板孔中的气速u0与颗粒的输送气速ut之比为u0/ut=1.151.30，其上限为2。颗粒的尺寸范围为0.55mm，多孔板的间距为150400mm。图1124 无溢流管式为多层筛板干燥器多层流化床在工业上较少采用，多层流化床的工业应用见表115及表116所示。表115 穿流板式多层流化床干燥器的运转数据物 料磷矿渣砂小 麦煤硫 铵操作干燥冷却焙烧冷却干燥干燥塔内风速 / kgh-1m-27 8003 00010 70015 0006 0108 350塔底风速 / ms-14.350.74.53.152.072.15供料速度 / kgh-1m-23 5001 7702 4002 7207 3104 950供给比 / kg（物料）kg-1（空气）0.3250.500.230.181.210.59平均粒径 / mm0.950.54330.80.3原料含水量 / %（干基）13.020.42.88.452.08产品含水量 / %0.12.81.82.050.3原料温度 / 20350201502020产品温度 / 20022150307035鼓入气体温度 / 300203252016454排出气体温度 / 90150100444725单层压力损失 / Pa1102080100140160层数41410623注：表中数据引自化学工程手册第16篇第8章。北京：化学工业出版社，1989。表116 溢流管型多层流化床干燥器的运转数据物料名称水杨酸钠S.D.土霉素、金霉素、四环素糖、粉颗涤纶、锦纶物料性质颗粒、菱片状颗粒552切片2.53.534进出口含水量 / %250.51010.50.01,1350.7进出口温度 / 1006080（控制）170165产量 / kgh-120090100沸腾层高度 / mm160600200300静止层高度 / mm35300100流化气速 / ms-10.51.2干燥器尺寸（直径高度）8004 0004001205303 450干燥器材料不锈钢不锈钢不锈钢干燥器沸腾层数层间距 / mm二层550二层500五层400多孔板孔径（mm）开孔率（%）上层212，下层210上层324，下层3123孔中心距6mm多孔板排列型式三角形三角形同心圆鼓风机、电机功率 / kW2.8SH2.5，70024风量 / m3h-13 320风压 / Pa2 00010 700加料器型式颗粒机气流加热器及热源翅片式加热器47.6m2，4kg/cm2蒸汽翅片式加热器40m2，0.5kg/cm2蒸汽蒸汽电加热捕集器型式袋滤器袋滤器出料方法溢流溢流操作方法正压连续正压连续备注菱形溢流管活门式溢流管注：表中数据引自化学工程手册第16篇第8章。北京：化学工业出版社，1989。3.4脉冲流化床干燥器脉冲流化床是流化床的一种改型，其流化气体按周期性方式输入流化床层。图1125为脉冲流化床工作示意图。热空气通过旋转阀分布器，分布器周期性地遮断空气流，轮流输入各区段。图1125 脉冲流化床工作示意图脉冲流化床由于间断性地向床层输入热空气，使高速气流和接近静止的颗粒层接触，两者相对速度加大，有利于传热传质，还节省能量，最高可达50%，其气体脉冲频率为416Hz。对脉冲流化床的研究还较少。3.5冲击流干燥器冲击流干燥器又称喷气层干燥器，如图1126所示。热空气从充气室通过空气喷嘴吹向床层中的物料，床底可以是固定不动的，也可以是输送带。热空气吹入床层后，使物料强烈搅动，产生假流化现象。喷嘴喷出的气速可高达70m/s，但按床层纵截面计算往往远未达到物料的流化速度。冲击流干燥器可处理一些不易流化的散状物料，如片状、纤维状物料。图1126 冲击流干燥器3.6离心流化床离心流化床是湿物料在离心力场中进行流态化干燥，如图1127所示。图1127 离心流化床工作原理离心流化床有一带筛孔的转鼓内壁，并衬上一层不锈钢丝网。湿物料置于转鼓内，当转鼓以一定转速旋转时，由于离心力的作用，物料均匀地分布在丝网上，形成环状固定床。热空气沿垂直于转鼓轴方向吹入转鼓内，当气速提高到某一值时，风力克服离心力，使物料悬浮起来，产生流化现象。当离心加速度比重力加速度高出几倍乃至几十倍时，离心流化床的流化速度也要比普通重力流化床的流化速度高出几倍到几十倍。因此流体与物料间的相对速度大，有利于传热传质。离心流化床按其转鼓轴线方位分为卧式和立式两种，如图1128和图1129所示；按热风进入方式分为全角进风和半角进风两种，如图1130所示。