一、振動流化床干燥機概述

圖1是ZLG振動流化床干燥系統(tǒng)示意圖。ZLG是干燥系統(tǒng)的主體設(shè)備, 主要由以下幾部分組成: 1、進出風(fēng)機構(gòu)，包括進風(fēng)口、進風(fēng)室及氣體預(yù)分布器、氣體分布板及出風(fēng)口)；2、床體，包括上下箱體及之間軟連接, 兩端進出料口；3、振動機構(gòu)，包括振動電機、減振器、機架等，見圖2。

ZLG型振動流化床干燥機的干燥原理與XF型臥式流化床干燥機相似, 處于流化狀態(tài)的物料與熱空氣(或其他干燥介質(zhì)) 進行充分的熱量和質(zhì)量傳遞, 并逐漸被干燥。其區(qū)別在于振動流化床干燥機由安裝在主機兩側(cè)的振動電機提供激振力, 并通過調(diào)整振動電機的安裝角度和偏心塊的偏心距離,以可方便地改變垂直方向的振動幅度和水平方向的運料速度, 振動頻率根據(jù)需要可配置定速交流電機或變頻調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)。

1、工作原理  

振動流化床干燥機就是將機械振動施加于流化床上，物料因受機械振動和穿過床孔的高速氣流雙重作用而充分流化，并在振動作用下向前作活塞形式的移動，熱介質(zhì)利用對流、傳導(dǎo)、輻射等方式向料層供熱，^終達到物料干燥目的。由于物料輸送是由振動來完成，供給的熱風(fēng)只是用來傳熱和傳質(zhì)，因此可以明顯降低能量消耗。由于床層強烈振動，傳熱和傳質(zhì)阻力減小，提高了流化床的干燥速率；同時，不易流化或流化時易產(chǎn)生大量夾帶的塊團性或高分散物料也能得到順利干燥，克服了普通流化床干燥容易產(chǎn)生返混、溝流、粘壁等現(xiàn)象。

2、設(shè)備特點

振動流化床干燥機在主機兩側(cè)安裝有振動電機以提供激振力，由于振動電機的安裝角度及振動電機上偏心塊之間的距離可以調(diào)節(jié), 從而可以調(diào)整機器運行時的振動幅度和物料運行速度，控制物料停留時間。與普通流化床干燥機相比, 具有如下優(yōu)點:

（1） 降低了流化速度, 從而大大降低能耗, 與普通流化床相比, 可節(jié)能30% 以上。

（2） 顆粒表面損傷小, 可用于易碎物料的干燥。

（3） 可調(diào)性好, 適用面寬。料層厚度、物料移動速度及振幅等均可調(diào)節(jié)， 適合要求晶形完整、晶體光亮、粒徑分布較寬場合的物料干燥, 如癸二酸、檸檬酸、硫脲等, 也適合易粘結(jié)成塊的物料如硝銨、白炭系列、PZG系列、LZG系列、WZG系列、ZW系列的干燥。

振槽面積可從0. 84～ 23. 6㎡, 振動頻率一般為16. 67Hz,也有25Hz、50Hz， 工作頻率差為±0. 3Hz。振幅有0～ 3. 2mm、0～ 5mm、1. 4～ 3. 2mm (可調(diào)) , 激振角為0～ 90°(可調(diào))。 

(4) 流態(tài)化均勻穩(wěn)定，可獲得干燥均勻的產(chǎn)品。

3、 研發(fā)應(yīng)用

    振動流化床干燥機，因其優(yōu)異的性能，目前已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟各行各業(yè)。自六十年代以來，原蘇聯(lián)學(xué)者發(fā)表了對振動流化床干燥機的報告，此后，東歐、加拿大等國學(xué)者做了大量探索。國內(nèi)振動流化床干燥機的理論研究于1986年上海召開的全國第二次干燥技術(shù)交流會開始，才陸續(xù)有了振動流化床干燥機研究的論文發(fā)表。隨后，許多單位建立起了初具規(guī)模的小型或已接近工業(yè)振動流化床的實驗裝置，對該技術(shù)各個方面展開了系統(tǒng)的研究和探討。鐵嶺精工（集團）股份有限公司^與1983年建起了我國第一套用于實驗?zāi)康牡男⌒凸I(yè)試驗裝置，并隨后開發(fā)了系列工業(yè)用振動流化床干燥機。多所高等院校及科研單位，如天津輕工業(yè)學(xué)院、上海化工研究院、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等也分別安裝了形式各異的的試驗裝置，對振動流化床的各種參數(shù)及其干燥速率的影響進行了實驗研究，并開發(fā)了各具特色的工業(yè)振動流化床干燥機。

