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沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述
我國(guó)干燥機(jī)的技術(shù)進(jìn)展
——振動(dòng)流化床干燥機(jī)的原理和過(guò)程
姓名；王勇 班級(jí)；1102 指導(dǎo)教師；趙艷春
摘要 介紹了干燥設(shè)備的類型，工作原理應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)，列舉了振動(dòng)流化床干燥機(jī)機(jī)的工作原理及過(guò)程。
關(guān)鍵詞 干燥 干燥設(shè)備 進(jìn)展 振動(dòng)流化床干燥機(jī)
一、干燥技術(shù)的概述
干燥是化學(xué)工程中出現(xiàn)最早、應(yīng)用最廣的，也是耗能最多的單元操作之一。
干燥的重要性不僅在于它對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的效率和總能耗有較大的影響，還在于它往往是生產(chǎn)過(guò)程的最后工序，操作的好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，從而影響市場(chǎng)能力和經(jīng)濟(jì)效益。事實(shí)上，我國(guó)有許多產(chǎn)品，就純度而言已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)國(guó)外產(chǎn)品；然而就是由于干燥技術(shù)不如人家，堆積密度、粒度、色澤等物性指標(biāo)上不去，在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)，有的甚至售價(jià)僅為國(guó)外同種產(chǎn)品的三分之一。
干燥操作應(yīng)用的廣泛性是不言而喻的，而且有越來(lái)越廣泛的趨勢(shì)。這種趨勢(shì)主要取決于下列兩個(gè)因數(shù)；（1）隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新產(chǎn)品與日俱增。新產(chǎn)品中有相當(dāng)大一部分需要干燥；（2）有許多產(chǎn)品或半成品，過(guò)去一直靠自然干燥，隨著企業(yè)集團(tuán)化經(jīng)營(yíng)和質(zhì)量要求提高，也趨向采用機(jī)械化干燥。現(xiàn)在幾乎可以斷言：任何一種行業(yè)，其產(chǎn)品生產(chǎn)中不可能完全不涉及干燥作業(yè)。
二、干燥技術(shù)發(fā)展的基本特點(diǎn)
1、一般情況
過(guò)去20多年間，干燥技術(shù)、設(shè)備的開(kāi)發(fā)研究主要集中在輕工業(yè)尤其是食品和紙張、紡織、農(nóng)林漁牧產(chǎn)品、藥物、生物制品和制劑、以及一些高技術(shù)產(chǎn)品；有關(guān)化工產(chǎn)品干燥的開(kāi)發(fā)研究相對(duì)較少。在干燥技術(shù)設(shè)備的應(yīng)用方面，化學(xué)工業(yè)也變成了一個(gè)較小的行業(yè)。與化工產(chǎn)品相比，其它產(chǎn)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，應(yīng)盡可能不脫出其它易揮發(fā)分。與此相適應(yīng)，對(duì)它們的干燥技術(shù)和設(shè)備開(kāi)發(fā)，主要注意力往往集中在滿足這些要求以保證產(chǎn)品質(zhì)量方面；干燥速率反而成為比較次要的因數(shù)。
2、主要研究方向
過(guò)去20多年間，有關(guān)干燥理論和技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)主要集中在以下幾個(gè)方面：
（1） 提高效率、降低能耗；
（2） 提高干燥速率，使設(shè)備緊湊；
（3） 提高控制水平，優(yōu)化干燥機(jī)性能，以及與此相聯(lián)系的在線流量；
（4） 改善產(chǎn)品質(zhì)量；
（5） 安全操作和控制環(huán)境污染；
