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0 沈陽化工大學科亞學院畢業(yè)論文文獻綜述 我國干燥機的技術進展 振動流化床干燥機的原理和過程 姓名 王勇 班級 1102 指導教師 趙艷春 摘要 介紹了干燥設備的類型 工作原理應用及發(fā)展趨勢 列舉了振動流化床干燥 機機的工作原理及過程 關鍵詞 干燥 干燥設備 進展 振動流化床干燥機 一 干燥技術的概述 干燥是化學工程中出現(xiàn)最早 應用最廣的 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產(chǎn)品生產(chǎn)過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 從而影響市場能 力和經(jīng)濟效益 事實上 我國有許多產(chǎn)品 就純度而言已經(jīng)達到甚至超過國外產(chǎn)品 然而就是由于干燥技術不如人家 堆積密度 粒度 色澤等物性指標上不去 在國 際市場競爭中處于劣勢 有的甚至售價僅為國外同種產(chǎn)品的三分之一 干燥操作應用的廣泛性是不言而喻的 而且有越來越廣泛的趨勢 這種趨勢主 要取決于下列兩個因數(shù) 1 隨著經(jīng)濟和科學技術的發(fā)展 新產(chǎn)品與日俱增 新產(chǎn) 品中有相當大一部分需要干燥 2 有許多產(chǎn)品或半成品 過去一直靠自然干燥 隨著企業(yè)集團化經(jīng)營和質(zhì)量要求提高 也趨向采用機械化干燥 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 干燥技術發(fā)展的基本特點 1 一般情況 過去 20 多年間 干燥技術 設備的開發(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 以及一些高技術產(chǎn)品 有關化 工產(chǎn)品干燥的開發(fā)研究相對較少 在干燥技術設備的應用方面 化學工業(yè)也變成了 一個較小的行業(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 應盡可能不脫出其它易揮發(fā)分 與 1 此相適應 對它們的干燥技術和設備開發(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 過去 20 多年間 有關干燥理論和技術的研究與開發(fā)主要集中在以下幾個方面 1 提高效率 降低能耗 2 提高干燥速率 使設備緊湊 3 提高控制水平 優(yōu)化干燥機性能 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 增強靈活性 開發(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)化技術自 1921 年發(fā)明以來 干燥是應用最早的領域之一 由于它具有溫度 均勻且易于控制 熱質(zhì)傳遞強度大和物料易于輸送等突出優(yōu)點 迄今仍廣泛應用 但普通流化床也存在下列較嚴重的缺點 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)品過于干燥而變質(zhì) 3 動力和熱能消耗大 4 只能處理松散的粉狀或粒狀物料 為解決這些問題 在流態(tài)化基本構(gòu)思的基礎上進 行了一系列改進和發(fā)展 臥式流化床干燥機可能是最早的改進 并在 60 年代就已較廣泛地應用 它使物 料從一端加入 另一端卸出 相當于多個方形截面流化床串聯(lián)系統(tǒng) 對物料而言 氣體則多半是并聯(lián) 其主要特點是改善了物料停留時間分布 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)點是很容易使物料的冷卻 和干燥結(jié)合在同一設備中進行 即在尾部增設一冷卻室 出料直接包裝 簡化流程 和設備 這類干燥機目前在工業(yè)上應用相當普遍 在普通流化床底部設置攪拌器 是流態(tài)化干燥的另一類改進 它擴大了流態(tài)化 干燥適用的物料范圍 使之可用于進料或在干燥脫水過程中可能結(jié)塊的粉狀或粒狀 物料 而這是很常見的一類物料 離心流化床干燥機 也是流態(tài)化干燥的重大改進 之一 其原理是在機械轉(zhuǎn)動造成的離心力場作用下使粒狀物料分布在絲網(wǎng)復蓋的臥 2 室圓筒形多孔壁上 熱氣流穿過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 振動流化床 流態(tài)化干燥最重大的改進和革新 當推振動流化床開發(fā)和應用 目前應用最廣 的臥式流化床干燥機 形狀和基本結(jié)構(gòu)與普通臥式流化床干燥機很相似 區(qū)別在于 前者整個機體通過彈簧支撐在底座上 多孔板稍向出料端傾斜 機體一側(cè)或兩側(cè)裝 有振動電機 物料依靠機械振動和穿孔氣流雙重作用流化 并在振動作用下向前運 動 它具有非常突出的優(yōu)點 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 物料停留時間分布均勻 幾乎可以認 為是柱塞式流動 且停留時間易于調(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 它一問世就受 到極大的關注 我國自 1985 年引進以來 迄今用于生產(chǎn)的已有上千臺 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 振動流化床技術研究的現(xiàn)狀 振動流化床 V FB 技術的出現(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 進入本世紀六十年代 由于振動流化床具有強化傳熱傳質(zhì)過程等優(yōu)于普 通流化床 CFB 的獨特優(yōu)越性 人們才投入大量人力物力開發(fā)V FB 技術 不少物理 加工過程 如干燥 加熱 冷卻 燒結(jié) 噴霧造粒等 當被處理的顆粒物料粘性強 粒度分布寬 燒結(jié)傾向強 粗顆粒 易碎性等而使流化發(fā)生因難時 用V FB 處理可 得到很好的結(jié)果 另外V FB 化學反應器的研究工作也取得了進展 進入八十年代未后 V FB 技術的開發(fā)研究更加活躍 工業(yè)應用也更為廣泛 美 國完成了先進的煤炭轉(zhuǎn)化過程示范工程 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 試驗在長2100mm 的干燥器上用四種不同的物料進行 指出擴散活塞流模模型比純活塞流模型更合理 A avage Stuart B也對V FB 中顆粒的流型進行了研究 試驗是在上部為方形床體 下部為能以不同頻率和振幅振動 并標有尺碼的柔性底板裝置上進行的 底板的振 3 幅在中心處最大向邊緣逐步降低 試驗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 中壓力波動的測量值和計算值的比較 以及利用模型預測床層平均壓降 振動強度的函數(shù) 的圖解 Eccles Erro l R A 等研究了細顆粒V FB 中脈沖 氣流對床層傳熱的相關的影響 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 氣流通過單孔或多孔底板 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要比固定床和V FB 高許多 達1 2倍 原因是此時顆粒的活性提高了 且在共振點達到最大值 Chen Yeong L in 等研究表明在適當?