振動流化床的研究在流體力學(xué)、傳熱、傳質(zhì)方面已有大量報導(dǎo)，但對機械結(jié)構(gòu)、剛度和強度方面的研究仍不充分，此外對該機種的模擬放大問題仍主要根據(jù)經(jīng)驗，理論研究較滯后。

振動流化床作為一種成功的改型流化床，并在近30年的時間里獲得了突飛猛進的發(fā)展。國外好多國家相繼將其應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，國內(nèi)也有好多企業(yè)將其應(yīng)用在制糖和乳品干燥上。到了80年代，我國的振動流化床的生產(chǎn)與應(yīng)用進入了高速發(fā)展階段，相繼出現(xiàn)了一些專業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)振動流化床的工廠。從1982年開始至今，平均每年向社會推出200臺這種干燥機，應(yīng)用的行業(yè)也由開始時制藥、乳品等行業(yè)發(fā)展到輕工、化工、飲料、食品、礦冶、飼料、化肥、種子等行業(yè)。

4、設(shè)備分類

振動流化床可以分為直線型振動流化床、螺旋形振動流化床以及曲柄搖桿式振動流化床等。

二、振動流化床干燥機熱工計算方法

振動流化床干燥機的設(shè)計與熱工計算中，一般須首先確定一些基本參數(shù)，如物料密度r_s，熱風(fēng)入口溫度t_g1及排氣溫度t_g2、操作氣速u₀、干燥時間t_d、物料溫度t_m、料層初始高度H₀以及其他振動參數(shù)等，下面是其主要熱工計算方法。

1、物料中應(yīng)去除濕分的總量w  

以G₁表示物料處理量(kg/h)；G₂表示產(chǎn)量（kg/h）；干燥過程中始終不變的絕干物料產(chǎn)量為G_d（kg/h）；則他們的關(guān)系為：

Gd=G1(1－w₁)=G2（1－w₂）                (2.1)

w=G_d(X₁-X₂)                             (2.2)

式中，w₁為濕料含水量（%），w₂為產(chǎn)品含水量（%）；X為干基含水量(kg/kg)；w為干燥過程蒸發(fā)的水分(㎏/h)。

     2、干燥需要的熱量Q  

設(shè)物料自t_m1預(yù)熱至空氣濕球溫度t_w需熱量Q₁；在t_w時蒸發(fā)水分需熱量Q₂（假設(shè)全部水分均在t_w是蒸發(fā)）；物料由t_w升至溫度t_m2需要熱量Q₃，

則有Q=Q₁+Q₂+Q₃, 其中

Q₁=G_d (c_s+c_wX₁) (t_w–t_m1)                  (2.3)

Q₂=Wg_w                                     (2.4)

Q₃= G_d(c_s+c_wX₂)(t_m2- t_w)                   (2.5)

式子中，c_s為干燥物料的比熱容，kJ/(kg℃)；c_w為水的比熱容，kJ/(kg℃)；tm2為排料溫度，℃； g_w為水在t_w時的蒸發(fā)潛熱，kJ/kg；X₁為原料濕含量，（干基）kg/kg；X₂為產(chǎn)品濕含量，（干基）kg/kg。

3、需要空氣量G_g和體積V_g

G_g=1.15Q/c_g(t_g1-t_g2)(熱損15%)             (2.6)

V_g= G_g/r_g                                 (2.7)

式子中，t_g1、t_g2進氣、排氣溫度，℃；c_g為空氣比熱容，kJ/(kg℃)；r_g為空氣密度，kg/m3（此處按進氣溫度計）

     4、由熱平衡確定的床層面積S

S=V_g/3600u₀                               (2.8)

式子中，u₀為空床氣速，m/s。

 5、由產(chǎn)量要求和干燥時間確定床層面積  

用式S=V_g/3600u₀計算確定床層面積時，沒有考慮物料在傳熱傳質(zhì)方面的差異，因而,還應(yīng)通過試驗找到必須的干燥時間t_d，依照規(guī)定產(chǎn)量要求來確定床層面積。

