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中国干燥机干燥设备及除湿机

流化床干燥机

继单层流化床的推广,多层流化床也得到了较快的发展。多层圆筒型流化床干燥器由于停留时间分布均匀,故实际需要停留时间远较单层流化床短。在相同条流化技术起源于1921年。流化床干燥器又称沸腾床干燥器,流化干燥是指干燥介质使固体颗粒在流化状态下进行干燥的过程。自流态化技术发明以来,干燥是应用最早的领域之一。流化技术最早应用于干燥工业规模是于1948年在美国建立多尔-奥列弗固体流化装置,该流化床直径是1.73m,床层温度74℃,每小时处理能力50吨白云石颗粒。将粉尘杨析以得到较粗制品。流化床干燥在我国是从1958年以后开始发展起来的一门较新技术,首先是在食盐工业上应用。目前已广泛应用于化肥、颜料、聚乙烯,对苯二甲酸二酯、药物原料、塑料等方面。
流化干燥之所以得到广泛的发展,主要有以下几个优点:
(1)由于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,可达(2.3~7.0)×kW/m3?K;
(2)由于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。
其主要缺点:
(1)被干燥物料颗粒度有一定的,一般要求不小于30微米,不大于4毫米为合适。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,有可能发生未经干燥的物料随产品一起排出床层。
本文仅就颗粒物料流化干燥的型式、分类、特点及选型作一介绍,以供选用时参考。
(一)流化床干燥技术发展过程
流化干燥器最简单是单层圆筒型,这种干燥器的缺点是物料在流化床中停留时间分布较广,干燥后所得产品湿度不均匀,直径不宜过大。为了改善这种情况,发展了多层流化床干燥器。多层操作可以提高效率,但更重要的是它能得到更理想的固体颗粒的停留时间分布,并使停留时间分布大大变窄,物料在干燥过程中避免短路。开始是采用溢流管和下流管,继后发展成穿流板式多层流化床。主要用于内扩散控制物料的干燥,如涤纶树脂、麦粒、石英砂、聚丙烯颗粒等。但它存在操作比较困难,筛板上料层不容易建立、床层阻力大、结构复杂等缺点。
为克服以上缺点,在60年代末70年代初期发展了一种卧式多室流化干燥器。这种设备结构简单,操作方便,适用于各种难干燥的粉粒状物料和热敏性物料的干燥。如聚乙烯、农药、人造肉、硫酸铜、食盐等。经过几十年的广泛应用表明,对各种物料的适应性比较好,它比起箱式烘房来,占地面积小、生产能力大、热效率高,而且干燥后的产品湿度均匀。比起气流干燥来,可通过调节物料在流化床内停留时间的长短,使成品达到预期含水率。操作易于控制,而且颗粒破损少,近几年用得比较广泛。但卧式多室流化干燥器的热效率比多层流化床干燥器低,尤其是在采用较高热空气温度时其热效率将显得更差。同时湿物料在干燥器的第1、2室中往往容易结块,需要经常清扫。
在流化床内安置了一螺旋形的挡板,从而构成了一个狭长的流化床。这种装置不仅构成了一个良好的挤出流化床,防止了流化床内死区的形成。该种流化床称作挤出流化床。
近年来,如瑞士、日本等国开发了一种在流化床干燥器内加入装有通以热水或水蒸汽的加热板或加热排管。由于在流化床内干燥物料所需要的大部分热量均依靠加热排管所提供以除去蒸发水分所必须的量,所以送入的气体仅仅作物料流化之用。据介绍,在相同产量的条件下,其所需的热量仅为没有内加热管的20%,故相应的尾气量也大约为热空气加热型的26%左右。另外由于床层面积相应的缩小,故内加热管热损失也相应减少。从计算来看其能量节约是十分惊人的,在国内上海某化工厂聚氯乙烯车间已于1985年投入生产使用。它对于高温物料的低温干燥特别有效。但由于床内排满了加热管,所以对粘性大的物料和流动性较差的物料就不能适用。
为了进一步扩大流化床应用范围,使某些湿颗粒物料或易凝聚成团的物料亦能采用流化干燥技术,因此有些制造者在流化床内装设搅拌器,称搅拌流化干燥器。主要是在湿物料加料口附近装有床内搅拌叶片,以使呈块状或团状的物料及时打碎,以利于形成流化。同时亦可在其底部装有不流化粗粒排出口,使粗颗粒及时排出,不破坏整个床层的流化质量。为了防止颗粒物料的逆向混合,还有将流化床的分布板做成阶梯型,以防止颗粒逆向混合。由于位差增加,故流态化床层流动速度变快。
对一些不易流动的物料,如颗粒太粗或太细,易于粘结成团及干燥温度不允许超过50~80℃的结晶药物如四环素族的抗菌素和其它药物,可采用脉冲式流化干燥器。它的主要结构特点是在干燥室底部的周围装有几根热空气进口管,在每根热空气管上装有脉冲阀。它们按一定的频率和次序开启,开启时间与床层厚度和物料性能有关,一般为0.08~0.2s。当气体突然引进时,在短时间内形成一个脉冲,使粒子剧烈流化,促使物料之间进行强烈的传热与传质。当阀门关闭时床层的流化状态逐渐消失,则物料处于静止状态,但此时应仍通入部分气体完全通过床层,以便下一个脉冲能有效地在床中传递。空气的脉冲亦可采用脉冲发生器来产生,我国于1986年在树脂粉末干燥生产中首次推广脉冲技术。
随着多级干燥的发展,丹麦尼罗公司迅速推出振动流化干燥器,应用于乳粉工业。使生产能力提高15%,热消耗降低了20%。振动流化床干燥器是一种很成功的改型流化床,将机械振动加于流化床即为振动流化床。床上物料移动主要借助于振动来向前作活塞的移动。而气体仅作传热、传质之用。它与一般流化床相比可减少流化所需要的风量及风压,故它又是一个节能干燥设备。它的主要特点:
(1)物料适用范围广。大颗粒、粉末状、片状、棒状、带一定粘性的物料;
(2)传热系数大,生产能力大;
(3)颗粒不易破碎,磨损率低;
(4)占地面积小,投资省,设备维修简单;
(5)容易清理等。
在国内已有多家干燥设备制造企业在生产各类振动流化床干燥器,主要用于矿山、冶金、化工、化肥、制药、食品等产品的干燥。
对一些含水率较大或临界含水率比较低的粉粒状物料的干燥,日本专利中发表了一种多级流化干燥器,它是由几个流化床串联组成,增加物料在干燥器内的停留时间,以满足物料的干燥工艺要求。
带式流动床干燥器是一种高效率的干燥器,是在流化床的床面上配有带式输送器,与物料一起向前移动。当热空气吹入床面,物料受到流化或呈通气状态,表面水分不断蒸发,是一种行之有效的干燥器。它的主要特征如下:
(1)用途广。除各种粉粒状物料外,还能处理含水率高、大小粒子不均匀、无定型、类似膏糊状等物料,这是一般流化床所不及的;
(2)干燥处理能力大,面积蒸发强度为100~400kg 水/h?m2;
(3)传热系数大;
(4)气体粉末夹带少;
