惰性粒子流化干燥机的研究

流化冰干机是气流传热的下燥机型，在干燥的过程中，巧传热1固下。燥对象两相逆流接触，叫体悬浮于干燥介质之中，流体与固体的接触面积大，热容量系数高，又由于物料在流化的过程中呈沸腾状，物料剧烈搅动，大大地减少了气膜阻力，因而有较高的热效率。流化床干燥机还具有物料干燥温度低结构简单使用维护方便等特点，在许多行业得到了广泛的应用。
但般的流化床干燥机对干燥对象有个基本要求，就是物料在气流的作用下必须易于流态化。因此，大多数松散的物料。如制药业的粉状料化1业的晶状料农业本无法干燥处理。
喷雾干燥也是以气流为干燥介质的1种机咐，适用于易于在，速机械或气压作用下，化成微粒的液态料干燥，对粘稠性较人的液态料，除1加水稀释，往礼难以适用。由于设备结构的限制，喷雾干燥机要求传热的热风有较，5的温度，以保1止足眵的蒸发强度和违率。即使如此，喷雾干燥机还具有结构庞大能耗高产品微粉过多等不利因素。
在大多数的场合，对浆状物料的干燥，多采用金属接触传热的滚筒式干燥机。滚动干燥机是种以传导传热方式使物，加热水分汽化的燥机，该机型能连续4.产，丁燥，间短，成本较低，成的含水率可以通过调节蒸汽压力得以控制。但是由于加工制造的误差和刮刀的磨损，容易使滚筒的母线与刮刀不平行，造成局部干的料不能及时被铲刮下，在滚筒的面因过热而焦化，影响产品的质量。即使是正常生产的情况下，物料在干燥的过程中需经受很高的温度，因此，滚筒式干燥机对易焦结热敏性物料，不能适用。另外，由于对机械结构较高的要求，该机的造价和维护要求往往高于气流型干燥机。
本研究设计的惰性粒子流化干燥机是种特殊的流化干燥设备，它结合了流化干燥的优点热容系数高干燥速率大操作简便，在流化床上加入了易于流化的惰性粒子，使粘稠性浆状料均匀地附着于粒子面，力口大了物料与气流接触的面积，产生流化干燥的效果，克服了流化床无法干燥含水率较高的浆状物料的缺点，同时山以啊性粒产从物料的内部传热，加快了十燥违度。该干燥机操作简便干燥速度和成品含水率可以通过调节蒸汽卡力和机风量来控制。与喷，干燥相比，物料雾化要求大大降低，设备尺寸可以缩小12倍，而千燥强度比普通喷雾干燥器要人儿十侪，物料品质介亍上述者之间由于惰性粒在流化的过，相撞击，使成品物料呈细小片状或颗粒，又无许多细小粉末，因此无需粉碎，即可包装。它可代替喷雾干燥与滚筒干燥，设备体积小占地少投资也少。可用于化工食品医药建材等行业，适用于溶液悬浮液粘性浆状物料等液相物14的干燥。
2惰性粒子流化干燥粉碎原理惰性粒子流化干燥的原理是根据不同液相物料的特性在干燥机内加入定量的惰性粒子，在床层气流的作用下，粒子随着热气流不断地沸腾翻滚呈流态化。
在此过程，通过加料器将液相物料均匀地喷洒在粒子分质热传递过程。面附着物料的粒子在床层中随热气流起流化，气流与物料之间产生热交换，水分转移，使物料得以干燥。当物料干燥到定程度以后，在粒子翻滚碰撞外力的作用下，从粒子面剥落，随气流离开流化床。当物料从粒子面剥离，惰性粒子面得以更收稿日期2001乒07设备。上海市赤峰路63号中国水产科学研究院渔业机械，器研宄所3惰性粒子流化干燥工艺及主要结构和配置31干燥工艺本研允的下1燥系统工艺1.储料罐7内6后，成为热空气进入干燥机，与物料充分混合完成质热传通过，干燥后的物料随十燥气流进入旋风分离器3分离，成品从分离器下端的闭风器排出，气流随风机1的出风口排出。从而完成整个十燥过程。风机口处设有风量调节阀2，可以控制干燥机内的风速。雾化器的喷雾时间可以通过控制台控制，因此可以控制物料的输，1.