（6） 增強(qiáng)靈活性，開(kāi)發(fā)可以用于多種產(chǎn)品的干燥系統(tǒng)；
三、流態(tài)化干燥
流態(tài)化技術(shù)自1921年發(fā)明以來(lái)，干燥是應(yīng)用最早的領(lǐng)域之一。由于它具有溫度均勻且易于控制、熱質(zhì)傳遞強(qiáng)度大和物料易于輸送等突出優(yōu)點(diǎn)，迄今仍廣泛應(yīng)用。但普通流化床也存在下列較嚴(yán)重的缺點(diǎn)：（1）氣泡現(xiàn)象使流化不均勻，相間接觸效率不高，且工程放大較困難；（2）物料停留時(shí)間分布極不均勻，難以獲得濕含量均一的產(chǎn)品，甚至可能有部分產(chǎn)品過(guò)于干燥而變質(zhì)；（3）動(dòng)力和熱能消耗大；（4）只能處理松散的粉狀或粒狀物料。為解決這些問(wèn)題，在流態(tài)化基本構(gòu)思的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一系列改進(jìn)和發(fā)展。
臥式流化床干燥機(jī)可能是最早的改進(jìn)，并在60年代就已較廣泛地應(yīng)用。它使物料從一端加入，另一端卸出，相當(dāng)于多個(gè)方形截面流化床串聯(lián)系統(tǒng)（對(duì)物料而言；氣體則多半是并聯(lián)）。其主要特點(diǎn)是改善了物料停留時(shí)間分布，從而可制得均勻干燥的產(chǎn)品。為此目的，有的還在相鄰室間安裝擋板。另一優(yōu)點(diǎn)是很容易使物料的冷卻和干燥結(jié)合在同一設(shè)備中進(jìn)行，即在尾部增設(shè)一冷卻室，出料直接包裝，簡(jiǎn)化流程和設(shè)備。這類干燥機(jī)目前在工業(yè)上應(yīng)用相當(dāng)普遍。
在普通流化床底部設(shè)置攪拌器，是流態(tài)化干燥的另一類改進(jìn)。它擴(kuò)大了流態(tài)化干燥適用的物料范圍，使之可用于進(jìn)料或在干燥脫水過(guò)程中可能結(jié)塊的粉狀或粒狀物料，而這是很常見(jiàn)的一類物料。離心流化床干燥機(jī)，也是流態(tài)化干燥的重大改進(jìn)之一。其原理是在機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)造成的離心力場(chǎng)作用下使粒狀物料分布在絲網(wǎng)復(fù)蓋的臥室圓筒形多孔壁上；熱氣流穿過(guò)多孔壁使之流化干燥。它們適用于處理大顆粒、小密度物料。
四、振動(dòng)流化床
流態(tài)化干燥最重大的改進(jìn)和革新，當(dāng)推振動(dòng)流化床開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。目前應(yīng)用最廣的臥式流化床干燥機(jī)，形狀和基本結(jié)構(gòu)與普通臥式流化床干燥機(jī)很相似。區(qū)別在于前者整個(gè)機(jī)體通過(guò)彈簧支撐在底座上，多孔板稍向出料端傾斜；機(jī)體一側(cè)或兩側(cè)裝有振動(dòng)電機(jī)。物料依靠機(jī)械振動(dòng)和穿孔氣流雙重作用流化，并在振動(dòng)作用下向前運(yùn)動(dòng)。它具有非常突出的優(yōu)點(diǎn)：（1）在很低的氣速下即可獲得均勻的流化，從而大大降低了能耗、顆粒間的磨損和粉塵夾帶；（2）物料停留時(shí)間分布均勻，幾乎可以認(rèn)為是柱塞式流動(dòng)，且停留時(shí)間易于調(diào)節(jié)控制，因此可獲得干燥非常均勻且質(zhì)量符合要求的產(chǎn)品；（3）可以處理形狀不規(guī)則的物料。由于具有這些優(yōu)點(diǎn)，它一問(wèn)世就受到極大的關(guān)注。我國(guó)自1985年引進(jìn)以來(lái)，迄今用于生產(chǎn)的已有上千臺(tái)，廣泛用于化工、醫(yī)藥、輕工、食品、飼料、曠冶、林產(chǎn)等行業(yè)中粉狀、粒狀、條狀和片狀等物料的干燥。
五、振動(dòng)流化床技術(shù)研究的現(xiàn)狀
