卧式多室流化床说明书

1第一章绪论第一节干燥简介一、干燥技术在人类的生产和生活中，经常遇见需要把一种物体的湿分除去的情况。这种物体可能是固态，还可能是气态或液态。而湿分在大多数情况下是水分，当然还可能是其他的成分，例如无机酸、有机溶剂等。这种除去物体湿分的过程就称为“除湿”。人们根据原理的不同，将除湿方法分为蒸发、机械脱水和干燥等。一般情况下干燥去湿又称为热物理法，干燥就是利用热能使湿物料中的湿分(水分或其他溶剂)汽化，水汽或蒸汽经气流带走或由真空泵将其抽出除去，而获得固体产品的操作过程[1]。干燥过程通常伴随着热量传递、质量传递、动量传递和相变等。一般情况下，物料干燥过程可以分为三个阶段。第一阶段为物料预热阶段，亦初始阶段，在此期间主要是对湿物料进行预热,同时也有少量湿分汽化,物料的温度很快升到近似等于湿球温度；第二阶段为恒速干燥阶段,此阶段主要特征是热空气传给物料的热量全部用来汽化湿分,物料表面温度一直保持不变,湿分则按一定速率汽化。这个阶段主要是受外部影响，例如空气的参数和物料与空气的接触情况；第三阶段为降速干燥阶段,此时物料的干燥速率由内部扩散过程控制,热空气所提供的热量只有一小部分用来汽化湿分,而大部分则用来加热物料,使物料表面温度上升,但是干燥速率则逐步降低,直至达到平衡含湿量为止。这个阶段主要是受物料的性质与自身的结构的影响[2]。二、干燥设备随着工农业的迅猛发展,干燥设备工业正不断成熟和壮大,成为机械工业中一个具有蓬勃生机的新兴行业。需进行干燥的既有数千万吨的大批量物料,也有年产仅几十公斤的贵重物品；因而既有一些大型干燥设备以适应独特的工艺要求和生产能力,又有一些中小型通用干燥设备。干燥设备广泛应用于化工、建材、食品、药物及生化等行业[3]。干燥设备的种类繁多,根据操作压力、操作方式、传热原理、加热方式、构造等的不同可以将干燥设备归于不同的类别。按操作压力可以分为常压式和真空式两类；按操作方式可分为间歇操作和连续操作两类；按传热原理可分为传导加热式、对流加热式、辐射传热式和高频加热式等几类；按加热方式可分为直接加热式和间接加热式两类；按构造可以分为喷雾干燥器、流化床干燥器、气流干燥器、桨式干燥器、箱式干燥器及旋转闪蒸干燥器等[4]。三、我国干燥设备的特点2我国干燥设备的生产基本上是小规模的,不能形成较大的批量,技术含量低,成熟机型不多,在干燥工艺、生产能力、能源种类及测控技术等方面比较落后,且主要是以传统的加热方式进行干燥,即依靠热力通过传导、热对流和热辐射等途径对物料进行加热,这种由表及里的干燥过程延长了干燥时间,影响了物料的品质[4]。四、干燥设备的发展趋势(1)干燥设备向大型化、连续化、封闭化的方向发展。所谓大型化,就是提高设备的水分蒸发量,这样有利于产品质量的稳定,降低能耗,提高干燥热效率,设备造价、厂房费用、设备运转费用都较经济[5]；(2)进一步开发膏糊状物料干燥设备,对物料的性质及其输送、干燥规律进行探索,从而更有效地解决这类物料的干燥；(3)针对物料的热敏性,开发真空干燥等低温干燥设备,保证低熔点物料在干燥过程中不变质；(4)研制开发新的多功能设备,集过滤、干燥、粉碎等单元操作于一机,简化操作程序；(5)设备制造厂进行设备的系列化设计和计算机辅助设计,对系统进一步优化,使之发挥更大作用；(6)加强理论研究和物料试验,不断推出新设备,以推动干燥生产的发展[4]。3第二节干燥器的选择[6]干燥器的选择要考虑许多条件，受众多因素的制约，对于干燥器的选择既有科学性又有艺术性。过去，干燥器的选择主要是靠经验或者是产品的通用性来决定的。而近年来，由于干燥技术的发展，给设备的选择也带来了更多的复杂因素。干燥设备的设计、制造或是选用者常常弄不清楚如何选择合适的干燥设备。又由于干燥设备的推销者或提供实验数据，实验范围及技术方面的资料不一定获得满意的结果，因此，必须制造各种不同的实验设备，做出大量的实验，才能选择合适的设备。应该强调的是，在特定的生产运行状态中，有可能有很多适宜的干燥机。