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 的一個線性 流變學模型 為工程設計提供方法 HanW ei 等研究了V FB 干燥器 長1500mm 寬 24mm 的干燥特性及停留時間分布 試驗中將振動強度 氣流量 給料量 氣體入 口溫度及顆粒度進行優(yōu)化組合 認為物料流型近似尖塞流 并指出振動強度是影響 顆粒平均停留時間 顆擴散系數(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流傳熱的傾斜V FB 中物料的干燥 我國在V FB 技術的研究中也取得了可喜進展 俞厚忠通過研究分析提出了V FB 的起始流化速度的關聯(lián)式 潘永康等對V FB 的干燥作了詳細介紹 翁頤慶其流體力 學及干燥的研究表明 振動強度大于1 時 干燥速率隨其增加而明顯增加 張敏郎 對V FB 的振動傳動結(jié)構(gòu)作了改進和研究 提出了振動電機所需功率的經(jīng)驗公式以及 四種物料干燥試驗的結(jié)果 陳建平采用復合式振動方式 對V FB 中各類粒子的流體 力學進行了研究 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 活性炭為實驗物料 在工業(yè)設備的V FB 中研究了物料的氣體動力學 傳熱 干燥特性 著重討論了振動 參數(shù)的作用以及物料的運動狀況 并進行了數(shù)學摸擬 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)簡單 能耗低等特點 明顯優(yōu)于CFB 李秀芹等認為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流傳熱 振動的引入提高了V FB 的傳質(zhì) 傳熱效率 并得出了床層的壓降隨著振動強度的加大而減小 隨著床層高度的增加 4 而加大 總之 V FB 技術的研究主要局限在流體力學和熱量傳遞 干燥特性及振動對數(shù) 的影響等方面 技術的研究開發(fā)還落后于實際 不能滿足生產(chǎn)需要 V FB 高質(zhì)量的 流化狀態(tài)形成和流動機理等基礎性研究還比較薄弱 甚至是空白 V FB 作為化學反 應器的研究工作還有待于加強 另外由于引入了振動 設備的復雜性增加了 機械 問題也是影響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 應用范圍也將日益廣泛 5 總結(jié) 干燥在現(xiàn)代中地應用是非常之寬廣地 并且使用得越來越多 這種狀態(tài)其實是 有兩個方面地原因 1 伴隨著科技和經(jīng)濟地創(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 以前都是靠自然來干燥 目前各大公 司和單位對品質(zhì)地過高要求 機械干燥也是有很多用地 目前可祎確認地是 無論 什么行業(yè) 他地生擦很難中幾乎多多少少都會有干燥環(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 化學工業(yè) 到 35 造紙工業(yè) 但發(fā)達國家 如美國 法國 英國等 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 國內(nèi)這項技術還有待遇提高 隨著干燥相關產(chǎn)品地崛起 其質(zhì)量地提升 損耗地下降 操作地可靠度都對干燥這項技術及裝置做出了更高地 要求 因此 在振動流化床地基礎上設計出了單循環(huán)干燥機 如期能夠大量滿足市 場對于干燥物料求 干燥是化學工業(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 操作地技術可直接影響產(chǎn)品質(zhì)量 使之在國際市場中處于劣勢 有神這售價為外國相同產(chǎn)盤地三分之一 干燥在現(xiàn)代中地應用是非常之寬廣地 并且使用得越來越多 這種狀態(tài)其實是有兩 個方面地原因 1 伴隨著科技和經(jīng)濟地創(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 以前都是靠自然來干燥 目前各大公司和 單位對品質(zhì)地過高要求 機械干燥也是有很多用地 目前可祎確認地是 無論什么 行業(yè) 他地生擦很難中幾乎多多少少都會有干燥環(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 化學工業(yè) 到 35 造紙工業(yè) 但發(fā)達國家 如美 國 法國 英國等 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 國內(nèi)這項技術還有待遇提高 隨著干燥相關產(chǎn)品地崛起 其質(zhì) 量地提升 損耗地下降 操作地可靠度都對干燥這項技術及裝置做出了更高地要求 6 因此 在振動流化床地基礎上設計出了單循環(huán)干燥機 如期能夠大量滿足市場對于 干燥物料求 干燥是化學工業(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 操作地技術可直接影響產(chǎn)品質(zhì)量 使之在國際市場中處于劣勢 有神這售價為外國相同產(chǎn)盤地三分之一 7 參 考 文 獻 1 化學工業(yè)部設備設計中心站 主編 金國淼 上?？茖W技術出版社 化工設計 全書 干燥設備設計 1983 2 上海科學技術研究所 干燥技術進展綜述 上?？茖W技術情報研究所 1975 3 夏誠意 干燥講義 南京化工學院 1979 4 干燥設備設計選型與應用實用手冊 編著 編委會 北方工業(yè)出版社 5 干燥裝置設計手冊 作者 于才淵 王寶和 王喜忠 化學工業(yè)出版社 6 化工機械工程手冊 中卷 作者 余國綜 化學工業(yè)出版社 7 陳劍鶴 模具設計基礎 M 北京 機械工業(yè)出版社 2003 2