振動(dòng)流化床(V FB) 技術(shù)的出現(xiàn)至今已有六十余年的歷史, 但一直未引起人們的足夠重視, 進(jìn)入本世紀(jì)六十年代, 由于振動(dòng)流化床具有強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)過(guò)程等優(yōu)于普通流化床(CFB) 的獨(dú)特優(yōu)越性, 人們才投入大量人力物力開(kāi)發(fā)V FB 技術(shù)。不少物理加工過(guò)程, 如干燥、加熱、冷卻、燒結(jié)、噴霧造粒等, 當(dāng)被處理的顆粒物料粘性強(qiáng)、粒度分布寬、燒結(jié)傾向強(qiáng)、粗顆粒、易碎性等而使流化發(fā)生因難時(shí), 用V FB 處理可得到很好的結(jié)果。另外V FB 化學(xué)反應(yīng)器的研究工作也取得了進(jìn)展。
進(jìn)入八十年代未后, V FB 技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究更加活躍, 工業(yè)應(yīng)用也更為廣泛。美國(guó)完成了先進(jìn)的煤炭轉(zhuǎn)化過(guò)程示范工程。濕度大、變質(zhì)程度低的煤炭經(jīng)V FB 和CFB 裝置處理后, 除去結(jié)合水、羧基和揮發(fā)硫, 并實(shí)現(xiàn)了煤和高灰物的分離,
提高了煤炭質(zhì)量。該系統(tǒng)處理能力描述軸向流V FB 干燥器模型。試驗(yàn)在長(zhǎng)2100mm 的干燥器上用四種不同的物料進(jìn)行。指出擴(kuò)散活塞流模模型比純活塞流模型更合理。A avage, Stuart, B也對(duì)V FB 中顆粒的流型進(jìn)行了研究。試驗(yàn)是在上部為方形床體, 下部為能以不同頻率和振幅振動(dòng), 并標(biāo)有尺碼的柔性底板裝置上進(jìn)行的, 底板的振幅在中心處最大向邊緣逐步降低。試驗(yàn)觀察到慢速的顆粒循環(huán)流, 中心處向上沿邊壁向下, 其流動(dòng)速度是振幅與頻率的函數(shù)。K. Erdesz 等研究了V FB 中的唯象模型,給出了V FB 中壓力波動(dòng)的測(cè)量值和計(jì)算值的比較, 以及利用模型預(yù)測(cè)床層平均壓降(振動(dòng)強(qiáng)度的函數(shù)) 的圖解。Eccles, Erro l, R. A. 等研究了細(xì)顆粒V FB 中脈沖氣流對(duì)床層傳熱的相關(guān)的影響。物料為氯化鋁顆粒，粒徑0. 027～ 0. 1mm ,床體以0～ 25Hz 頻率和0～ 4mm 振幅垂直振動(dòng),氣流通過(guò)單孔或多孔底板, 流速在0～ 2 倍于起始流化速度的范圍內(nèi)調(diào)節(jié), 結(jié)果表明接觸傳熱效率在共振時(shí)要比固定床和V FB 高許多(達(dá)1. 2倍) , 原因是此時(shí)顆粒的活性提高了, 且在共振點(diǎn)達(dá)到最大值。Chen Yeong- L in 等研究表明在適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件下, 具有3. 8cm 振幅的V FB 是一種高效干燥器, 可有效地防止顆粒粘結(jié)。A. F.Ryzhkov 等給出了V FB 的一個(gè)線性流變學(xué)模型, 為工程設(shè)計(jì)提供方法。HanW ei 等研究了V FB 干燥器(長(zhǎng)1500mm , 寬24mm ) 的干燥特性及停留時(shí)間分布, 試驗(yàn)中將振動(dòng)強(qiáng)度、氣流量、給料量、氣體入口溫度及顆粒度進(jìn)行優(yōu)化組合, 認(rèn)為物料流型近似尖塞流, 并指出振動(dòng)強(qiáng)度是影響顆粒平均停留時(shí)間、顆擴(kuò)散系數(shù)、顆粒恒定干燥速率的最主要參數(shù)。M. Hasatane 等還研究了輻射和對(duì)流傳熱的傾斜V FB 中物料的干燥。
