流化床干燥机

流化床干燥机（一）
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，干燥是应用最早的领域之一。

流化技术最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。

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。

本文仅就颗粒物料流化干燥的型式、分类、特点及选型作一介绍，以供选用时参考。

（一）流化床干燥技术发展过程
流化干燥器最简单是单层圆筒型，这种干燥器的缺点是物料在流化床中停留时间分布较广，干燥后所得产品湿度不均匀，直径不宜过大。

为了改善这种情况，发展了多层流化床干燥器。

多层操作可以提高效率，但更重要的是它能得到更理想的固体颗粒的停留时间分布，并使停留时间分布大大变窄，物料在干燥过程中避免短路。

开始是采用溢流管和下流管，继后发展成穿流板式多层流化床。

主要用于内扩散控制物料的干燥，如涤纶树脂、麦粒、石英砂、聚丙烯颗粒等。

但它存在操作比较困难，筛板上料层不容易建立、床层阻力大、结构复杂等缺点。

为克服以上缺点，在60年代末70年代初期发展了一种卧式多室流化干燥器。

这种设备结构简单，操作方便，适用于各种难干燥的粉粒状物料和热敏性物料的干燥。

如聚乙烯、农药、人造肉、硫酸铜、食盐等。

经过几十年的广泛应用表明，对各种物料的适应性比较好，它比起箱式烘房来，占地面积小、生产能力大、热效率高，而且干燥后的产品湿度均匀。

比起气
流干燥来，可通过调节物料在流化床内停留时间的长短，使成品达到预期含水率。

操作易于控制，而且颗粒破损少，近几年用得比较广泛。

但卧式多室流化干燥器的热效率比多层流化床干燥器低，尤其是在采用较高热空气温度时其热效率将显得更差。

同时湿物料在干燥器的第1、2室中往往容易结块，需要经常清扫。

在流化床内安置了一螺旋形的挡板，从而构成了一个狭长的流化床。

这种装置不仅构成了一个良好的挤出流化床，防止了流化床内死区的形成。

该种流化床称作挤出流化床。

近年来，如瑞士、日本等国开发了一种在流化床干燥器内加人装有通以热水或水蒸汽的加热板或加热排管。

由于在流化床内干燥物料所需要的大部分热量均依靠加热排管所提供以除去蒸发水分所必须的量，所以送人的气体仅仅作物料流化之用。

据介绍，在相同产量的条件下，其所需的热量仅为没有内加热管的20％，故相应的尾气量也大约为热空气加热型的26%左右。

另外由于床层面积相应的缩小，故内加热管热损失也相应减少。

从计算来看其能量节约是十分惊人的，在国内上海某化工厂聚氯乙烯车间已于1985年投人生产使用。

它对于高温物料的低温干燥特别有效。

但由于床内排满了加热管，所以对黏性大的物料和流动性较差的物料就不能适用。

为了进一步扩大流化床应用范围，使某些湿颗粒物料或易凝聚成团的物料亦能采用流化干燥技术，因此有些制造者在流化床内装设搅拌器，称搅拌流化干燥器。

主要是在湿物料加料口附近装有床内搅拌叶片，以使呈块状或团状的物料及时打碎，以利于形成流化。

同
时亦可在其底部装有不流化粗粒排出口，使粗颗粒及时排出，不破坏整个床层的流化质量。

为了防止颗粒物料的逆向混合，还有将流化床的分布板做成阶梯型，以防止颗粒逆向混合。

由于位差增加，故流态化床层流动速度变快。

对一些不易流动的物料，如颗粒太粗或太细，易于黏结成团及干燥温度不允许超过50-80℃的结晶药物如四环素族的抗菌素和其他药物，可采用脉冲式流化干燥器。

它的主要结构特点是在干燥室底部的周围装有几根热空气进口管，在每根热空气管上装有脉冲阀。

它们按一定的频率和次序开启，开启时间与床层厚度和物料性能有关，一般为0.08-0.2s。

当气体突然引进时，在短时间内形成一个脉冲，使粒子剧烈流化，促使物料之间进行强烈的传热与传质。

当阀门关闭时床层的流化状态逐渐消失，则物料处于静止状态，但此时应仍通人部分气体完全通过床层，以便下一个脉冲能有效地在床中传递。

空气的脉冲亦可采用脉冲发生器来产生，我国于1986年在树脂粉末干燥生产中首次推广脉冲技术。

随着多级干燥的发展，丹麦尼罗公司迅速推出振动流化干燥器，应用于乳粉工业、使生产能力提高15%，热消耗降低了20％。

振动流化床干燥器是一种很成功的改型流化床，将机械振动加于流化床即为振动流化床。

床上物料移动主要借助于振动来向前作活塞的移动。

而气体仅作传热、传质之用。

它与一般流化床相比可减少流化所需要的风量及风压，故它又是一个节能干燥设备。

它的主要特点：
（1）物料适用范围广。

大颗粒、粉末状、片状、棒状、带一定黏性的物料；
