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14种流化床干燥器的工作原理及其应用
点击次数:1331 发布时间:2016-03-18

   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zui早的领域之一。流化技术zui早应用于干燥工业规模是于1948年在美国建立多尔一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。

 

一、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30um,不大于4mm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。

 

二、流化床干燥器的分类及应用

   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:*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、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、流化锻烧器。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。空气由鼓风机送人燃烧室,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30um-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·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。

 

四、各类流化床干燥装置简述

1)单层圆筒流化床干燥器

  单层圆筒型流化床干燥器:湿物料由皮带输送机运送到抛料加料机上,然后均匀地抛人流化床内,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、加热器后进人筛板底部,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。其他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

  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zui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千燥器。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zui早的改进,并在60年代就已较广泛地应用。它使物料从一端加人,另一端卸出,相当于多个方形截面流化床串统(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zui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。