文献综述-振动流化床干燥机的设计

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1、 沈阳化工大学科亚学院毕业论文文献综述我国干燥机的技术进展 振动流化床干燥机的原理和过程摘要 介绍了干燥设备的类型，工作原理应用及发展趋势，列举了振动流化床干燥机机的工作原理及过程。关键词 干燥 干燥设备 进展 振动流化床干燥机一、干燥技术的概述干燥是化学工程中出现最早、应用最广的，也是耗能最多的单元操作之一。 干燥的重要性不仅在于它对产品生产过程的效率和总能耗有较大的影响，还在于它往往是生产过程的最后工序，操作的好坏直接影响产品质量，从而影响市场能力和经济效益。事实上，我国有许多产品，就纯度而言已经达到甚至超过国外产品；然而就是由于干燥技术不如人家，堆积密度、粒度、色泽等物性指标上不去，在国

2、际市场竞争中处于劣势，有的甚至售价仅为国外同种产品的三分之一。 干燥操作应用的广泛性是不言而喻的，而且有越来越广泛的趋势。这种趋势主要取决于下列两个因数；（1）随着经济和科学技术的发展，新产品与日俱增。新产品中有相当大一部分需要干燥；（2）有许多产品或半成品，过去一直靠自然干燥，随着企业集团化经营和质量要求提高，也趋向采用机械化干燥。现在几乎可以断言：任何一种行业，其产品生产中不可能完全不涉及干燥作业。二、干燥技术发展的基本特点 1、一般情况 过去20多年间，干燥技术、设备的开发研究主要集中在轻工业尤其是食品和纸张、纺织、农林渔牧产品、药物、生物制品和制剂、以及一些高技术产品；有关化工产品干燥

3、的开发研究相对较少。在干燥技术设备的应用方面，化学工业也变成了一个较小的行业。与化工产品相比，其它产品的干燥往往有更多的特殊要求。例如：食品干燥要求保持其色香味，因此，除水分外，应尽可能不脱出其它易挥发分。与此相适应，对它们的干燥技术和设备开发，主要注意力往往集中在满足这些要求以保证产品质量方面；干燥速率反而成为比较次要的因数。 2、主要研究方向 过去20多年间，有关干燥理论和技术的研究与开发主要集中在以下几个方面：（1） 提高效率、降低能耗；（2） 提高干燥速率，使设备紧凑；（3） 提高控制水平，优化干燥机性能，以及与此相联系的在线流量；（4） 改善产品质量；（5） 安全操作和控制环境污染；

4、（6） 增强灵活性，开发可以用于多种产品的干燥系统； 三、流态化干燥 流态化技术自1921年发明以来，干燥是应用最早的领域之一。由于它具有温度均匀且易于控制、热质传递强度大和物料易于输送等突出优点，迄今仍广泛应用。但普通流化床也存在下列较严重的缺点：（1）气泡现象使流化不均匀，相间接触效率不高，且工程放大较困难；（2）物料停留时间分布极不均匀，难以获得湿含量均一的产品，甚至可能有部分产品过于干燥而变质；（3）动力和热能消耗大；（4）只能处理松散的粉状或粒状物料。为解决这些问题，在流态化基本构思的基础上进行了一系列改进和发展。 卧式流化床干燥机可能是最早的改进，并在60年代就已较广泛地应用。它使

5、物料从一端加入，另一端卸出，相当于多个方形截面流化床串联系统（对物料而言；气体则多半是并联）。其主要特点是改善了物料停留时间分布，从而可制得均匀干燥的产品。为此目的，有的还在相邻室间安装挡板。另一优点是很容易使物料的冷却和干燥结合在同一设备中进行，即在尾部增设一冷却室，出料直接包装，简化流程和设备。这类干燥机目前在工业上应用相当普遍。在普通流化床底部设置搅拌器，是流态化干燥的另一类改进。它扩大了流态化干燥适用的物料范围，使之可用于进料或在干燥脱水过程中可能结块的粉状或粒状物料，而这是很常见的一类物料。离心流化床干燥机，也是流态化干燥的重大改进之一。其原理是在机械转动造成的离心力场作用下使粒状物