設(shè)單位時間的干燥處理量為G_m、床層初始高為H₀、物料堆密度為r_m 、運動速度為u_s、床寬為B，長為L,則有

            U_s=G_m/BH₀r_m3600                         (2.9）

            L=u_st_d                                  (2.10）

            S=LB= G_mt_d/3600H₀r_m                     (2.11)

t_d是在振動流化床工況下實驗得出的，它表達了物料在一定條件下的傳熱傳質(zhì)規(guī)律，但這些數(shù)據(jù)會在工業(yè)應(yīng)用中有很大的實際差距，一般應(yīng)比較兩種方法計算的面積，取其大者作為^終結(jié)果。不過，當(dāng)用t_d和產(chǎn)量計算的面積小時，須對熱平衡計算的條件予以修正，否則，提供給干燥機的熱量可能不足。

 6、排氣濕度計算  

設(shè)進氣濕度為y₁，排氣濕度為y₂，則有

y2=y1+w/G_g                      (2.12)

再由t-x圖上查出該濕度下的露點溫度，判斷是否有結(jié)露的可能。如排氣已接近飽和，須對熱工參數(shù)做必要調(diào)整。

 7、熱效率h_h計算

熱介質(zhì)的總熱量只有一部分在干燥機內(nèi)釋放，其余作為廢氣排出系統(tǒng)外。在干燥機內(nèi)釋放的熱量與總熱量之比稱為熱效率，顯然，熱效率是干燥機重要的性能指標(biāo)。

h_h=（t_g1－t_g2）/（ t_g1－t_g0）                  (2.13)

式中，t_g0為大氣溫度，℃。

由上式看出，提高進風(fēng)溫度、降低排氣溫度是提高熱效率的重要途徑。在生產(chǎn)應(yīng)用中，適當(dāng)提高料層厚度能夠獲得較高熱效率，是因為不僅可以采用較高進風(fēng)溫度，而且熱風(fēng)在料層中路徑較長，放熱充分，排氣溫度也可降低。一般振動流化床的熱效率在30%--60%之間。

三、振動流化床干燥機的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、振動機構(gòu)的設(shè)計

① 振動方式的選擇。振動方式可以分為強制振動型和固有振動型，它們各有特點，本處僅介紹強制振動型即采用振動電機振動的設(shè)計方法。

強制振動型流化床利用安裝在機體兩側(cè)的振動電機產(chǎn)生直線振動，振動電機的安裝角度決定振動方向角，改變固定偏心塊和可動偏心塊之間的夾角即可調(diào)節(jié)激振力大小。由于振頻通常高于固有頻率，起動和停車時通過共振區(qū)時，機體會產(chǎn)生較大振幅，尤其在停車時，劇烈的搖晃會產(chǎn)生很大的沖擊力，應(yīng)采用適當(dāng)措施減輕這種現(xiàn)象的發(fā)生。

② 振動電機選配和安裝。振動流化床正常運行時由兩臺電機合成振動而實現(xiàn)，因而要求兩臺振動電機必須嚴(yán)格同步?，F(xiàn)場安裝前，應(yīng)選擇同一廠家生產(chǎn)的同一型號電機，測定的性能曲線須接近或相同，異步轉(zhuǎn)速相近，軸與軸承、密封之間的摩擦阻距相等或相近。選配好振動電機后進行裝機試驗時，當(dāng)偏心角相等時，主機不得有較大橫向振幅。

振動電機安裝位置應(yīng)放在床體中間，電機座板可在180度范圍調(diào)整，因而激振角可按需要進行調(diào)節(jié)。由于電機位置接近質(zhì)心，應(yīng)當(dāng)調(diào)整機體前后平衡，從而保證振動流化床進料端與排料端振幅相同。

③ 振幅調(diào)整。兩臺振動電機的四組偏心塊的相對位置決定主機振幅。一般振動電機在軸頭或其他部位標(biāo)有刻度，指示出可動偏心塊和固定偏心塊之夾角。調(diào)整振幅時須依照振動電機的操作說明來調(diào)節(jié)。

④ 振動方向角δ調(diào)整。 電機安裝在電機座板上，電機座板與下箱體法蘭用24個螺栓連接在一起，每兩孔夾角15°，調(diào)整電機座板與下箱體法蘭的安裝位置，即可改變振動方向角。Δ的調(diào)整必須兩臺電機同步調(diào)整，確保同一高度。

2、上、下箱體設(shè)計

① 上箱體  上箱體將干燥區(qū)與外部大氣分隔，防止粉塵外逸污染環(huán)境。上箱體與床層同寬，高度與普通流化床相似?；诮档蛥⒄褓|(zhì)量的目的，上箱體通常設(shè)計為薄壁結(jié)構(gòu)，壁厚2-4mm，并焊接加強筋加固。