(5)热量消耗少,热效率高;
(6)干燥装置大型化;
(7)操作稳定;
(8)气固分离装置小。
它广泛应用于复合肥料、碳酸钙、粘土、高岭土、粘性土、谷物、酒糟、活性污泥、下水污泥等物料的干燥。
另一种带螺旋搅拌传导加热通气型干燥器简称KID型干燥器。它的主要的结构是将一个中心空轴的螺旋置于流化床的物料层内,并在空心轴内通入各种载体,如导热油(300℃)、热水、蒸汽、冷媒等。作热媒体使用。因此它的适用温度范围广,同时在流化床内通入气体,能够较有利处理粉粒体物料。典型流化床接加热干燥装置流程图,它有如下特点:
(1)热效率高,风量少;
(2)排气后处理设备小;
(3)构造简单,驱动力小,设备价格低廉;
(4)其处理风量约为普通型流化床的1/5~1/6。
热利用率比普通型流化床高30%。它适用于各种有机、无机物的干燥、冷却、预热、煅烧等操作。已成功用于合成树脂(ABC、PVC、PP、PE等)、煤、食品的干燥。
(二)流化床干燥器的分类
随着应用技术的不断发展,流化床干燥器的型式及应用也越来越多,设备的分类方法也有所不同。按被干燥物料可分为三类:第一类是粒状物料;第二类是膏状物料;第三类是悬浮液和溶液等具有流动性的物料。按操作条件,基本上可分两类:连续式和间歇式。按结构状态来分类有一般流化型、搅拌流化型、振动,流化型、脉冲流化型、碰撞流化型(惰性粒子做载体)。随着对流化床干燥设备不断的改进、扩大,目前已成为干燥设备的主要机型之一。
多年来,流化床干燥器在工业上有许多应用,下面是各种干燥器干燥的物料。
(1)单层圆筒形流化床
已用于硫酸铵、氯化铵、无水亚硫酸钠、食盐、聚四氟乙烯、葡萄糖酸钙、碱性青莲染料、催化剂颗粒等物料的干燥。
(2)多层圆筒形流化床干燥器
已用于涤纶切片、水杨酸钠、氨基匹林、土霉素、金霉素、四环素、片剂淀粉颗粒、糖粉等物料的干燥。
(3)卧式多室流化床干燥器
已用于聚氯乙烯树脂、聚丙烯树脂、尼龙1010、邻氯苯甲酸、四环素、土霉素、氯霉素、合霉素、肝粉、糖粉、S.M.P、A.P.C等物料的干燥。
(4)带有搅拌器流化床
已用于硫酸铵、硫酸铜、氟化钠、氨基酸、酐酪素、聚丙烯树脂、酚醛树脂等物料的干燥。
(5)惰性粒子流化床
已用于钛白粉、农药代森锌、颜料、染料、硅藻土、腐植酸钠、腐植酸等物料的干燥。
(6)振动流化床
已用于糖、石棉矿、奶粉等物料的干燥。
(7)喷雾流化造粒干燥
已用于尿素、葡萄糖、溴化钠、溴化钾、溴化铵、钛白粉、丙二酸钠、荧光增白剂、醋酸钾、氯化钙、硝酸铵等物料的干燥。
(三)流化床干燥装置简述
流化床干燥器是近年来发展的一种新型高效干燥器。目前在化工、轻工、医药、食品等工业中已广泛应用,而且已逐步推广到造粒、煅烧、冷却等方面。干燥时由于气固两相逆流接触,剧烈搅动。固体颗粒悬浮于干燥介质之中,具有很大的接触表面积,无论在传热、传质、容积干燥强度、热效率等方面都很优良。传动机构不接触物料,不会因设备磨损而混入杂质,这对于要求纯度较高的医药等工业尤为重要。由于适应不同物料要求及对成品的不同要求,也就出现了下列几种不同型式的流化干燥。大体可分为下列几种类型:单层圆筒流化床干燥器、多层圆筒流化床干燥器、卧式多室流化干燥器、喷雾流化干燥器、惰性粒子流化干燥器,喷动床干燥器、流化煅烧器。现根据其类型,分述如下。
流化床气体分布板的型式,有筛板、筛网以及烧结密孔板等,国内各厂多采用筛板式气体分布板。也有一些工厂,在流化床气体分布板上再铺一层绢丝或300目以上的不锈钢网,这样可以保证物料颗粒不漏下去,筛孔板开孔在1.5%~30%之间。
散粒状的固体物料,由螺旋加料器加入流化床干燥器中。空气由鼓风机送入燃烧室,加热后送入流化床底部经分布板与固体物料接触,形成流态化,达到气固相的热质交换,物料干燥后由排料口排出。尾气由流化床顶部排出,经旋风分离器组回收。被带出的产品,再经洗涤器和雾沫分离器后排空。
流化床干燥器具有以下特点,它适用于无凝集作用的散粒状物料的干燥,颗粒直径可从30μm~6mm,设备结构简单;生产能力大,从每小时几十公斤至几百吨;热效率高,对于除去物料中的非结合水分,热效率可达到70%左右,对于除去物料中的结合水分时,热效率约为30%~50%;容积传热系数可达到2000~6000 kcal/m3?h?℃;物料在流化床中的停留时间与流化床的结构有关,如设计合理,物料在流化床中停留时间可以任意延长。其缺点是热空气通过分布板和物料层的阻力较大,一般约为500~1500pa。鼓风机的能量消耗大。对单层流化床干燥器,物料在流化床中处于完全混合状态。部分物料从加料口到出料口,可能走短路而直接被吹向出口,造成物料干燥不均匀。为改善物料在流化床中干燥的均匀性,一般多采用各种不同结构的流化床。如具有控制物料短路的挡板结构的单层流化床、卧式多室流化床、多层流化床等。
1.单层圆筒型流化床干燥器
单层圆筒型流化床干燥器以用于干燥NH4Cl为例,湿物料由皮带输送机运送到抛料加料机上,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流化层。尾气进入四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环氧酚醛防腐层,气体分布板是多孔筛板,板上钻有φ1.5mm的小孔,正六角形排列,开孔率为7.2%。流化床干燥器操作简单,劳动强度低,劳动条件好,检修方便,运转周期长。由于床层温度平稳,干燥效果亦好。
单层流化床也用于含水率较多的物料。如葡萄糖酸钙含水率为35%,但为间歇出料,卸料时分布板翻转90°,于床层下部将料卸出。其它还有带搅拌装置的圆筒型单层流化干燥器,如酐酪素的干燥,由于酐酪素晶粒形状大小不一,在流化过程中往往产生较为严重的沟流现象,物料局部堆积影响料层稳定操作。这些装置,是在单层流化床的基础上的改革,其流程相同,故不再作详细介绍。
2.多层圆筒型流化床干燥器
件下,设备体积可相应缩小。产品的干燥程度均匀,易于控制产品的干燥质量。多层床因分布板增加,故床层阻力也相应增加。但当物料为降速干燥阶段时,与单层床相比,由于停留时间的大大减少,床层阻力相应减少。并且多层床热效率较高,故适用于降速干燥阶段较长的物料以及湿含量较高(一般在14%以上)物料的干燥。例如采用五层流化干燥器干燥要求含水较低的涤纶树脂(干燥后成品含水仅0.03%)。采用双层流化床干燥含水率在15%~30%的各种药物片剂,如氨基匹林等。多层床操作的最大困难是物料与热空气逆流接触,各层上要形成稳定的流化层,又要使物料定量地移至下一层,这就需要考虑溢流装置的结构问题。
3.卧式多室流化干燥器