6、料分布在丝网复盖的卧室圆筒形多孔壁上；热气流穿过多孔壁使之流化干燥。它们适用于处理大颗粒、小密度物料。四、振动流化床流态化干燥最重大的改进和革新，当推振动流化床开发和应用。目前应用最广的卧式流化床干燥机，形状和基本结构与普通卧式流化床干燥机很相似。区别在于前者整个机体通过弹簧支撑在底座上，多孔板稍向出料端倾斜；机体一侧或两侧装有振动电机。物料依靠机械振动和穿孔气流双重作用流化，并在振动作用下向前运动。它具有非常突出的优点：（1）在很低的气速下即可获得均匀的流化，从而大大降低了能耗、颗粒间的磨损和粉尘夹带；（2）物料停留时间分布均匀，几乎可以认为是柱塞式流动，且停留时间易于调节控制，因此可获得干

7、燥非常均匀且质量符合要求的产品；（3）可以处理形状不规则的物料。由于具有这些优点，它一问世就受到极大的关注。我国自1985年引进以来，迄今用于生产的已有上千台，广泛用于化工、医药、轻工、食品、饲料、旷冶、林产等行业中粉状、粒状、条状和片状等物料的干燥。五、振动流化床技术研究的现状振动流化床(V FB) 技术的出现至今已有六十余年的历史, 但一直未引起人们的足够重视, 进入本世纪六十年代, 由于振动流化床具有强化传热传质过程等优于普通流化床(CFB) 的独特优越性, 人们才投入大量人力物力开发V FB 技术。不少物理加工过程, 如干燥、加热、冷却、烧结、喷雾造粒等, 当被处理的颗粒物料粘性强、粒

8、度分布宽、烧结倾向强、粗颗粒、易碎性等而使流化发生因难时, 用V FB 处理可得到很好的结果。另外V FB 化学反应器的研究工作也取得了进展。进入八十年代未后, V FB 技术的开发研究更加活跃, 工业应用也更为广泛。美国完成了先进的煤炭转化过程示范工程。湿度大、变质程度低的煤炭经V FB 和CFB 装置处理后, 除去结合水、羧基和挥发硫, 并实现了煤和高灰物的分离,提高了煤炭质量。该系统处理能力描述轴向流V FB 干燥器模型。试验在长2100mm 的干燥器上用四种不同的物料进行。指出扩散活塞流模模型比纯活塞流模型更合理。A avage, Stuart, B也对V FB 中颗粒的流型进行了研究

9、。试验是在上部为方形床体, 下部为能以不同频率和振幅振动, 并标有尺码的柔性底板装置上进行的, 底板的振幅在中心处最大向边缘逐步降低。试验观察到慢速的颗粒循环流, 中心处向上沿边壁向下, 其流动速度是振幅与频率的函数。K. Erdesz 等研究了V FB 中的唯象模型,给出了V FB 中压力波动的测量值和计算值的比较, 以及利用模型预测床层平均压降(振动强度的函数) 的图解。Eccles, Erro l, R. A. 等研究了细颗粒V FB 中脉冲气流对床层传热的相关的影响。物料为氯化铝颗粒，粒径0. 027 0. 1mm ,床体以0 25Hz 频率和0 4mm 振幅垂直振动,气流通过单孔或多

10、孔底板, 流速在0 2 倍于起始流化速度的范围内调节, 结果表明接触传热效率在共振时要比固定床和V FB 高许多(达1. 2倍) , 原因是此时颗粒的活性提高了, 且在共振点达到最大值。Chen Yeong- L in 等研究表明在适当的操作条件下, 具有3. 8cm 振幅的V FB 是一种高效干燥器, 可有效地防止颗粒粘结。A. F.Ryzhkov 等给出了V FB 的一个线性流变学模型, 为工程设计提供方法。HanW ei 等研究了V FB 干燥器(长1500mm , 宽24mm ) 的干燥特性及停留时间分布, 试验中将振动强度、气流量、给料量、气体入口温度及颗粒度进行优化组合, 认为物料

11、流型近似尖塞流, 并指出振动强度是影响颗粒平均停留时间、颗扩散系数、颗粒恒定干燥速率的最主要参数。M. Hasatane 等还研究了辐射和对流传热的倾斜V FB 中物料的干燥。 我国在V FB 技术的研究中也取得了可喜进展。俞厚忠通过研究分析提出了V FB 的起始流化速度的关联式。潘永康等对V FB 的干燥作了详细介绍。翁颐庆其流体力学及干燥的研究表明, 振动强度大于1 时, 干燥速率随其增加而明显增加。张敏郎对V FB 的振动传动结构作了改进和研究, 提出了振动电机所需功率的经验公式以及四种物料干燥试验的结果。陈建平采用复合式振动方式, 对V FB 中各类粒子的流体力学进行了研究, 得出V