（2）传热系数大，生产能力大；
（3）颗粒不易破碎，磨损率低；
（4）占地面积小，投资省，设备维修简单；
（5）容易清理等。

在国内已有多家干燥设备制造企业在生产各类振动流化床干燥器，主要用于矿山、冶金、化工、化肥、制药、食品等产品的干燥。

对一些含水率较大或临界含水率比较低的粉粒状物料的干燥，日本专利中发表了一种多级流化干燥器，它是由几个流化床串联组成，增加物料在干燥器内的停留时间，以满足物料的干燥工艺要求。

带式流动床干燥器是一种高效率的干燥器，是在流化床的床面上配有带式输送器，与物料一起向前移动。

当热空气吹入床面，物料受到流化或呈通气状态，表面水分不断蒸发，是一种行之有效的干燥器。

它的主要特征如下：
（l）用途广。

除各种粉粒状物料外，还能处理含水率高、大小粒子不均匀、无定形、类似膏糊
状等物料，这是一般流化床所不及的；
（2）干燥处理能力大，面积蒸发强度为100-400kg水/hm2；
（3）传热系数大；
（4）气体粉末夹带少；
（5）热量消耗少，热效率高；
（6）干燥装置大型化；
（7）操作稳定；
（8）气固分离装置小。

它广泛应用于复合肥料、碳酸钙、黏土、高岭土、黏性土、谷物、酒糟、活性污泥、下水污泥等物料的干燥。

另一种带螺旋搅拌传导加热通气型干燥器简称KID型干燥器。

它的主要的结构是将一个中心空轴的螺旋置于流化床的物料层内，并在空心轴内通人各种载体，如导热油（300℃）、热水、蒸汽、冷媒等。

作热媒体使用。

因此它的适用温度范围广，同时在流化床内通人气体，能够较有利处理粉粒体物料。

典型流化床接加热干燥装置流程有如下特点：
（1）热效率高，风量少；
（2）排气后处理设备小；
（3）构造简单，驱动力小，设备价格低廉；
（4）其处理风量约为普通型流化床的1/5-1/6。

热利用率比普通型流化床高30%。

它适用于各种有机、无机物的干燥、冷却、预热、煅烧等操作。

已成功用于合成树脂（ABC、PVC、PP、PE等）、煤、食品的干燥。

（二）流化床干燥器的分类
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：第一类是粒状物料；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。

已用于钦白粉、农药代森锌、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、钛白粉、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高效干燥器。

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，由螺旋加料器加人流化床干燥器中。

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
kcal/m3·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。

1.单层圆筒流化床干燥器
单层圆筒型流化床干燥器以用于干燥NH4Cl为例，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
继单层流化床的推广，多层流化床也得到了较快的发展。

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。

多层床操作的最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最早的改进，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联系统（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，成功应用的例子有农药草甘膦、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，或将最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。

4．喷雾流化干燥器
喷雾流化干燥器是利用雾化器将溶液雾化，喷入颗粒剧烈运动的流化床内，借助溶液本身的显热，结晶热及流化介质的热量，使水分蒸发、结晶、干燥并在一步内完成。

溶液在雾化过程中未碰到床中原有颗粒前，已部份蒸发结晶，形成新的品种。

而在雾化过程尚未蒸发的溶液，便与床中原有结晶接触而涂布于其表面，使颗粒长大，并一步得到干燥，即形成粒状产品，这是喷雾流化干燥器用于造粒方面的原理，喷雾流化干燥器适用于可喷雾的溶液或稀浆状的物料。