由于多层流化床干燥器制造较为复杂,操作控制不容易掌握,故近年来有将其改为多室流化床的趋势,即改为低风速的卧式多室流化床干燥器。该设备高度可降低、结构简单、操作亦较为方便,并用在SMP等片剂的干燥上。由于使用效果较好,很快就在制药工业中得到推广。目前国内有几十个工厂用此设备来干燥各种片剂颗粒药物、粉粒状物料(如聚氯乙烯、乌洛托品)以及片状物料(如尼龙1010)等。卧式流化床干燥停留时间可任意调节,压力损失小,并可得到干燥均匀的产品。它的主要缺点是采用较高风温时热效率低于多层床,。但如果能够调节各室的进风温度及风量,并逐室降低,或采用热空气串联通过各室的办法,热效率也可以提高。目前大多数卧式流化床采用负压操作。
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还相当普遍,成功应用的例子有农药草甘膦、柠檬酸、草酸、氯化橡胶、以及PVC、PE、PP树脂等。
卧式多室流化床干燥器由于分隔成多室,可以调节各室的空气量,同时,流化床内增加了挡板,可避免物料走短路排出,干燥产品的含水率也较均匀。若在操作上对各室的风量、气温加以调节,或将最末几室的热空气二次利用,或在床内添加内加热器等,还可提高热效率。
4.喷雾流化干燥器
喷雾流化干燥器是利用雾化器将溶液雾化,喷入颗粒剧烈运动的流化床内,借助溶液本身的显热,结晶热及流化介质的热量,使水分蒸发、结晶、干燥并在一步内完成。溶液在雾化过程中未碰到床中原有颗粒前,已部份蒸发结晶,形成新的品种。而在雾化过程尚未蒸发的溶液,便与床中原有结晶接触而涂布于其表面,使颗粒长大,并一步得到干燥,即形成粒状产品,这是喷雾流化干燥器用于造粒方面的原理,喷雾流化干燥器适用于可喷雾的溶液或稀浆状的物料。
喷雾流化床造粒产品的平均粒径为0.3~3.0mm,大者可达8~20mm。可通过调节操作参数来控制粒径的大小。如尿素的喷雾流化床造粒法制取的产品,其粒径可达8~25mm。在中、小型喷雾流化床造粒器内,有时在筛板上部设置搅拌装置,强制混合,防止死床,此设备可间歇操作也可连续操作。
5.惰性粒子干燥器
惰性粒子流化干燥器具有将物料蒸发、结晶、干燥、粉碎在同一设备中完成的特点。采用直径为1~2mm的玻璃球,已成功用于涂料二氧化钛。为了解决含水率60%膏状物料农药代森锌的干燥,用砂子作为惰性粒子,均达到预期目的。为流化干燥器的应用开辟了一条新的途径。
空气加热到300℃,然后进入圆柱型流化床内,使预先装入的φ1~2mm的玻璃球流化。然后将料浆由齿轮泵由拌浆槽打出,借气流式喷嘴喷入玻璃珠流化床内,物料在玻璃珠相互球磨作用下,迅速使产品粉碎及干燥,达到320目细度。干燥后的产品随气流从流化床顶逸出,经二级高效旋风分离器分离后,再经文丘里管湿法除尘,最后经旋风分离器使气液分离,尾气排入大气。
6.离心流化床干燥器
离心流化床干燥器,也是流化床干燥的重大改进之一。但在国内目前尚未见到有定型设备。其原理是在机械转动造成的离心力场作用下使粒状物料分布在丝网复盖的圆筒形多孔壁上,热气流穿过多孔壁使之流化干燥。它适用于处理大颗粒、小密度物料,如方便米饭等这一类物料,因起流速度与吹出速度非常接近,在重力场流化床中无法操作。
7.振动流化床干燥器
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,而且工程放大较困难;
(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因过度干燥而变质;
(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。
流态化干燥最重大的改进和革新,当推振动流化床的开发和应用。目前应用最广的卧式振动流化床干燥器,形状和基本结构与普通卧式流化床干燥器很相似。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“活塞式流动”,且停留时间易于调节控制,因此可获得干燥非常均匀的颗粒状产品。
振动流化床干燥器是一种强化的有特殊用途的干燥装置,它通常供物料最终干燥之用。由于在干燥过程中由机械振动帮助物料流化,不仅有利于边界层湍流,强化传热传质,而且还确保了干燥设备在相当稳定流体力学条件下工作。这种设备除具有很好干燥功能之外,还能根据工艺需要完成物料造粒、冷却、喷入少量液体、筛分和输送等工序。目前已在制糖、医药、化肥、化工、塑料、乳品、盐业和矿冶等工业部门得到广泛应用,这项技术基本成熟并已形成了系列化。
8.内换热的流化床干燥器
在流化床内设置换热器,向其内通入蒸汽或其他热介质,间接供给床层所必需的热量,而热空气的主要作用是使床层流态化,这可达到明显节能目的。内换热管可以旋转,既起换热又起搅拌作用。内换热器一般是不动的,它不仅向床层供给热量,而且还起内部构件的作用。当床层需要热量很大而使床层流态化的风量又需很小时,采用内换热器的方案是最佳的选择。
9.搅拌流化床
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。例如大多数离心机分离出来的物料都有部分结团,含结晶水的物料则在干燥过程中很容易结块。这一改进带来的另一好处是可获得均匀的流化,提高了热质传递强度。
还有许多专用流化床和特型流化床,因现在还无定型产品,在这里不做更多的介绍。
一、单圆筒流化干燥器
单层流化床可分为连续、间歇两种操作方法。连续操作停留时间分布较广,实际需要的平均停留时间较长,因而多应用于比较容易干燥的产品,或干燥程度要求不是很严格的产品。国内于1969年设计建造了一台直径为3000mm的大型流化床干燥装置,用以干燥氯化铵,单层流化床也可用于含水率较高的物料的干燥,对含水率为35%的葡萄糖酸钙的干燥就是一例。操作是间歇式的,卸料时分布板翻转90°,物料于床层下部卸出。用间歇操作的单层流化床干燥器也成功用于含水率为20%的催化剂的干燥,其出料是用高速气流将物料吹入旋风分离器后卸出。对于一些颗粒度不均匀并有一定粘性的物料,多采用在床层内装有搅拌器的低床层操作。酐酪素的干燥以及椰蓉的干燥,就是用该法进行的。
单层圆筒型流化干燥器,一般是用于较易干燥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,为了要减少未干燥粒子的排出,就必须延长平均停留时间,于是流化床高度必有所提高,而压力损失也随着增大。由于这一特性,就必须使用温度尽可能高的热空气藉以提高热效率,而适当减低床层高度。故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。
单圆筒流化干燥器工艺流程见图2-18。

图2-18单圆筒流化干燥器工艺流程图