我國(guó)在V FB 技術(shù)的研究中也取得了可喜進(jìn)展。俞厚忠通過(guò)研究分析提出了V FB 的起始流化速度的關(guān)聯(lián)式。潘永康等對(duì)V FB 的干燥作了詳細(xì)介紹。翁頤慶其流體力學(xué)及干燥的研究表明, 振動(dòng)強(qiáng)度大于1 時(shí), 干燥速率隨其增加而明顯增加。張敏郎對(duì)V FB 的振動(dòng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)作了改進(jìn)和研究, 提出了振動(dòng)電機(jī)所需功率的經(jīng)驗(yàn)公式以及四種物料干燥試驗(yàn)的結(jié)果。陳建平采用復(fù)合式振動(dòng)方式, 對(duì)V FB 中各類粒子的流體力學(xué)進(jìn)行了研究, 得出V FB 可降低起始流化速度, 改善流化質(zhì)量。張才君等的研究結(jié)果表明,V FB 可在較小的氣速下操作, 顆粒流型為活塞流, 停留進(jìn)間可由振幅等調(diào)節(jié), 特別適合于熱敏性物料的干燥和冷卻。吳東民等以高梁、活性炭為實(shí)驗(yàn)物料, 在工業(yè)設(shè)備的V FB 中研究了物料的氣體動(dòng)力學(xué)、傳熱、干燥特性, 著重討論了振動(dòng)參數(shù)的作用以及物料的運(yùn)動(dòng)狀況, 并進(jìn)行了數(shù)學(xué)摸擬。葉淑賢等介紹了GZQ 型V FB 干燥器具有干燥效果好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗低等特點(diǎn),明顯優(yōu)于CFB。李秀芹等認(rèn)為V FB 中物料的流化首先發(fā)生在床層底部, 從而使物的松散、流化更均勻, 避免了溝流、騰涌、附壁現(xiàn)象, 床層中的傳熱主要屬于對(duì)流傳熱, 振動(dòng)的引入提高了V FB 的傳質(zhì)傳熱效率, 并得出了床層的壓降隨著振動(dòng)強(qiáng)度的加大而減小, 隨著床層高度的增加而加大。
總之, V FB 技術(shù)的研究主要局限在流體力學(xué)和熱量傳遞、干燥特性及振動(dòng)對(duì)數(shù)的影響等方面,技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)還落后于實(shí)際, 不能滿足生產(chǎn)需要。V FB 高質(zhì)量的流化狀態(tài)形成和流動(dòng)機(jī)理等基礎(chǔ)性研究還比較薄弱, 甚至是空白。V FB 作為化學(xué)反應(yīng)器的研究工作還有待于加強(qiáng); 另外由于引入了振動(dòng), 設(shè)備的復(fù)雜性增加了, 機(jī)械問(wèn)題也是影響V FB 發(fā)展及大型化的障礙之一。相信隨著科技的發(fā)展和研究工作的深入, V FB 技術(shù)將漸趨成熟, 其臨界流化速度低、流化質(zhì)量高、顆粒流型近乎活塞流、停留時(shí)間易控制、可以處理不規(guī)則易碎、難流化等物料的優(yōu)越特性將得以充分發(fā)揮,應(yīng)用范圍也將日益廣泛。
總結(jié)
干燥在現(xiàn)代中地應(yīng)用是非常之寬廣地，并且使用得越來(lái)越多。這種狀態(tài)其實(shí)是有兩個(gè)方面地原因；（1）伴隨著科技和經(jīng)濟(jì)地創(chuàng)新，好產(chǎn)品數(shù)量增加。產(chǎn)品里有絕大部分得干燥；（2）非常多產(chǎn)品還有半成品，以前都是靠自然來(lái)干燥，目前各大公司和單位對(duì)品質(zhì)地過(guò)高要求，機(jī)械干燥也是有很多用地。目前可祎確認(rèn)地是，無(wú)論什么行業(yè)，他地生擦很難中幾乎多多少少都會(huì)有干燥環(huán)節(jié)而且它地耗能比較高，在企業(yè)中中能耗中，干燥耗能為4%（化學(xué)工業(yè)）到35%（造紙工業(yè)），但發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)，法國(guó)，英國(guó)等，在干燥方面將消耗大約百分之十二地能量，而且，大量地干燥需要制造業(yè)地發(fā)展。國(guó)內(nèi)這項(xiàng)技術(shù)還有待遇提高，隨著干燥相關(guān)產(chǎn)品地崛起，其質(zhì)量地提升，損耗地下降，操作地可靠度都對(duì)干燥這項(xiàng)技術(shù)及裝置做出了更高地要求。因此，在振動(dòng)流化床地基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了單循環(huán)干燥機(jī)，如期能夠大量滿足市場(chǎng)對(duì)于干燥物料求。