② 下箱體  下箱體是主機機體和熱風(fēng)分配室，它和分布板共同完成將熱風(fēng)均勻送入床層的任務(wù)，下箱體進風(fēng)面積為分布板的6-8倍。

     3、氣體分布板  

氣體分布板用來支承物料，并將熱風(fēng)均勻分布于料層中。分布板的壓降△p1是氣體通過分布板的阻力，與孔徑和孔速有關(guān)。

當(dāng)由熱平衡計算確定出風(fēng)總量后，一般進風(fēng)速度便可確定，于是可由相關(guān)公式計算出分布板壓降和小孔風(fēng)速u_h。

查資料得出孔速和分布板的壓降的一組數(shù)據(jù)列于下表2.1中。

分布板開孔率  是分布板的重要特征參數(shù)，由下式確定

f=S_h/S=u₀/u_h                                 (2.15)

式中S_h為分布板開孔面積，㎡；S為分布板面積，㎡。

設(shè)計中開孔率為1%～5%，其下限常用于顆粒較細、密度較小的物料。當(dāng)在多孔板下加設(shè)均風(fēng)和防漏網(wǎng)時，開孔率可取7%～8%。加上編織網(wǎng)后床層壓降無明顯變化, 而在實際生產(chǎn)中可有效地防止漏料。

表2.1

     4、料層厚度控制  

部分振動流化床干燥機，料層厚度是由給料量、振動參數(shù)以及風(fēng)量等因素確定，一旦這些參數(shù)調(diào)整好后，料層厚度即確定，操作過程中不再采用其他方式控制料層厚度，這類干燥機操作彈性較小。如在干燥機的排料端加裝控制堰，這便是料層可控的振動流化床。通過調(diào)整手柄，可方便地調(diào)整控制堰板的上沿高度，以及堰板下沿與分布板的間隙。當(dāng)物料顆粒均勻、干濕狀態(tài)密度有較大差異時，可使堰板下沿貼近分布板，利用上沿高度控制料層厚度，干燥完好的物料因浮在床層上部，依溢流方式排出機外。當(dāng)物料粒度差異較大或干濕狀態(tài)密度變化不大時，不能采用溢流排料，此時，調(diào)整堰板下沿與分布板間隙以及堰板上沿高度，利用堰板的節(jié)流作用調(diào)整料層厚度及排料速度。

一般料層可控的振動流化床，較易控制物料在床層中的停留時間。

     5、影響物料停留時間的因素  

物料的平均停留時間受風(fēng)速、床高、振動強度、激振角度大小的影響。

① 熱空氣對物料僅提供垂直向上的作用力, 風(fēng)速的變化對物料的平均停留時間影響極小；

② 風(fēng)量及振動條件一定, 床層高度對物料平均停留時間的影響也較小；

③ 振動強度對物料平均停留時間有很大的影響, 振動強度減小, 物料的平均停留時間增長。

④ 振動電機的偏振角越大，物料在平均停留時間就越長

        四、激振力和振源電機功率的確定

        激振力與參振質(zhì)量、振動參數(shù)有關(guān)，受熱風(fēng)參數(shù)影響甚微，可參照振動輸送機計算方法確定。這類機器，一般用兩臺性能相近的振動電機安裝在機體兩側(cè)，每臺振動電機的激振力應(yīng)為0.5F。因目前工業(yè)上使用的振動電機均已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，故可按計算出的激振力在現(xiàn)有型號中找到相應(yīng)的電機功率，所以不對激振電機另行計算。

五、重視設(shè)計中的環(huán)保措施

1、隔振設(shè)計及傳給地基的動載荷

① 隔振設(shè)計  所謂隔振，就是用剛度較小的彈簧將振動流化床支承起來，如將隔振系數(shù)定義為傳給地基動載荷與參振機體慣性之比，則可通過隔振系數(shù)的大小判斷隔振效果，按經(jīng)驗，一般在0.25～0.01之間隔振系統(tǒng)能滿足工作需要，為此，可按下式計算隔振簧剛度

   K_y=f_c·m_j·w²=（0.25～0.01）m_jw²               (2.19)

式中，K_y為垂直方向的隔振剛度，kg/cm；m_j為振動質(zhì)體計算質(zhì)量，kg·s²/cm。

為避免在機器工作和啟動停車過程中，隔振簧產(chǎn)生沖擊或脫離機體，它的^大動變形量應(yīng)小于靜變形量。據(jù)經(jīng)驗，^大動變形量一般為垂直振幅A_y的3～7倍，因此，K_y還應(yīng)滿足下式