离心流化床干燥蔬果切块等已有应用，但因其动力消耗大，中国工业应用较少。 图1128 卧式离心流化床结构示意图 图1129 立式离心流化床结构示意图图1130 热风进入方式3.7流化床设备的简易设计法根据上述介绍，可依据准数关联式计算流化床内的传热系数等多种设计数据，但是在工业上用这种方法计算比较难实现。这是因为，准数中的物理量有时难以获得，加之准数关联式的应用有一定的限制条件，更何况计算所得结果也不敢用于实际设计中。在工业实际中，应用简单的试验，将结果用于设计则是比较实用简便可靠的。3.7.1试验方法如无现成的流化床设备，可加工一套简易流化床试验设备，床体为300mm的圆筒，下部为多孔板、均风板、进风口等，并与电加热器和风机相连，床体约600mm高，上部出口处装一布袋，以防物料飞出即可。试验时在床体中放入物料，高度约为H0200mm，先用冷风测定压降风速曲线，测定最小流化速度umf，再将温度调节到工业实际使用的风温，用u=23umf吹入料层测定干燥曲线，并按一定时间间隔（25min）取样放入称量皿中，大约取10个样品左右（根据物料试验情况而定）。试验结束后测定样品的湿含量并将结果填入下表，根据表中数据作出w-图（图1131），从此图可查到从初始湿含量w0到终湿含量we所需的干燥时间干。序号012345678910时间（min）012345678910湿含量w（%）w0w1w2w3w4w5w6w7w8w9w10物料温度t（）t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10图1131 干燥曲线图（w-图）通过此试验即获得一定进风温度t和空床气速u时，在料层高度H0200mm时物料达到干燥要求所需的干燥时间。据此便可进一步确定床体尺寸。如果上述t、u、H0、干可借鉴经验确定就不必试验。3.7.2床体尺寸的确定在确定床体尺寸时还需要知道物料处理量G0（kg/h）和物料的堆积密度堆（kg/m3）。质量处理量需要换算成体积处理量（m3/h），进而求得干时间内床层内的存料量（m3/干）。通常床层内的物料层高度为H0=200300mm，则所需的多孔板面积为（m2），由F0可确定多孔板的宽度B（m）和长度（cm），使BLF0。对流化床而言，B和L的比例可较自由确定，主要根据现场条件而定。如果是振动流化床，则长L和宽B之比应大于或等于8，以利于形成活塞流。确定多孔板的尺寸后，卧式流化床隔板高度等的确定前面已作介绍。对进风一定要有均风结构。其它结构尺寸可按常规考虑确定。如果在试验中发现，湿料开始不易流化，在试验时可用棍子搅动促其流化，直至物料可正常流化。但在设计工业设备时，则需要在湿物料进口处加设搅拌装置或甩料盘。确定流化床尺寸后，再进行热风风量等计算，如发现所需的热风量很大，在流化床中的空床气速已大大超过允许值，则应采用内置加热器，以减少热风量。内置加热器的结构及计算前面也有介绍。4振动流化床4.1振动流化床概况流化床操作具有固体颗粒混合好、气固两相间的传热传质表面积大等优点，但是其主要不足是：处理的颗粒应大于50100m，否则易形成沟流和滞动区；颗粒粒度分布宽时，挟带严重；颗粒温度较大时容易形成结块或团聚；对于麦粒、纤维、切片等非球形颗粒不能很好流化。振动流化床是一种很成功的改型流化床，它是支承在一组弹簧上的流化床，由激振电机提供动力。投入干燥机的散状物料在多孔板上受激振力的作用向出口端抛掷而输向出口端。热风由多孔板下鼓入，从物料层中通过，将热量传给物料，并携带从物料中汽化的水分由排气口排出，从而使物料干燥。由于物料在振动流化床中受机械振动的作用，处于运动状态，只需鼓入适量的热空气便可达到动态干燥，因而热效率高，物料干燥均匀。振动流化床床形和加热方式等有多种不同的结构，如图1132所示。图1132 振动流化床的多种结构工业上根据激振方式的不同常见有以下几种振动流化床：激振电机驱动 激振电机安装在床体后部，通常采用固定激振角（一般为3060）。它通过调节激振力和堰板高度（堰板安装在多孔板出料端）以改变物料在床内的停留时间。其外形结构如图1133所示，其机身重量用弹簧支承在四个支座上。图1133 激振电机安装在床体后部的振动流化床激振电机安装在中间振动流化床重心的位置上，它可以调节激振电机的方位，改变激振力方向及激振力大小来改变物料在床中的停留时间，但调节幅度不大，因激振角超过75时会引起床体异常振动（见图1134）。