1—引风机 ;2—料仓 ;3—星形出料阀 ;4—集料斗 ;5—旋风分离器 ;6—皮带输送机 ;7—抛料机 ;8—流化床 ;9—换热器 ;10—鼓风机 ;11—空气过滤器
二、多层振动流化床干燥器
采用多层流化床干燥器,可以增加物料的干燥时间,改善干燥产品含水的均匀性,从而易于控制产品的干燥质量。但是,多层流化床干燥器因层数增加,分布板相应增多,床层阻力增加。同时,各层之间,物料要定量地从上层转移至下层,又要保证形成稳定的流化状态,必须采用溢流装置等,这样又增加了设备结构的复杂性。对于除去结合水分的物料,采用多层流化床是恰当的。例如采用双层流化床干燥含水率15%~30%的氨基匹林;采用五层流化床干燥涤纶树脂,使产品含水率达到0.03%左右,这些都是成功的范例。
(一)多层振动流化床干燥器的工作原理
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,从而使由进料口进入的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。
(二)性能特点
⑴节约能源。由于物料与热空气相对而行,充分逆向接触,因而较同类型干燥机节省热能30%,节省电能10%。
⑵干燥质量高、效果好。物料沿水平环状孔板跳跃运动,因而不存在局部过热及干燥不均匀现象。物料破碎率低,磨损少,成品含水率低于0.1%。
⑶投资省。由于采用多层叠装形式,物料环状垂直运动,因而结构紧凑,占地面积仅为同类型干燥机的五分之一。而且坚固耐用、密封可靠、维修方便、重量轻。
⑷用途广。物料运动状态和流速可无级调节,因而对原料含水不低于40%,允许温度不超过400℃的粉粒状物料均可适用。
⑸噪音低,隔振性能好。可浮置在楼板上工作,安装、移置十分方便,工作环境好。
⑹生产效率高。物料运动时与热空气多次充分接触,热效率高,因而每小时产量是同类型干燥机的2.2~3倍。
(三)多层振动流化床干燥器的应用范围
本机适用于食品、化工、医药、饲料、饵料、塑料、制盐、粮食、种子、烟、糖、冶金等行业粉粒状物料的干燥、冷却。
多层振动流化床干燥器设备结构见图2-19。

图2-19多层振动流化床干燥器
1—加料器 ;2—一级流化床干燥器 ;3—二级流化床干燥器 ;4—旋风分离器
三、 圆型干燥机
过去的振动干燥机一般只是利用热空气压型的,或采用一维振动型的。圆型干燥机的特点是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,一边以均匀的风压将热空气送入每个振动流动槽;或者将热空气以连续通过各振动流动槽的方式送进去,因此干燥作业非常简便。
本机是利用三维振动的带有圆型振动流动槽(以下简称流动槽)的干燥机,其主要特性如下:
(1) 可以任意改变流动槽被干燥物的移动速度,以适应干燥速率要求。
(2) 可以任意控制干燥作业的热空气(也有使用冷风的)风量或风压。
(3) 连续干燥作业,所采用的结构可以是单层的也可以是多层的,组合简便。
1.圆型干燥机的工作原理
在本机中有两种工作方法。
首先说明被干燥物的移动方法。被干燥物从连接在产生三维振动的振动机的流动槽的供给口投入,在流动槽的沟槽内绕一周,经过排出口的连接口进入下一个流动槽。以后以同样的方式经过流动槽,从排出口排出,至此已变成干燥物。利用鼓风机将热空气从进风口吹入口入,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。设计中主要着眼于从底部将均匀的风送给各流动槽内的被干燥物,这样可以缩短干燥时间。另外根据干燥条件调节鼓风机的排气阀,就可以控制各流动槽的风量及风压。
第2例与第1例的不同点就是流动槽之间的连接方法的问题。第1例是在流动槽的外侧有排出口和连接口。但第2例只在内侧设有排出口,而没有连接口,这种连接方法对另一种场合也是适用的。热空气流动是热空气从进风口吹入,然后然后依次通过流动槽的底部,从排气口排出。设计采用各流动槽的底部与槽上部紧密相连的方法,使吹入的热空气不会流到沟槽的外部,因此可以提高干燥的热效率。
2.结构特点
流动槽分为被干燥物的通道区和热空气的通道区。被干燥物的通道区(以下简称沟槽)带有多孔式的底部做成同心圆状的沟形槽。底部采用多孔板、筛网及布等,使热空气能均匀地流动,另外底部还可以更换。热空气通道区是为了将均匀压力的热空气送入流动槽的底部而设计的,构成了槽的一部分。
上述流动槽与产生三维振动的振动机电相接,若改变振动机的衡重,就可以改变电机的频率,因而可以任意改变被干燥物的振幅,流向及移动速度,使操作与干燥条件相适应。
过去的流动干燥机虽然是多层的,但设计困难。本机是多层式连续干燥,而且是组合成的。组合的方法是在振动电机上设置热空气调整槽,根据单层或多层的不同情况重叠设置流动槽,最后装上上盖后,用传送带固定。排出口与连接口的连接由传送带连接。振动槽的层高受振动电机的振动传导能力的限制。
圆型干燥机设备结构见图2-20。

图2-20圆型干燥机设备结构简图
1—排湿口 ;2—加料口 ;3—出料口 ;4—排气阀 ;5—排气口 ;6—热风进口 ;7—机架
四、载体喷雾流化干燥器
载体喷雾流化床干燥器也称媒体喷雾流化干燥器、惰性粒子流化床干燥机。载体流化床干燥机我国在上世纪80年代就有成功实现工业化的报道,当时用于氧化铁黄的干燥上。该机根据喷雾技术、流化技术的原理设计而成,可以连续干燥浆状或糊状物料。主要有空气过滤器、加热器、流化床、旋风分离器、布袋除尘器、引风机、输料泵和料槽等组成。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(载体材料多用球形、柱形和立方体形的玻璃、陶瓷等材料制成使用较多的为玻璃珠或瓷珠)。故称惰性载体流化床干燥器。图2-21 载体喷雾流化干燥器流程见图2-21。
图2-21 载体喷雾流化干燥器流程图
1—加热器;2—进气室;3—进料管;4—干燥室;5—沉降室;6—载体;7—检修孔;8—孔板; 9—旋风分离器;10—出料阀 11—引风机
(一)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。
载体喷雾流化干燥器的特点是降低了喷雾干燥器的高度,可以对浆状物料和高粘度物料(20Pa?s以上)进行干燥。
(二)载体流化干燥器的工业应用
某厂采用喷雾流化载体干燥器进行荧光增白剂的干燥,取得了满意的效果。生产结果表明,这种干燥器具有很高的生产强度(400~500kg水/m2 ? h),热效率高,设备规模小,投资费用低。
(三)载体喷雾流化床干燥器可干燥物料
目前载体干燥器可以干燥下列物料:
钛白粉、腐植酸、硅藻土、六氯苯、碳酸铝、高分子胶体、生物胶、氧化铁黄、锌铬黄、分散蓝染料、分散绿染料、荧光增白剂、氯化锂、碳酸钙、炭黑、铁酸盐等。惰性载体、石油催化剂、北豆根(中药)、豆腐渣、豆沙馅、陶土、硫酸钡、钛酸钡、玻璃粉、颜料、表面活性剂、聚苯乙烯脂、煤粉。
(四)载体干燥器的特点
在各种物料状态中,糊状物料的干燥比较困难,适应这种状态的干燥机也很少,而载体干燥机可以完成部分糊状物料的干燥。物料在载体上形成很薄的液膜,而且内外两面受热,故其干燥过程迅速。物料不易过热,所以部分染料及中间体可以用它干燥;对于难干燥的粘性物料,由于在薄膜化条件下干燥,水分扩散将大大加快,同样能达到理想的干燥效果;设备占地面积小,排风温度可以控制很低,因此热效率高。可以取代粉碎、分级过程,缩短生产流程。 同烘箱相比,脱水成本下降4倍,同喷雾干燥相比,设备投资少了许多,可用于喷雾干燥难以处理的糊状物料,
五、振动载体流化床干燥器
当物料喷洒到载体上,能否处于良好的流化状态是连续生产的关键。随着振动技术的发展,给载体干燥机增加振动源能使载体的流化状态大为改善。
(一)工作原理
两台振动电机交叉布置,同步反向运转,使振动机体作垂直振动及扭振。振动载体加在热空气分布板上,在激振力的作用下,沿水平环状热空气分布板上作圆周抛掷运动。这种运动主要由两种运动合成而成,一是振动载体沿圆周方向的扩散运动,二是振动载体在垂直方向的循环与混合运动。因此当湿物料加入床内后,在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,然后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。
(二)干燥物性研究
振动载体流化床干燥器具有独特的干燥特性,特别是针对液糊状及轻粉状物料而言,具有很高的干燥效率,热能利用率高,这主要是有振动载体的缘故。载体在干燥过程中起到两个主要作用,一是干燥物料的主要介质,二是分散、研磨和粉碎物料。根据物料在床内干燥状态的变化过程,将物料在床内的干燥操作过程划分为三个阶段,由此三个干燥阶段组成了振动载体流化床的一个干燥周期:第一干燥段,载体流化和分散物料阶段;第二干燥段,物料干燥段;第三干燥段,载体研磨物料阶段。三个干燥阶段的划分为进一步研究其干燥机理奠定了基础,同时为研究物料在床内停留时间分布提供了依据。
振动载体流化床和振动流化床流化物料的区别就在于,振动载体流化床是借助于载体来流化物料,这就是其干燥的主要特征。对于具有一定粘性的液糊状、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。而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。
物料的干燥阶段,是干燥周期的第二阶段,在载体充分流化和分散以后,物料被分散成细小颗粒,或在载体表面形成薄膜。这些细小颗粒沉浮于载体之中,或少量悬浮于载体床层表面之上呈悬浮状态,大块粘接载体的现象没有了。这时物料已进入全面干燥阶段,其间湿物料的湿含量下降幅度最大,也是最明显的。
载体流化床是一种高效节能型流化床。振动载体流化床在干燥物料过程中,基本上是处于恒速干燥阶段。出口空气温度略高于床内干燥物料的平均温度,进出口空气温度相差较大,而且非常稳定,这表明振动载体流化床的干燥过程可以得出这样的结论,载体的加入有利于物料的干燥。首先物料干燥所需的热量来自两个方面,一是热空气的对流传热,二是载体的接触传导传热。其次由于湿物料在载体表面形成物料薄膜,因而使其干燥的有效表面积扩大,这样使物料的干燥强度大大提高了。由于载体比热空气有较大的热容,因此负担着床内大部分的热量,是物料干燥所需的主要热源,另外传热系数比对流传热系数大得多,所以载体与物料充分接触在干燥过程中是非常重要的。
物料的研磨阶段是干燥周期的最后阶段。物料经过充分干燥以后变成小块状,在载体的碰撞下,研磨成细小颗粒。细颗粒粒径分布达到一定要求被风带出床层,在此阶段物料大量悬浮于载体表面上。
一般情况下,很难将三个干燥阶段严格划分,因为物料在干燥的同时也存在载体研磨物料的现象。对于理想中的两粒载体,这三个阶段的描述比较接近。但在粒子群中,这三个阶段无明显界限。几个现象同时发生,只是量的大小不同而已。振动载体流化床干燥器设备结构见图2-22。

图2-22振动载体流化床干燥器设备结构简图
1—排风口 ;2—进风口 ;3—加料口 ;4—干燥器筒体 ;5—热风分布孔板 ;6—配风室 ;7—振动弹簧 ;8—机架 ;9—振动电机
六、粉碎流化床干燥器
粉碎流化床干燥机是在普通流化床干燥机的基础上加装内粉碎机构和强化混合构件形成的。
液态物料无需雾化或加水稀释后再雾化,即可直接加入有底料的粉碎流化床内进行干燥。由于加装的内粉碎机构进行了有效的搅拌,含水率较小的底料与液态物料可快速充分地混合,液体失去流动性同时也通过粘滞区,形成具有一定水分的块状物料或颗粒团,在与干燥介质接触时表面迅速脱水。同时,在粉碎机构的粉碎下,大块物料被迅速粉碎成较小块的物料。在进行粉碎的同时,表面水分继续蒸发,然后再粉碎,再蒸发。直至形成一定粒径的含水率较小的颗粒群置换原来的底料,原来的底料进入普通流化室进行进一步干燥。由于合理配置了粉碎机构,加之强化混合构件的作用,液态物料迅速与干物料混合、脱水并被粉碎成为较小的固体颗粒,因而粉碎流化床内物料能保持稳定的流化状态。液体原料不断加入形成固体颗粒,底料不断被置换而溢流出粉碎流化室,如此形成一种动态平衡,实现了连续的液态物料的流化干燥。粉碎室内物料的混合作用较强,被干燥的液态物料可直接用管道加入粉碎流化床,而无需对其进行雾化。这样加料方式简单,也不易受其固体悬浮物的影响。
通常情况下,粉碎流化床仅在加料侧的第一室加装内粉碎机构。第一室称为粉碎流化室,其余为普通流化室。在粉碎流化室,液态物料经过上述干燥和粉碎过程,形成了含有一定表面水的粉粒状固体,然后在普通流化室中进行深度干燥。粉碎流化室与普通流化室之间,将布风板以一定的角度向粉碎流化室倾斜,或将整个普通流化室的布风板向粉碎流化室整体倾斜。进入普通流化室的较大颗粒的物料可以返回粉碎流化室被进一步粉碎成更小的颗粒,这样可以避免大颗粒物料在流化床中沉积,使流态化干燥过程更为稳定,并使干燥产品的含水率和粒径更加均匀。
粉碎流化床具有流态化干燥的气固接触均匀、两相相对速度较大、操作连续方便、干燥强度较大、设备简单紧凑等优点。除此之外,由于在粉碎机构的粉碎作用下,物料被粉碎成较小的颗粒,比表面积加大,这样,便提高了干燥强度。另外,在搅拌的作用下,流化床中的气泡被打碎,使粉碎流化床更接近于散式流态化,气固接触更加均匀、有效,提高了传热传质性能。