             K_y＜M/(3～7)A_y                               (2.20)

式中，M為總參振質(zhì)量，kg。

② 隔振簧選擇及剛度、強度計算（略）

③ 傳給地基動載荷  設(shè)隔板簧傳給地基鉛垂方向動載Pdy,水平方向動載Pdx,則：

              P_dy=k_y·A·sinδ                                (2.21)

             P_dx=K_x·A·cosδ                              (2.22)

2、降低噪音措施 

國家環(huán)保法規(guī)定工業(yè)機器的噪音不能大于85dB，正常的振動流化床應(yīng)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無異常振動噪音，用聲級計在機器周圍1.5m范圍內(nèi)測定，為此，振動流化床在設(shè)計時必須充分考慮降低噪音的技術(shù)措施。查資料得出，下述方法對降噪是行之有效的。

① 合理選擇振頻，一方面盡量避開共振區(qū)，另一方面還要滿足振動強度在合理范圍內(nèi)，通常認(rèn)為工作振頻是機器自振頻率的2～4倍是合理的。并且選用性能優(yōu)異，噪音低的振動電機，在允許情況下可適當(dāng)調(diào)低振動電機振幅。

② 應(yīng)設(shè)法提高上下箱體及分布板在振動方向上的剛度，以避免產(chǎn)生彈性彎曲振動，使噪音加大。如有產(chǎn)生較大彈性彎曲振動現(xiàn)象，可適當(dāng)改變振幅或焊裝加強筋。

③ 橡膠簧傳遞聲音阻力比金屬簧大，隔音效果好，工作噪音低，隔振簧如破損、變性或參數(shù)不符要求，應(yīng)調(diào)整更換。

④ 適當(dāng)選擇保溫材料及施工方法，可提高彈性振動阻尼，降低噪音。

⑤ 檢查整機有無連接松動、損壞部位，如有則應(yīng)予以加固修復(fù)。

⑥ 主機每個側(cè)面，尤其安裝電機一側(cè)，離墻壁距離^好大于2～2.5m。安裝場地空間不能太小，在墻壁上裝設(shè)吸音材料對降低噪音有效。

3、防止粉塵污染  

振動流化床干燥機系統(tǒng)需有氣固分離設(shè)備，系統(tǒng)排出氣體應(yīng)符合環(huán)保規(guī)定。主機設(shè)計時須考慮粉塵排放的各種因素，降低氣固分離設(shè)備負(fù)荷。

① 適當(dāng)提高上箱體分離段高度，使細粒級物料有足夠的時間沉降下來。

② 改進上箱體設(shè)計結(jié)構(gòu)，能使排氣附近氣速明顯降低，有利粉塵沉降。

③ 可將進料口、排料口設(shè)計成封閉式，防止粉塵外逸。

④ 保持上箱體微負(fù)壓操作，應(yīng)保證開式進料口、排料口附近區(qū)域微負(fù)壓。

六、規(guī)范操作，總結(jié)和完善操作經(jīng)驗

(1) 振動參數(shù)的選擇一般須留有調(diào)節(jié)余地。例如, 對遼寧精工干燥公司的設(shè)備, 選擇振幅在2. 5mm 左右, 調(diào)試時可依據(jù)情況適當(dāng)變化，但不可使振幅過小, 以致K值過低, 起不到應(yīng)有的作用。激振角以接近90°較好, 可增加物料的停留時間。對于特別易干燥的物料, 激振角可適當(dāng)減小。

(2) 風(fēng)機能力要配套, 要保證干燥器中處于微負(fù)壓操作, 以避免過多的粉塵飛揚。

(3) 風(fēng)量適宜使物料能形成良好的流化狀態(tài)。從觀察窗上應(yīng)看到物料上層界限清楚, 機內(nèi)可見度良好。必要時改變振動參數(shù), 從而獲得良好的流化狀態(tài)。

(4) 給料要盡可能連續(xù)、均勻地布滿床面。

(5) 大型干燥機出口處設(shè)置冷風(fēng)段, 有利于產(chǎn)品及時包裝, 但要采取措施, 避免串流現(xiàn)象嚴(yán)重而降低熱效率。

(6) 重視設(shè)備調(diào)試, 優(yōu)化操作規(guī)程, 可以彌補設(shè)計不完善而引起的誤差影響。