1.主风机2.调风门3.旋风分离器4.干燥机5.雾化器6热交换器7.储料罐3.2设计机型的主要结构干燥机采用圆筒形的流化床结构2.，液4被喷头5喷洒于惰性粒子3的面，热空气经筛板8进入筒体，带有幸旱牧W釉诖膊阒兴嫒瓤掌，骰，燥千燥机的逃气口采用旋涡式侧向进气方式，以降低户燥机，度，并使风量风压的损失减小到低限度。，减速机通过。对链轮的减速后，将动力由左轴1传含口揽祥奖叶2，奖叶距尚师板8设有8，的间隙，目的是为了在桨叶旋转时不会将当量直径为4的粒子乳坏。桨叶在干燥机中起着关键的作用。通过桨叶旋转可以将粒子抛得更高，加与气流的接触面积提高流化效难，降低了气流的能耗，同时旋转的浆叶占打粒产，加剧了粒子间的碰撞，可以使粒子间的湿物料分布更均匀，加速干物料从粒子剥离及粉碎。对于粘性较高直径稍大些。竖条随桨叶旋转，将粒子弹至干燥筒壁使粘附在筒壁上的物料剥落可解决部分浆状物料粘雾化器的作用方面物料经过雾化以后，部分受到干燥气流的作。直接燥。带出筒外。由旋风分离器作为成品收集。这是它类似于喷雾干燥的干燥方式；另方面，雾化后的物料可以较均匀地附着于粒子面大与气流接触的面积，提高干燥效率。对于粘度高的浆状物料，雾化器可以采用气流式雾化器，使用压缩空气的压力为19.6，49.，12，液滴的平均直径约为10，60.对于粘度+的液态或悬浮济液。可采用低压喷嘴式雾化盈通常使用压力为呢，视，2，品颗粒在150，400之间。
3.3主要技术参数主轴功率3风机风量按不同物料含水率定惰性粒子床层厚度惰性粒子当量直径4搅扑机功率撕搅拌转速以洲4试验物料本研究采用啤酒酵母废液作为试验原料。原料含水率为85以上。在8090以上时蛋白会变性水解。啤酒酵母废液千燥在成品品质上有定的要求干燥后成品的含水率不得超过不允许成品被过度加热而焦化。
啤酒酵母废液属于浆状物料，普通干燥机很难达到较高的品质和较高的干燥效率要求，因此，以其为干燥物料，有利于研究惰性粒子流化干燥机的基本机理和干燥规律，5惰性粒子干燥的基本机理5.1试验条件粟用物，含水率85以上的废酵母浆液；5.2惰性粒子的选用粒子村，的选择主耍取射。其与被干燥物料很难从粒子面顺利地剥落，而且粒子之间粒子与搅拌桨叶之间粒子与干燥筒壁之间相互碰撞，因此选用度硬度耐磨性韧性和耐温性。参考了有关方面的资料，并经多次试验，决定选用由氟材料制成惰性粒子。
粒径选用34，它的比热容在1500时为2.5 5.3基本干燥机理的研究由于加入了惰性粒子，流化干燥机的千燥过程变得复杂，影响干燥的因子更多。主要的影响有以下几个方du`1 5.3.桨叶的作用在干燥试验过程中，发现搅拌桨叶对干燥的产量有着很大的影响。干燥1201湿料，采用搅拌桨叶，每小时可获得131的成品干料；而不采用搅拌桨叶，加工1只能产出561免干料，而且惰性粒子面粘附着层极薄的干燥酵母，有些己经焦化。这是由于缺乏桨叶的搅拌使惰性粒子之间的流化减弱，粒子之间的撞击也变得不够激烈，粘在惰性粒子面己经干燥的物料剥落困难，不得不延长每批加料的时间间隔，使物料充分剥落，从而成倍地坪1加干晚周期。如在物料没充完全从惰性粒子面剥落的情况下就加料，惰性粒子面的物料层将越积越厚，以至于惰性粒子被物料包裹，形成小球，难以被气流带走，在数量较多时，则会为清理小球而疋法正常连续工作。
桨叶在搅拌时，如桨叶转速太低，则起不到促进惰粒子流化碰掎的作1；4反如汜桨叶转速过，由于离心力的作用，流化床中央的惰性粒子会向周扩散，使晷周部分粒广过厚。气流的阻力，加，准以流化。中部分过萍。使大试气流从中心部分通过，流速过高。从而使整个床层中的气速分布不均，干燥效果不佳。而且，奖叶转速过高，容易使惰性粒子损耗加剧，加更换性粒子的成本。经过多次试验，桨叶转速在50，6，1.
时，搅拌及流化效作。
5.3.2雾化器的位置对酵母干垛的响充分利叫气流较高的给热系数，使部分物料在加料过，中就被迅速干燥，其余由惰性粒子在流化过程中得以干燥，真正做到喷雾干燥与惰性粒子流化干燥相结合的优化方式。
人。，的测定根据传热方程式料的口溢度加料量。以，体枳给热系数，3，面积给热系数，Umh.C.