目前粉碎流化床干燥器出现几种结构,但都未实现系列化,用户可根据物料情况与制造方联系。
粉碎流化床设备结构见图2-23
图2-23粉碎流化床干燥器设备结构简图
1—筛网 ;2—网格 ;3—回转耙 ;4—破碎粒子 ;5—破碎机 ;6—隔壁 ;7—整流板 ;8—粗粒子七、内热管流化床干燥器
在各种类型流化床中,气体经孔板进入料层,因此产品和气体呈现错流流动,气体除了保持产品流动外,同时也是热量和质量交换的介质。
流化床干燥器引入的热空气有两个作用:一个作用是使物料流态化,在这个作用中空气是作为动力源;另一个作用是给被干燥物料提供足够的热量,同时容纳水蒸汽,此时空气又作为载热体和载湿体。为此所用空气应满足二者的最大量,这就不可避免造成能源的无端浪费。在流化床中装有可通入热水或蒸汽的加热管或加热板,是一种节能型干燥设备。除由气体带入能量外,有部分热量是浸没式热交换器提供的,因而大大减少了气体流量。由于物料干燥所需大量热量均由加热管或加热板提供,送入的气体仅作为物料的流化动力和带走水分的载湿体之用。据介绍,在相同产量的情况下,所需要的热量仅为无内藏热管的20%,而相应的气量也仅为后者的20%~30%左右。在内置换热器流化床中,气体经过孔板吹向料层,粉状物料和气体呈错流,表现出“流态化”。气体除了促进物料流动外,同时也是热量交换的介质。此外,物料密相区(简称“床层”)内的盘管与物料充分接触,也进行热量交换,经干燥或冷却后的物料溢流排出。
流化床的特征是气体使固体颗粒移动,选择的气体速度要保持产品呈流化状态,而不是将其风动输送。移动的料层就像流体一样,加入的产品连续向流化床的一端移动,在床层的最低点保持稳定的溢流,使产品排出。
所有颗粒如此稳定地移动,它们整个表面处于交换过程。尽管颗粒剧烈移动,但产品处理温和,无任何明显的磨损。由于出口气体温度一般低于最高的产品温度,因此该设备具有很高的热效率。本干燥器的特点是干燥和冷却能在单台的联合流化床干燥装置中有效地进行,因此节省费用。
(一)内置换热器流化床的优点
与传统流化床干燥器相比,内置流化床干燥器主要优点如下:
(1)用气量小,鼓风机能耗低,除尘负荷降低30%~40%左右;
(2)热效率高,蒸汽消耗低。物料与干燥介质接触面积大,传热效果好,热效率达75%~80%;
(3)床内温度分布均匀,避免了局部过热,较适合于热敏性物料;
(4)操作灵活,而且弹性大,生产能力高;
(5)该床既可连续操作,也可间歇操作,根据生产需求,可在0%~100%之间调整生产负荷;
(6)停留时间可按实际需要进行调节,此外,低温干燥不易产生静电;
(7)由于其空床气速为0.5~1.0m/s,因此,物料颗粒破碎率低,对设备磨损小;
⑻投资小。该干燥器本身机械运动部件少,装置投资费用低廉,维修工作量小。
(二)内置换热器流化床的主要结构特征
内置换热器流化床干燥器主要有内置换热盘管,用于加热(或冷却),分别置于床内共混区、干燥区、和冷却区(二者之间有一隔板)。物料在床内形成流化态时,物料与加热器、热空气进行充分的热交换,使物料被均匀干燥,干燥后的物料由干燥段进入冷却段,经冷空气及冷却盘管降温后,经溢流堰排出。
1.干燥器壳体
根据物料的密度及粒度分布区间,在设计时加大上壳体的宽度及高度,降低风速以减少气相粉尘夹带量。同时,对壳体内表面采取抛光处理,以避免物料在器壁上粘积。
2.布风板与风室
为使物料均匀流化,在流化床下部设置有条型布风板(孔板)及多个风室,且布风板上的“方眼孔”方向一致,朝向干燥器出料口,以利于块状物料的排出。
3.内置换热器
为提高传热效率,降低综合能耗,在布风板上方安装有四组换热盘管(在正常运转状态下,盘管被沸腾的物料淹没),盘管底部距布风板大约20cm左右,以便于块状料移出。由于沸腾物料的冲刷,时间长久,盘管易出现磨损泄漏,为此,在床内专门设置有抽出导轨以方便检修;而且,盘管及其固定装置的外表面均采取抛光处理,以减少物料的粘结。
4.共混区
共混区位于进料口下方及两组盘管之间,可以通过调节风阀开度加大共混区风量,提高此区域的流化速度,使下落的湿物料迅速干燥,以避免在床内结块和堆积。
5.溢流堰
溢流堰位于干燥床出口处,略高于盘管,在其上部设置有一弧型挡板,可在床外实现调节,高度在0~30cm之间可调,以控制物料在床内的停留时间,保证最终含水率。
在国外,内置流化床干燥器有系列产品,目前国内只有专用装置。本干燥器已用于下列产品的干燥:
ABS塑料、丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三元共聚物、己二酸、氯化铵、硝酸铵、硫酸铵、面包屑、氯化钙、甲酸钙、葡萄糖钙、次氯酸钙、硫酸钙、酪素、纤维素衍生物、柠檬酸、煤、硫酸铜、结晶糖、磷酸二铵、磷酸二钙、成粒瓷土、成粒肥料、对苯二酚、硫酸铁、乳糖、乳胶树脂、赖氨酸、硫酸镁、季戊四醇、药品、乙烯、丙烯、聚苯乙烯、碳酸钾、氯酸钾、氯化钾、硝酸钾、磷酸钾、酒石酸钾、钢屑、聚氯乙烯、污水污泥、碳酸氢钠、溴化钠、碳酸钠、氯酸钠、氯化钠、甲酸钠、过硼酸钠、硫酸钠、大豆、大豆制品、淀粉、淀粉衍生物、酒石酸、对苯二甲酸、二氧化钛、尿素、维生素等。
内热管流化床干燥器设备结构见图2-24。

图2-24内热管流化床干燥器工艺流程图
1—加料器 ;2—旋风分离器 ;3—空气过滤器 ;4—加热器 ;5—料斗 ;6—出料斗 ;7—出料阀 ;8—引风机
八、卧式多室流化床干燥器
为了克服多层流化床干燥器的结构复杂、床层阻力大、操作不易控制等缺点,以保证干燥后产品的质量,近年来又研制出了一种卧式多室流化床干燥器。这种设备结构简单、操作方便,适用于干燥各种难于干燥的粒状物料和热敏性物料,并逐渐推广到粉状物料。
卧式多室流化床干燥器为一矩形箱式流化床,底部为多孔筛板,其开孔率一般为4%~13%,孔径一般为1.5mm~2.0mm。筛板上方有竖向挡板,将流化床分隔成若干个小室。每块挡板均可上下移动,以调节其与筛板之间距。每一小室下部有一进气支管,支管上有调节气体流量的阀门。湿料由加料机连续加入干燥器的第一室,由于物料处于流化状态,所以可自由地由第一室移向最后一室。干燥后的物料则由最后一室卸料口卸出。
空气经过滤器、加热器加热后,由每个支管分别送入小干燥室的底部,通过多孔筛板进入干燥室,使多孔板上的物料进行流化干燥。尾气由干燥室顶部出来,经旋风分离器、袋式过滤器后,由引风机排出。
卧式多室流化床干燥器所干燥的物料,大部分是经造粒机预制成4~14目的散粒状物料。初始湿含量一般为10%~30%,终了湿含量约为0.02%~0.3%。由于物料在流化床中摩擦碰撞的结果,干燥后物料粒度变小。当物料的粒度分布在80~100目或更细小时,干燥器上部需设置扩大段,以减小细粉的夹带损失。同时,分布板的孔径及开孔率亦应缩小,以改善其流化质量。