人们必须知道，在特定的工作状态中，没有一个严格的规定出最佳干燥设备，但每一种产品都有自己独特的生产方式和干燥条件。干燥器的选择，实质是干燥装置如何满足被干燥物料在干燥过程中各阶段的要求，并尽量提高干燥过程中的热效率。因此，首先要对被干燥物料与干燥有关性状和要求的了解，同时将已有干燥器进行对比，分析干燥器的主要原理及能否与之相适应。结合投资、产品质量、操作、运转费用及维修等权衡比较，择其优点最多者。在干燥装置的选择时除装置本身的适应性外，还要综合考虑材料的物理特性、附属机器、辅助材料、公害及经费（设备费、运转费等），，选择合适的附属设备，最后通过实验确定总结起来对干燥器的选择应注意以下指示：1)生产能力、型式（间歇、半连续、连续）；2)初始，终端含湿量；3)颗粒规格，尺寸分布（固体颗粒）；4)干燥能动性、减吸作用；5)最佳期工作温度；6)易爆性（蒸汽/空气、尘/气）；7)毒性（有关部位）；8)干燥介质（指对流干燥时用空气、蒸汽、惰性介质等）；9)腐蚀状况；10)物理化学数据；11)物理处理特性；12)环境和安全规定；13)占地面积要求；14)干燥能源消耗；15)是否需要后加工（在一格连续单元中，冷却、凝结、包衣、包装等）；16)以往经验（一般对新型干燥器是不适用的）；417)热回收要求（能耗）；18)预处理要求（成丸、离心、真空渗透）；19)物料研磨特性；20)介质种类（惰性介质、贫氧介质、蒸汽或空气）。实际中选择干燥设备时，可以参考以上要求，但一般要根据实际情况选择要满足的重点。5第三节流态化介绍一、流态化的定义什么叫流态化？简而言之，就是利用流体（气体或液体）对固体颗粒的作用，将通常处于相对静止的颗粒物料转变为具有液体属性的运动状态，使许多物理或化学过程更为有效的进行。由广义而言，流态化技术是研究不同工艺过程中气固、液固、气液固相态之间相对运动，混合、离析、接触、传热、传质和反应的强化操作的学科，实践证明，在为工业生产服务中，已取得巨大成效。由于流态化技术具有一系列突出优点：1.固体颗粒与流体充分接触，阻力小而传质速率高，特别有利于传递率控制的化学反应过程或纯粹的物理过程操作，生产强度能够得到大幅度提高。2.具有流动性能的固体颗粒可以如同流体一样顺利地加入或引出设备，有于实现生产操作连续化，并可实现固体颗粒的流体输送。3.流化床层具有良好的传热性能，可以在床层内保持轴向温度均匀，避免出现局部过热等不利现象。4.流化床设备结构比较简单，适于大规模生产操作。由于流态化上述的一系列优点使流态化技术已在化工、石油炼制、冶金、环保、能源工程，材料以及生物化工等众多领域内广泛应用。流态化所显示的优点，表现出类似流体的不寻常特性，通过多种流型交联与多种床形几何结构的巧妙组合，可以较好地实现在颗粒加工向制造工程转化种的智能化控制与保证规模放大后产品的性能，流态化技术的应用将起着至关重要的作用。二、流态化的分类实践中根据不同的方法对流态化操作加以分类、按构成物系，流态化可分为液固流态化、气固流态化和气液固三相流态化。液固流化床中固体颗粒可均匀分散在流体中，因而一般称为散式或理想流态化。气固流态化与液固流态化存在很大差别，研究发现，气固流态化存在两种要特征：在低气速条件下，气体凝聚成气泡，即气泡现象；在高气速条件下，颗粒易于聚集成颗粒团，即颗粒团聚现象。因而，在总体上表现不明显的不均匀性或非理想性。早在1948年威尔海姆(wilhelm)和郭慕孙指出，根据无因次数群Fr准数可将流态化区分为散式与聚式：gduFpmfrmf2当rmfF0.13,为散式流态化；当rmfF1.3,为聚式流态化。作为流态化重要参数之一的临界流化速度Umf,通常可通过实验方法测定。文献6中有多种Umf的经典关联式，但相互之间有差异，王尊孝等（1987）概括了常用的Umf计算关联式。他们最早将这类有别于散式流态化的气固流态化统称为聚式或非理想式流态化。