干燥是化學(xué)工業(yè)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對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)出環(huán)節(jié)地快慢和總能耗有多大地影響，還在于它往往是最后一道工序，操作地技術(shù)可直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，使之在國(guó)際市場(chǎng)中處于劣勢(shì)，有神這售價(jià)為外國(guó)相同產(chǎn)盤地三分之一。
干燥在現(xiàn)代中地應(yīng)用是非常之寬廣地，并且使用得越來(lái)越多。這種狀態(tài)其實(shí)是有兩個(gè)方面地原因；（1）伴隨著科技和經(jīng)濟(jì)地創(chuàng)新，好產(chǎn)品數(shù)量增加。產(chǎn)品里有絕大部分得干燥；（2）非常多產(chǎn)品還有半成品，以前都是靠自然來(lái)干燥，目前各大公司和單位對(duì)品質(zhì)地過(guò)高要求，機(jī)械干燥也是有很多用地。目前可祎確認(rèn)地是，無(wú)論什么行業(yè)，他地生擦很難中幾乎多多少少都會(huì)有干燥環(huán)節(jié)而且它地耗能比較高，在企業(yè)中中能耗中，干燥耗能為4%（化學(xué)工業(yè)）到35%（造紙工業(yè)），但發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)，法國(guó)，英國(guó)等，在干燥方面將消耗大約百分之十二地能量，而且，大量地干燥需要制造業(yè)地發(fā)展。國(guó)內(nèi)這項(xiàng)技術(shù)還有待遇提高，隨著干燥相關(guān)產(chǎn)品地崛起，其質(zhì)量地提升，損耗地下降，操作地可靠度都對(duì)干燥這項(xiàng)技術(shù)及裝置做出了更高地要求。因此，在振動(dòng)流化床地基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了單循環(huán)干燥機(jī)，如期能夠大量滿足市場(chǎng)對(duì)于干燥物料求。
干燥是化學(xué)工業(yè)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對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)出環(huán)節(jié)地快慢和總能耗有多大地影響，還在于它往往是最后一道工序，操作地技術(shù)可直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，使之在國(guó)際市場(chǎng)中處于劣勢(shì)，有神這售價(jià)為外國(guó)相同產(chǎn)盤地三分之一。
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參 考 文 獻(xiàn)
[1]化學(xué)工業(yè)部設(shè)備設(shè)計(jì)中心站 主編：金國(guó)淼，上海科學(xué)技術(shù)出版社 化工設(shè)計(jì)全書 ——《干燥設(shè)備設(shè)計(jì)》1983.
[2]上?？茖W(xué)技術(shù)研究所：干燥技術(shù)進(jìn)展綜述，上海科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所，1975.
[3]夏誠(chéng)意：干燥講義，南京化工學(xué)院，1979.
[4]干燥設(shè)備設(shè)計(jì)選型與應(yīng)用實(shí)用手冊(cè) 編著：編委會(huì) 北方工業(yè)出版社
[5]干燥裝置設(shè)計(jì)手冊(cè) 作者 于才淵 王寶和 王喜忠 化學(xué)工業(yè)出版社
[6]化工機(jī)械工程手冊(cè)（中卷） 作者 余國(guó)綜 化學(xué)工業(yè)出版社
[7] 陳劍鶴.模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.2.