卧式多室流化床干燥器的特点如下:
优点:
(1)结构简单、制造方便,没有任何运动部件;
(2)占地面积小,卸料方便,容易操作;
(3)干燥速率快,处理量幅度变动大;
(4)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:
(1)热效率与其它类型流化床干燥器相比较低;
(2)对于多品种小产量物料的适应性较差。
为克服上述缺点,常用的措施有:
(1)采用栅式加料器,可使物料尽量均匀地散布于床层之上;
(2)干燥器内加工光滑,以圆角过渡为好,消除各室筛板的死角;
⑶操作力求平稳。有些工厂采用电震动加料器,可使床层流化良好,操作稳定。
已处理物料有饲料、药品、氯化胆碱、氯化钙、氯化钾、硫铵、石膏、芒硝、硅酸、煤碳、原料药、压片颗粒、饮料冲剂、玉米胚芽、塑料树脂、葡萄糖酸钙等。
卧式多室流化床干燥器设备结构见图2-25。

图2-25卧式多室流化床干燥器工艺流程图
1—制粒机 ;2—料斗 ;3—干燥室 ;4—集粉料斗 ;5—空气过滤器 ;6—翅片换热器 ;7—进气支管 ;8—孔板 ;9—旋风分离器 ;10—布袋除尘器 ;11—引风机 ;12—视镜
九、竖式(移动床)干燥器
竖式(移动床)干燥器是一种利用被干燥物料的自重,在干燥器中垂直向下运动的干燥器,称为竖式干燥器或移动床干燥器。外壳为直立的通道,内部安装有减慢物料向下运动的横向栅板和纵向栅,物料连续地从干燥器上部加入,被栅板分散在竖式干燥器的整个截面,并且不断地向下运动。热空气从燃烧室向下流动,从顶部排除,干燥产品从干燥器底部卸出。如果在竖直的干燥器中填满了物料,连续而密集地向下移动,则干燥时间可以任意调节。这种干燥器在谷物干燥方面应用较多,还用于煤球干燥,其他在树脂干燥也是可行的。
竖式干燥器的特点如下:
(1)结构简单,管理方便,运转噪音小;
(2)干燥介质流速低,一般采用0.2~0.3m/s(以设备空截面计算)。穿过物料层的阻力小,动能消耗低;(3)排除的尾气在大多数情况下,都可以接近饱和程度。热能消耗较少,热效率较高;
(4)物料停留时间可以任意控制,因此,对产品含水率可以控制很低;
(5)竖式干燥器仅适用于散粒物料的干燥,例如矿石、粒状树脂、谷物等;
(6)竖式干燥器金属耗量较大,但也可采用钢筋混凝土或其他合适的建筑材料建造;
(7)采用的气速较低,不易产生粉尘带出,因此,不需要除尘设备。
已用于矿石、煤、涤纶切片、合成树脂、谷物等物料的干燥。

十、振动流化床干燥器
近二十年来,国内外在改善流化床性能方面作了大量研究,这些研究主要偏重于以下三个方面:
⑴用一些辅助手段来改善流化质量;
⑵在流化床中装置辅助换热器,以改善其传热传质特性;
⑶将造粒和涂敷等操作与干燥同时进行。
由此出现了一些改型流化床,如脉冲流循环流化床、应用离心力场的流化床、带有转子、振动或搅动分布板的流化床、将声波、磁力应用于颗粒流化床,在流化床内设置加热器等。
振动流化床是一种很成功的改型流化床,将机械振动加于流化床即为振动流化床。床层可以垂直振动,水平振动或于床层轴线成一定角度作振动。波型可为正弦型或其他型式,振动流化床与一般对流流化床相比具有以下优点:
⑴控制振幅和振动频率可比较容易和准确地控制颗粒在床层中的停留时间(特别是颗粒度分布广的粉粒),在连续操作时可得到活塞流型;
⑵振动促进流化,使空气需要量减少,从而使颗粒夹带量降低;
⑶对于湿含量大,易于团聚、粘结的颗粒,振动有助于使之分散,从而使流化和干燥效果好;
⑷可以较缓和地处理物料,使颗粒的破碎和磨损较少。
流化床操作具有固体颗粒混合好,气固两相的传热传质表面积大等优点。其主要不足是:
⑴处理的颗粒应大于50~100μm;
⑵颗粒粒度分布宽时,尾气夹带严重;
⑶颗粒湿度较大时容易形成结块或团聚;
⑷麦粒、纤维等非球形颗粒及有粘结性的颗粒不能很好的流化;
⑸由于颗粒返混,颗粒停留时间分布范围大,故颗粒的湿含量不均匀。
由于振动流化床改善了普通流化床性能,因而在化工、医药、食品等工业领域获得了广泛的应用。我国在奶粉的两段干燥技术及速溶化处理中应用振动流化床已有十余年的历史了。此外在味精干燥、柠檬酸干燥及某些化工行业中使用振动流化床也已多年。振动流化床在西方国家的食品和医药工业中应用非常普遍,但大多数已发表的文献却源于前苏联和东欧国家,近年来加拿大和日本又进一步作了不少有益的探索。尽管如此,对振动流化床的基本理论的研究还很不完善,对操作过程中的许多现象仍不能很好说明。国内和国外都处于工业应用超越基本研究的阶段,设计主要还是凭借经验。这种状况有碍于振动流化床在最佳条件下操作和进一步推广。
振动流化床有多种不同的结构和布置方式,可作如下分类:操作类型有间歇式或连续式;床形有直形槽或螺旋形槽;空气通过床层的动力和方向有真空装置、鼓风装置;气流平行于床面、气流自下而上或自上而下通过床层;供热方法有传导、对流、辐射及其它方法等。振动方法有装置整体振动、仅仅底部振动或采用振动搅拌器等。
振动流化床干燥机是支承在一组弹簧上,由激振电机提供动力的一种振动机械。投入干燥机的散状物料在多孔板上受激振力的作用由加料端向出料口运动。通气式振动流化床干燥机由多孔板下吹入的热空气从物料层中通过,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以达到动态干燥,因而热效率高、物料干燥均匀。
振动流化床干燥器是一种强化的有特殊用途的干燥装置,它通常供物料最终干燥之用。由于在干燥过程中由机械振动帮助流态化,不仅有利于边界层湍流,强化传热传质,而且还确保了干燥设备在相当稳定流体力学条件下工作。这种设备除具有很好干燥功能之外,还能根据工艺需要附加地完成物料造粒、冷却、筛分和输送等工序。目前已在制糖、医药、化肥、塑料、乳品、盐业和矿冶等工业部门得到广泛应用。
对于初始含水率很高的物料,若采用箱式干燥需10~20h,用带式干燥机需2h,而采用振动流化床干燥机一般只需30min便可达到干燥要求。相比之下,使用振动流化床干燥不仅节省大量能源,而且产品受热温度低,使产品质量更好。大型振动流化床干燥器在干燥高初始含水率蔬果切片时,每小时可以从物料中排除1t水分。
(一)工作原理
如果有一料层放在振动空间,就会出现以下现象:最初随振动加速度的增加,料层逐渐被压实;当加速度值接近重力加速度g(9.81m/s2)时,料层密度达到最大;如果进一步增加振动加速度,则料层便开始膨胀,并出现所谓振动流化状态。这时,放在振动表面的物料产生强烈混和,并且很容易作水平或倾斜移动,也可沿螺旋面向上输送。在此条件下,若利用传导、对流、辐射或其中两者复合方式向料层供入热量,即可达到物料干燥目的。