1962年Romero等建议采用以下四个无因次数来区分上述两种流态化形式：（rmfF）（Remf）（ffp）（tmfDH）四个数群的乘积小于100为散式流态化，而乘积之和大于100时为聚式流态化。三相流态化是液固流态化与气固流态化的复合体具有双重性。近年来，附加外力场（磁场、电场、惯性力场、振动力场、脉动流场等）的液固，气固和三相流态化已有不少研究，形成了流态化技术的新领域。三、流态化开发与应用实例与传统固定床相比，流化床采用的固体颗粒尺寸要小的多，相际接触面积大为增加而且悬浮在流体中的颗粒处于强烈的湍动、强化了热、质传递，提高了生产效率，加之能像流体一样的自由流动；便于物料转移和控制，实现自动化操作。这些特性对大规模现代化生产具有诱人的吸引力，得到工业部门的广泛应用。流态化技术不仅是用于颗粒物粒的加热、冷却、物料输送、矿物的分选和产品的分级，分料制粒、表面浸渍和包膜；干燥脱水、工件恒温热处理等物理过程，而且适用于催化合肥催化、吸热和放热多种化学过程，在能源转换、石油化工、生物化工，化工冶金，功能材料、环境防治等工业部门中已经开发了多种流态化新工艺、新设备。主要应用在一下领域中：能源转换中的流态化技术、石油化公众的流态化技术、化工冶金内的流态化技术、环境保护中的流态化技术、生物化工中的流态化技术：生物化工是流态化技术应用的新领域，但前景广阔。利用三相流化床或锥形流化床将葡萄糖酶液用固定化微生物，转为乙醇工艺，已通过重视，接近工艺规模。利用固定化植物细胞或酶固定在磁性颗粒载体上，如Fe3O4颗粒，则可利用磁场流化床实现生化反应过程。可见，流态化技术的进展与我国国民经济建设密切相关，研究成果在工业生产过程中的应用已为国家创造了大量经济效益，又为节约外汇、装置国产化作出了贡献，体现了科技为第一生产力的突出作用。流化技术最初发展用于石油产品的精炼，现在正在很多工业领域找到用武之地。这种技术是一种具有多种功能的单元操作，可为固体输送提供方便，还是一种很好的热传递手段。流化系统用于各种高热工艺过程的主要原因就是它们可以取得高热效率，这些过程之一就是流化干燥。随着我国工农业生产的发展，干燥技术和干燥设备也获得了较大的发展。在散粒状物料的干燥方面，流态化干燥技术获得了更为广泛的应用。流态化干燥技术改善了设备内气－固两相接触条件，减少了气膜阻力，因而传热、传质效率得到了提高。近几年来流化床、喷动床以及流化与移动组合床等技术都有不同程度的提高，其中尤以流化床发展得最快。7第四节流化床干燥器一、流化床干燥简介流化床是20世纪60年代发展起来的一种干燥技术，广泛运用于化工、轻工、食品、医药和建材等行业。由于气固两相逆流接触，固体颗粒悬浮于干燥介质中，因此两相接触面积大，热容量可达8400-25000KJ/（m3·h·℃）或2300-7000W/m2·K（按干燥器总体计算）。又由于物料剧烈搅动的结果，大大地减少了气膜阻力，因而热效率可以达到较高，即60%-80%。流化床干燥器密封性能好，传动机械又不接触物料，因此不会有杂质混入，这对纯洁度要求较高的制药行业非常重要[7]。二、流化床的工作原理流化床干燥器又称为沸腾床干燥器或流态化干燥器，是利用固体流态化原理进行干燥的一种装置。适宜温度的热风从干燥器下部进入，经筛板（也称为热风分布器或气体分布板）均匀后，将筛板上固体物料吹得流化起来，就如固体物料在热空气中沸腾一样，是物料和干燥器介质建的传热传质得到强化，吸收了物料水分的废气从干燥器顶部排出。湿物料从干燥器侧上方的进料口进入，在与热风进行足够长时间的热质交换后，干燥好的物料产品从位于侧下方的出料口引出。流化床干燥器的示意图如图1-1所示。图1-1流化床干燥器示意图8三、流化床干燥器的特点流化床主要有以下几个特点：1.处理量大。在流化床干燥器内，由于热风流与固体颗粒的充分混合，表面更新机会多，强化了传热传质过程，其体积给热系数一般为2330-6590W/[℃·m3(干燥器容器)]。2.物料在流化床干燥器内停留时间可以灵活调节。可根据物料的干燥学要，使干燥