喷雾流化床造粒产品的平均粒径为0.3-3.0mm，大者可达8-20mm。

可通过调节操作参数来控制粒径的大小。

如尿素的喷雾流化床造粒法制取的产品，其粒径可达8-25mm。

在中、小型喷雾流化床造粒器内，有时在筛板上部设置搅拌装置，强制混合，防止死床，
此设备可间歇操作也可连续操作。

5.惰性粒子干燥器
惰性粒子流化干燥器具有将物料蒸发、结晶、干燥、粉碎在同一设备中完成的特点。

采用直径为1-2mm的玻璃球，已成功用于涂料二氧化钛。

为了解决含水率60%膏状物料农药代森锌的干燥，用砂子作为惰性粒子，均达到预期目的。

为流化干燥器的应用开辟了一条新的途径。

空气加热到300℃，然后进人圆柱型流化床内，使预先装入的φ1-2mm的玻璃球流化。

然后将料浆由齿轮泵由拌浆槽打出，借气流式喷嘴喷入玻璃珠流化床内，物料在玻璃珠相互球磨作用下，迅速使产品粉碎及干燥，达到320目细度。

干燥后的产品随气流从流化床顶逸出，经二级高效旋风分离器分离后，再经文丘里管湿法除尘，最后经旋风分离器使气液分离，尾气排入大气。

6.离心流化床干燥器
离心流化床干燥器，也是流化床干燥的重大改进之一。

但在国内目前尚未见到有定型设备。

其原理是在机械转动造成的离心力场作用下使粒状物料分布在丝网复盖的圆筒形多孔壁上，热气流穿过多孔壁使之流化干燥。

它适用于处理大颗粒、小密度物料，如方便米饭等这一类物料，因起流速度与吹出速度非常接近，在重力场流化床中无法操作。

7．振动流化床干燥器
普通流化床也存在下列较严重的缺点：
（l）气泡现象使流化不均匀，相间接触效率不高，而且工程放大较困难；
（2）物料停留时间分布极不均匀，难以获得湿含量均一的产品，甚至可能有部分产品因过度干燥而变质；
（3）动力和热能消耗大；
（4）只能处理松散的粉状或粒状物料。

为解决这些问题，在流态化基本构思的基础上进行了一系列改进和发展。

流态化干燥最重大的改进和革新，当推振动流化床的开发和应用。

目前应用最广的卧式振动流化床干燥器，形状和基本结构与普通卧式流化床干燥器很相似。

区别在于前者整个机体通过弹簧支撑在底座上，多孔板稍向出料端倾斜，机体一侧或两侧装有振动电机。

物料依靠机械振动和穿孔气流双重作用流化，并在振动作用下向前运动。

它具有非常突出的优点：
（1）在很低的气速下可获得均匀的流化，从而大大降低了能耗、颗粒间的磨损和粉尘夹带；
（2）物料停留时间分布均匀，几乎可以认为是“活塞式流动”，且停留时间易于调节控制，因此可获得干燥非常均匀的颗粒状产品。

振动流化床干燥器是一种强化的有特殊用途的干燥装置，它通常供物料最终干燥之用。

由于在干燥过程中由机械振动帮助物料流化，不仅有利于边界层湍流，强化传热传质，而且还确保了干燥设备在相当稳定流体力学条件下工作。

这种设备除具有很好干燥功能
之外，还能根据工艺需要完成物料造粒、冷却、喷入少量液体、筛分和输送等工序。

目前已在制糖、医药、化肥、化工、塑料、乳品、盐业和矿冶等工业部门得到广泛应用，这项技术基本成熟并已形成了系列化。

8．内换热的流化床干燥器
在流化床内设置换热器，向其内通入蒸汽或其他热介质，间接供给床层所必需的热量，而热空气的主要作用是使床层流态化，这可达到明显节能目的。

内换热管可以旋转，既起换热又起搅拌作用。

内换热器一般是不动的，它不仅向床层供给热量，而且还起内部构件的作用。

当床层需要热量很大而使床层流态化的风量又需很小时，采用内换热器的方案是最佳的选择。

9.搅拌流化床
在普通流化床底部设置搅拌器，是流态化干燥的另一类改进。

它扩大了流态化干燥适用的物料范围，使之可用于进料或在干燥脱水过程中可能结块的粉状或粒状物料，而这是很常见的一类物料。

例如大多数离心机分离出来的物料都有部分结团，含结晶水的物料则在干燥过程中很容易结块。

这一改进带来的另一好处是可获得均匀的流化，提高了热质传递强度。

还有许多专用流化床和特型流化床，因现在还无定型产品，在这里不做更多的介绍。

一、单圆筒流化干燥器
单层流化床可分为连续、间歇两种操作方法。

连续操作停留时。