上述两种振动流化床，在激振电机产生使物料向前运动的同时会产生横向力（横向力通常由两侧面激振电机间加设横梁来承受），当横向力过大或床体结构不合理时会造成床的下箱体开裂。图1134 激振电机安装在床体重心位置上的振动流化床图1135是在床底部安装了电机链轮驱动，装有偏心条块的轴来产生激振力的振动流化床。这种激振方式可避免有害的横向力（其通常比较小）。尼罗公司将此种振动流化床用于奶粉二级干燥，据报导最大型的多孔板面积可达16m2。图1135 偏心条块轴激振的振动流化床图1136是用电机驱动机构和板弹簧提供激振力的振动流化床，通常用于大型床。图1136 板弹簧振动流化床除了上述整体振动的振动流化床外，还有箱体不振动只有多孔板振动及上箱体不振动只有多孔板和下箱体振动的振动流化床。减少振动部件可节省动力，但振动部件和固定部件的软连接易损坏，上箱体内壁易挂粉料。ZLC型振动流化床系列参数型号总重kg上箱体重kg下箱体重kg外形尺寸长宽高（多孔板尺寸长宽）mm进风管直径个数出风管直径个数进料口高mm出料口高mm振动电机型号和功率kWVFB20.22305612024757001230（2000200）150315021150480YZD-5-60.372VFB40.41900280560488810341950（4000400）250325021605775JZO-20-61.52VFB40.52100330594488811341950（4000500）250325021605775JZO-20-61.52VFB60.636006301413703013802418（6000600）450350022330930JZO-40-632VFB60.740006821430703014802418（6000700）450350022330950JZO-40-632VFB70.742007671690828514802406（7000700）500350022326946JZO-40-632VFB70.844008061780828515802406（7000800）500350022326946JZO-40-632VFB81.062009742560903018002445（80001000）5004500324101065JZO-30-62.24除了直线型振动流化床之外，对于处理量小但要求干燥时间较长的物料可采用圆型振动流化床，如图1137所示。图1137 圆型振动流化床4.2振动流化床的动力特性和空气动力学由激振电机造成激振力的振动流化床，是在床的两侧各安装一台激振电机。激振电机两个轴侧都有一对动块和定块，调节动块的位置可调整动块和定块的合质量中心，在电机轴旋转时即产生不同的激振力。动块的质心与定块的质心越接近，造成的合力（离心力）越大，如图1138所示。图1138 偏心块造成的激振力F激和横推力F横一台激振电机两侧的偏心块要调整到相同的位置，床身两侧的两台激振电机的偏心块的偏心大小应相同，但方向相反，以使转动时产生的横向力（F）相互抵消，而总的激振力为两激振力之和（FAFB），如图1139。图1139 床体两侧两台激振电机产生的激振力质量m在以角速度旋转时的离心加速度为A2。A为质心m离旋转中心的距离，即旋转半径，产生的离心力为mA2。显然，离心加速度越大，离心力就越大，其在激振方向产生的激振分力也越大。通常用振动强度来衡量激振强弱。振动强度定义为离心加速度和重力加速度之比： （1131）式中 A振幅，m；为角频率，s-1；g为重力加速度，ms-2。根据振动强度的差别，振动流化床通常可分为三种情况：，床层的特性和普通流化床一样，振动只是使流化层稳定和均匀，此称振动床；，气流和振动均能促使流化，此称亚振动流化床；，此时对床层起作用的基本上只是振动力，振动有助于在上冲程时把床层抛起，通入的空气仅作为传热传质介质而已，此区域称为振动流化床。工业振动流化床的振动强度常取为34，当此值大于4时，床层的均匀性反而开始恶化。振动有助于降低最小流化速度。振动流化床的流化曲线与普通流化床不同，如图1140所示，它有两个水平段34和5以后。在不同的振动条件下，曲线形状有所变化，当足够大时，图中34区会完全消失，振动流化床最小流化速度对应的压降比普通流化