12、FB 可降低起始流化速度, 改善流化质量。张才君等的研究结果表明,V FB 可在较小的气速下操作, 颗粒流型为活塞流, 停留进间可由振幅等调节, 特别适合于热敏性物料的干燥和冷却。吴东民等以高梁、活性炭为实验物料, 在工业设备的V FB 中研究了物料的气体动力学、传热、干燥特性, 着重讨论了振动参数的作用以及物料的运动状况, 并进行了数学摸拟。叶淑贤等介绍了GZQ 型V FB 干燥器具有干燥效果好、结构简单、能耗低等特点,明显优于CFB。李秀芹等认为V FB 中物料的流化首先发生在床层底部, 从而使物的松散、流化更均匀, 避免了沟流、腾涌、附壁现象, 床层中的传热主要属于对流传热, 振动的引入

13、提高了V FB 的传质传热效率, 并得出了床层的压降随着振动强度的加大而减小, 随着床层高度的增加而加大。总之, V FB 技术的研究主要局限在流体力学和热量传递、干燥特性及振动对数的影响等方面,技术的研究开发还落后于实际, 不能满足生产需要。V FB 高质量的流化状态形成和流动机理等基础性研究还比较薄弱, 甚至是空白。V FB 作为化学反应器的研究工作还有待于加强; 另外由于引入了振动, 设备的复杂性增加了, 机械问题也是影响V FB 发展及大型化的障碍之一。相信随着科技的发展和研究工作的深入, V FB 技术将渐趋成熟, 其临界流化速度低、流化质量高、颗粒流型近乎活塞流、停留时间易控制、可

14、以处理不规则易碎、难流化等物料的优越特性将得以充分发挥,应用范围也将日益广泛。 总结 干燥在现代中地应用是非常之宽广地，并且使用得越来越多。这种状态其实是有两个方面地原因；（1）伴随着科技和经济地创新，好产品数量增加。产品里有绝大部分得干燥；（2）非常多产品还有半成品，以前都是靠自然来干燥，目前各大公司和单位对品质地过高要求，机械干燥也是有很多用地。目前可祎确认地是，无论什么行业，他地生擦很难中几乎多多少少都会有干燥环节而且它地耗能比较高，在企业中中能耗中，干燥耗能为4%（化学工业）到35%（造纸工业），但发达国家，如美国，法国，英国等，在干燥方面将消耗大约百分之十二地能量，而且，大量地干燥需

15、要制造业地发展。国内这项技术还有待遇提高，随着干燥相关产品地崛起，其质量地提升，损耗地下降，操作地可靠度都对干燥这项技术及装置做出了更高地要求。因此，在振动流化床地基础上设计出了单循环干燥机，如期能够大量满足市场对于干燥物料求。 干燥是化学工业中存在最早、利用最大地，也是耗能最多地工序操作之一。干燥地重要性不只在它对产品产出环节地快慢和总能耗有多大地影响，还在于它往往是最后一道工序，操作地技术可直接影响产品质量，使之在国际市场中处于劣势，有神这售价为外国相同产盘地三分之一。 干燥在现代中地应用是非常之宽广地，并且使用得越来越多。这种状态其实是有两个方面地原因；（1）伴随着科技和经济地创新，好产

16、品数量增加。产品里有绝大部分得干燥；（2）非常多产品还有半成品，以前都是靠自然来干燥，目前各大公司和单位对品质地过高要求，机械干燥也是有很多用地。目前可祎确认地是，无论什么行业，他地生擦很难中几乎多多少少都会有干燥环节而且它地耗能比较高，在企业中中能耗中，干燥耗能为4%（化学工业）到35%（造纸工业），但发达国家，如美国，法国，英国等，在干燥方面将消耗大约百分之十二地能量，而且，大量地干燥需要制造业地发展。国内这项技术还有待遇提高，随着干燥相关产品地崛起，其质量地提升，损耗地下降，操作地可靠度都对干燥这项技术及装置做出了更高地要求。因此，在振动流化床地基础上设计出了单循环干燥机，如期能够大量满足市场对于干燥物料求。