迎过试说。测定及计兑0厂从而求出人。
仙的值。
加料量对人。人13的影响由3可加料量较小时，心值小，加料量增加，心值明显提高。在加料量较小的情况下，由于床层出现吃不饱的现象，有相当部分惰性粒子没有接触的机会。没有参与传热传质疗九。加料量63.91为增加。十燥负荷趋向饱和。人位增幅减小。付于度啤泗1作母浆液干燥实验。经观察在1=145辽加料量对15171免流态化消失，味层变为死床。它的干燥能乃达到极限，3.加料童面积给热系数雾化器作为酵母液的种加料形式，它在，燥筒内所放置的位置对物料的干燥具定的影如喷头过高，物料被雾化以后颗粒重量较轻，由于试验中干燥气流的温度受条件的限制，不可能超过15，该温度，蒸发强度小，因而物料在123内还未被干燥即被气流带出流化床。使成品的含水率较高过低，则喷雾的范围较小，整个床层只有部分惰性粒子被盖物料造成个，怡性粒子面物料层过人物料分布不均影响流化效果。在试验中，喷头距离流化的惰性粒子有40结果在加料过程即存部分物料被气流讲，成品的含水率约18，20将喷头高度降低至离床层200，成品较千，含水率在以下。因此在喷射的物料能覆盖于整个床层的前提下，喷头离流床流化数商积给热系数流化数5.3.5流化数对体积与面积传热系数，的影响流化数斤为流化速度与临界流化速度的比值，该参数，以比较确切地反映流化状态。流化数越大，则物料的流化状态越佳。4所小加料坫为146.71以1的进料条件下，流化数与体积面积给热系数人3的惰性粒艮经换兑它的有效下燥面积约为了。
12，约为普通滚筒下燥机很少超过12，2的6倍普通的滚筒干燥机干燥面积很少超过12是它们的6倍，增力了酵母液与气流的接触面积，因而在很大程度上提了丁1燥效率。
在个烘干周期结，以6怡性粒户温度迅速升酵4液刚着于血，1隐性粒子将热传述给物料，形成新的温度平衡点，使物料的水分汽化，达到传热的目的。5.该明了啤酒酵母废液在干燥过程中惰性粒子的温度对时间变化曲线。啤酒酵母废液的温度在10左右惰性粒子的温度在130左右，从中可以看出粒子在加料的过程中不断向物料传递热量，使物料得到热量，温度上升，而粒子温度因热量转移下降到低点，达到热传递的目的。随，山于流化干燥的作用，粒子与物料的温度起上升到某温度，物料经干燥后排出，粒子又完成了热量储存，为下个干燥周期做准备。这过程取决于很多因素的影响，如加料量粒子数量物料温度和热源温度等。
给热系数随眷流化数的，加而相应培加。这主要与惰性粒子的气流速度有关，值在1.02.0范围内对心的影响这是由于床层内物料分散性好，物料与热气流及粒子接触趋于均匀。从式3可知，对惰性粒子流化干燥。粒7的直径小密度小较有利，因为在相同的加料情况1.粒子直径小则人较人。流化更为激烈，而且直径小则比面积大，对增大尺值是有利的。
但酵母废液属于凶次锪希，揖哂姓承粤W涌帕9，则动试小，粒户之间的碰掎力较小。住往不足以流化成在流化中磨去粘附在粒子面的物料膜，因而粒子直径应适当取值。本研究取惰性粒子颗粒直径为3，5.