将机械振动强加于流化床即为振动流床,就是在物料流化的基础上增加床层的振动,使物料有一个抛掷和松动的过程,使两者有机地结合起来,以达到低床层流化效果。它与传统的流化床不同点在于普通流化床的物料输送与流化是借助于风力(热空气)来完成,而振动流化床则籍振动来完成。振动流化床可以使物料的最小流化速度降低,尤其是靠近底部的颗粒先流化,改善了颗粒在底部的流化质量,使一些难以流化的物料能进行正常的干燥操作。
(二)基本构造
干燥机的关键部件之一是流化室。在流化室中,物料借助振动及气流由进料口向出料口移动,并呈流化状态。气体与物料进行良好接触,使物料中的水分加热蒸发后迅速地传递到空气中,使物料得以干燥。
分布板是保证正常操作的关键,它需有足够压降以保证通过开孔率的气量均匀。在振动流化床中,物料在周期地抛起、落下的过程中跳跃前进,并与分布板孔洞中出来的气体激烈碰撞,流化床中大气泡受冲击而成为分散的小气泡,从而改善流化质量。由于开孔率大,床层压降小,减少了动力消耗,降低操作成本。然而开孔率太大,会使孔内流速相应降低,产生漏料现象,影响正常操作。因此,应该根据不同物料来选择适宜的孔径、孔型及开孔率,并通过实验确定。
振动装置产生振动力(激振力)的大小直接影响到承载体的振幅和移动速度。目前振动器可分为惯性型振动器(偏心块振动器、振动电机)和偏心连杆振动器两种。
(三)特点
振动流化床和普通流化床相比,具有下述优点:
①通过调节振动的频率和振幅,容易控制粉粒料的停留时间分布,实现连续操作;
②机械振动的加入,减低了操作流化速度,减少粉粒料夹带;
③振动有助于分散湿含量大、易团聚、粘结的颗粒,改善流化状态;
④低床层操作,颗粒的破碎、磨损较少。
实践表明,振动流化床干燥速率除同物料性质有关外,主要同装置的振动频率、振幅和供热方式有关。在装置强度和噪声标准允许条件下,应尽可能采用较高振动频率和振幅。在供热方面,一般采用传导方式较对流方式更为有效。对于易粘附在振动表面的热敏性物料干燥,更适宜的是采用对流或对流与辐射复合的供热方式。
另外,从干燥过程动力学观点出发,振动流化干燥时间是干燥物料初、终湿含量的函数;从机械上讲,振动流化干燥时间又取决于物料移动速度。很显然,为确保干燥过程顺利进行,干燥时间长短的选择必须同时满足上述两方面要求。
振动流化床干燥器是一种新技术,它适于干燥不易流动的物料(如颗粒太粗或太细、易于粘结或成团等),以及特殊要求的物料(如要求保持晶形完整、晶体闪光度好等)。我国已成功地应用振动流化床干燥器干燥砂糖,取得了良好的效果。以前干燥砂糖多用回转圆筒干燥机或立式蝶形干燥器,但在干燥过程中由于粒子与粒子间的摩擦及粒子与设备壁面间的摩擦,干燥后糖粒破坏,产品无棱角、粉末多、闪光度差。采用振动流化床干燥器后,这种现象大大改善。
干燥器由分配段、流化段和筛选段三部分组成。在分配段和筛选段下面均有热空气引入,含水率为4~6%的湿料,从加料装置进到分配段,由于平板振动,使物料均匀地加到沸腾段去。湿料在沸腾段停留时间约为几秒钟,即达到干燥的目的,产品含水率达到要求时出料。振动流化床干燥器工艺流程见图2-26。

图2-26振动流化床干燥器
1—加料口 ;2—机座 ;3—排风罩 ;4—产品出口 ;5—振动电机 ;6—加热器 ;7—鼓风机 ;8—分气阀 ;9—软式风管 ;10—旋风分离器 ;11—引风机 ;12—鼓风机

十一、传导传热流化床干燥器
采用振动电机的振动流化干燥器。干燥器的主机带夹套,采用蒸汽或温水等热介质间接加热。主机安置在弹簧(即支撑弹性元件)上。振动部分是由两台振动电机作振动源。在干燥过程中,由电机造成的机械振动帮助流态化,这不仅有利于边界层湍流,强化传热传质,而且还确保了干燥设备在相当稳定的流体力学条件下工作。根据电机的装置方式可以分为两种型式:立式圆筒型(电机装在主机侧面斜下方,可以产生半椭圆形的振动)和卧式圆筒型(电机装在主机下部,可以产生圆周振动)。这种新型振动流化干燥器可不采用分布板,因此结构更为简单。
(一)粉粒体流动特性
振动方式不同,粉粒体流动特性也不同(无分布板)。
1.立式圆筒型
若从主机俯视,粉粒体在圆周旋转的同时也在径向上下流动。这样在干燥的同时也能使粉粒体混合。
2.卧式圆筒型
主要是上下方向的翻动,轴向移动并不显著。
3.连续式(无分布板)
粉粒体流动特性与卧式圆筒型相同。粉粒体连续地供给,当达到堰高时,则溢流至下面的干燥室,依次顺序向出口方向流动并排出系统外。
(二)传导传热振动流化干燥器具备的特点:
1.依靠振动而使粉粒体流化,因此粉粒体的破坏、飞散、局部受热及干燥不均的情况少;
2.由于通过夹套间接加热,干燥器主机可以采用密闭结构,因此可采用温水、水蒸汽、冷水等来加热或冷却。也易于减压干燥及惰性气封,可以防止分解化和氧化分解。适于膏状物料的干燥,并易于分离回收有机溶剂;
3.干燥器主机内部结构极为简单,无搅拌叶甚至流化床多孔板等,因此易洗涤及净化。此外,密封性能好、污垢物少、便于干燥物料的更换;
4.粉粒体边振动边排出系统外,可防止出口堵塞,将物料完全排出;
5.可对膏状物料同时进行干燥与粉碎。
已干燥的物料:化学工业:硼酸、草酸、柠檬酸、氨基酸、铝珠、溴化钾、合成橡胶、氯酸钠、炸药、偏亚硫酸盐、硅酸盐钠、过硫酸钠盐、硝酸钾、硝酸钠、过硼酸钠盐、磷酸盐三钠、聚苯乙烯、聚乙烯、硫酸铵、硫酸钠等、离子交换树脂、氯化铵、漂粉精、颗粒复合肥料、硼砂、聚醋酸乙烯、五水偏硅酸钠,过碳酸钠。
农业食品工业:挤压品、肉豆蔻、咖啡豆、大豆、向日葵籽、巧克力粒子、乳糖、酵母、赖氨酸、奶粉、西红柿粉、豆蛋白质、食盐、白糖、味精、苹果、南瓜、魔芋、萝卜、山楂(红果)糖精钠、红糖。
矿物业:粘土、铝土矿、钙、碳酸钙、焦煤、研磨料、砂子。
药品:中药饮片,如桑皮、黄柏、甘草等;滋补品,如银耳、鹿茸、人参、氯霉素。
除此之外振动流化床干燥器还可以与其它干燥器(如喷雾干燥器)等组成多级干燥系统。
传导传热流化床干燥器设备结构见图2-27。

图2-27传导传热流化床干燥器
1—旋转接头 ;2—皮带轮 ;3—端盖 ;4—主轴 ;5—搅拌轴 ;6—出料口 ;7—粉碎轴 ;8—排气罩 ;9—加料口 ;10—真空表 ;11—排气阀;12—筒体;13—温度计 ;14—安全阀 ;15—齿轮付;16—端盖;17—轴承箱;18-皮带轮;19—付轴;20—回转接头;21—观察窗

我国干燥技术学术交流纪事
依靠科技推动干燥行业发展
对干燥的认识与设备的评价
第十三届国际干燥学术研讨会
配套设备的选择方法
组合干燥的特点和优越性
回转干燥
制粒干燥设备
真空干燥设备
箱式、洞道式干燥机
喷雾干燥器
传导式干燥机
流化床干燥机
滚筒转鼓干燥机
幅射干燥
带式干燥机