从上看，目前的流化数较小，主要由于惰性粒子的密度较大，造成床层的压降增加，风量下降，降低了流化速度所造成的。如选用密度较低的其他惰性粒子代替，将会使流化速度流化数增加，从而，加给热系数。千燥过程中，搅拌桨叶电流也试周期性变化，0 3，8为加料过程，这时的物料含水率在90左右，桨叶与带有物料的惰性粒子之间摩擦系数不高，因而搅拌电流不大，该时间段为加料过程；随着物料逐渐干燥，在30658时，由于物料的水分也逐渐蒸发，从而使惰性粒子夕的物料浓度也相应增加，惰性粒子之间的内摩擦力增加，搅拌电流将达到顶峰，此时，虽有少量干燥酵母被气流带出，大部分酵母仍未干燥，继续完成传热与传质的过程，该时间段为蒸发过程；在651358的时间段内，大量物料己被千燥，被干燥气流带出，惰性粒子间段为主出料时间段；13518，8的时间段内，虽仍有物料被气流带出，但为数己经不多，因而搅拌电流趋于恒定，该时间段虽然对产量影响不大，但为了使筒内的惰粒子面保持光洁不留余料，因而仍然是必须保留5.3.6惰性粒子对物料的传热过程加入了惰性粒子，物料附着于它的面，由于般潦化数b体积给热系数流化数时间s 7ii.iouipt截味忠璇田阐喵在干燥的过程中，干酵母粉更容易从面光洁的惰性粒子上剥落。在个干燥过程结束后，总能找出部分凸不平的缘故。在流化过程中，惰性粒子面中凹入部分无法与桨叶或其他惰性粒子撞击，因此难以剥落。这种现象的存在，对酵母的干燥是很不利的，因为在多次干燥中，这部分被嵌入惰性粒子凹的部分的酵母干粉逐渐长大，终被桨叶击下，形成髹片状的极干物料，由于该物料的比重很大，难以被气流带出，存留于干燥筒内。
在下次加料过程中，除了惰性粒子面被喷覆酵母架液外，这些千物料面也被喷上新的物料，由于干物料具有很强的亲水性，而在筒内变大，影响了干燥品质，降低了干燥效率。
桨叶搅拌的前提下，干燥废酵母液时，为0.54 5.3.8气流流速压强对流化状态的影响在流化床内，气流达到某流速时惰性粒子开始流化，该流速被称为临界流化速度。随着气流流速的提高，筒内惰性粒子流化高度逐渐增高。当气流流速高于惰性粒子的悬浮速度，则惰性粒子将随气流排出流化床。从实验看出，随着气速，大，压降也，大。从试验中观察到，气速增大后，流化状态更加激烈，惰性粒子之1的碰撞加有乃。加进物料后的压降，与未加物料，速为4.143时，流化床的压降为15020.可，在本装置中，惰性粒子的静止床层高度为200，气3电3.675，包拈分布板在内的床层卡降将增大至67720左右，使风机的功率增加，这是惰性粒子流化干燥器的缺点。
5.3.9干，强度4 P当设拆容积定蒸发水份试与气1古1相间传递的热量有关。根据式1九由于本干燥设备的心办值较大传递的热量多，因而蒸发水分多，干燥强度大。废酵从式及式2还，以看出，当，+变时。，大+可使么增大增人下燥强度必能提高，5.3.10分布板的开孔率对干墚的影响分布板以用来支承固体颗粒，使气流通过分布板时能得到均匀分布，流化床开孔率越大，流化质量越差；减小开孔率，可改善流化质量。但开孔率过小，会使分布板阻乃过火，动力消耗增，般流化床干燥器分布板开孔率取38.在试验中对分布板的开孔率作了适当的调整，如1.
由试验可知由于惰性粒子的密度较大，需要较大承受，性粒子的前提厂，分布板的开孔率应尽量，较大值，可减少分布板的阻力压降，提高风量，促进流化。
5.4回归分析惰性粒子的加入量对干燥产量的影响从干燥试验可以，干燥机床以质量大约等于所装载的惰性粒子的质，只要物料的贪水率不超过大允许值，床层总足纪分故状态，利，搅拌装置的流化床，加料间接地进行，物料的流化状态也较好。由6可，该类千燥装置的设计。小要考虑惰性粒子人允许负荷每千克惰性粒子所蒸发的水分量。因此加入惰性粒子的数量和水分蒸发量之间的关系是本干燥机研究的关键之。有必要对该实验数据进行回归分析，以求出反映变遣之1系的闲数，为将来的系列化设计捉供依据。
根据测量的形。可以用个多项式函数对其拟合。假7此多项式函数为将6的惰性粒子投入量3和水分蒸发量7的对应值代入此函数，可得个过限定性的线性方程组。
邮解这1方程组1丁得未知系数山2，8其值七即可得到个多项式闲数并绘出拟合曲线，6所不。
316惰性粒子投人量与水分蒸发量的关系分布板，孔率9.3分布板开孔率，4板压2，6结论1惰性粒子流化床干燥机的面积体积给热系通过对啤，酵母度液下燥的研，得出了惰性粒子的各给热系数与温度流化数关系以及惰性粒子投入量与水分蒸发量的回归曲线，为以后的改进设计系列化设计作参考。
2本装置与实小。1况接近，使用，材料的惰性粒子，密度较大，要达到好的流化效果，需较高的压降，如果降低惰性粒子的密度，可降低能耗；怡性粒子面的粗糙与否，对物料能否从其面剥落有很大的影响，将进步影响到千燥产量。
3在试验条件范围内，干燥强度4可达6，80 1卟若提高热进1温度，干燥强度还可提高；在试验中仍有部分物料粘在干燥筒上，需要经常清理，参考文献l王宝群，罗保林。狭缝式矩形喷动床中多粒度颗粒体系的小喷动速度1.过程工程学报，2001236.
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