流化床干燥

　　流化床干燥技术是流态化技术和传热传质技术的成功结合，现代流化床干燥技术领域中，振动流化床干燥技术、旋转闪蒸流化床干燥技术、沸腾流化床干燥技术等已成功广泛应用于各化工行业。

流化床干燥原理

　　将大量固体颗粒悬浮于运动这的流体之中，从而使颗粒具有类似于流体的某些表观特性，这种流固接触状态称为固体流态化。流化床干燥器就是将流态化技术应用于固体颗粒干燥的一种工业设备，目前在化工、轻工医学、食品以及建材工业中得到广泛的应用。

　　流化床干燥又名沸腾干燥，是固体流态化技术在干燥上的应用。流体自下而上通过由固体颗粒堆成的床层时，若气流速度较低，则床层仍维持原状，气流从颗粒间空隙流过，这种床层称为固定床。当流速u提高到大于某一临界值u_mf(称为起始流化速度)后，颗粒推理其原来的位置而在流体中浮动，并在床内无规则地运动，这种床层称为流化床。

　　在流化床内，由于颗粒分散并作不规则运动，造成了气固两相的良好接触，加速了传热和传质的速度，而且床内温度均匀便于准确控制，能避免局部过热。设备结构较简单、紧凑，容易使过程连续化，故得到较广泛的应用。

　　为了改善产品质量，生产上常采用卧式多室流化床干燥器，干燥室的横截面做成长方形，用垂直挡板分隔成多室(一般为4～8室)，挡板与多孔板之间留有一定间隙(一般为几十毫米)，使物料能顺利通过。湿物料自料斗加入后，依次由diyi室流到Z后一室，再卸出。由于挡板的作用，可以使物料在干燥室内的停留时间趋于均匀，避免短路。并可根据干燥的要求，调整各室的热、冷风量以实现Z适宜的风温与风速。也可在Z后一、二室内只通冷风，以冷却干物料。干燥室截面在上部扩大，以减少粉尘的带出。

　　流化床干燥器还可以做成多层式。与卧式多室流化床干燥器相比，其优点是热效率较高。但由于压降大，而且物料由上一层溢流到下一层的装置较复杂，生产上不如卧式用得广泛。

流化床干燥技术发展现状

　　流化床技术起源于1921年，而我国60年代初才开始发展应用流化床干燥技术，八十年代得到广泛的发展和应用。

　　目前在我国不到60年的时间里，经过科研人员的不断改进和创新，得到了长足发展。目前国外公司生产的流化床干燥设备由于起步早并采用先进技术而使其生产质量得到了较好的保证。

　　我国由于起步晚，流化床干燥设备与国际先进水平相比有一定的差距，但随着我国化工、制药、轻工等行业的发展，在学习国外先进技术和实践经验的基础上，选择特定突破点，加大自主创新研发力度，正在缩小于国际先进水平的差距。

流化床干燥的特点

　　1、颗粒在干燥器内停留时间比气流干燥器内得的长，且热气体和物料错流接触或逆流接触，故干燥后物料的Z终含水率较低。但对于热敏性物料，必需严格控制床层内的温度，使之不超过容许限度。

　　2、操作气速低，故物料和设备的磨损较轻。且废气只夹带少量粉尘，不像气流干燥那样全部物料都需由除尘器收集，减轻了除尘器的度负荷。

　　3、设备紧凑，高度低，设计合理时压降可较小，在进口介质温度相同条件下热效率也较高。但气流干燥器中物料与热气流接触时间短，可以采用较高的进口介质温度，这不仅提高了热效率而且使容积气化强度显著增加。对粉状或颗粒状物料，使用气流或流化床干燥器各有优缺点，应当根据不同物料和不同工艺要求进行具体得对比，合理得选型。

　　4、由于体积给热系数大，故在小装置中可处理大量物料。由于气固相间激烈的混合和分散以及两者间快速的给热，使物料床层温度均一且易于调节，为得到干燥均一的产品提供了良好的外部条件。

　　5、结构简单，造价低廉，可动部分少，物料由于流化而输送简便，维修费用低。

　　6、不适用于易粘结或结块的物料。

流化床干燥机的分类

　　流化床干燥机在不到100年的时间里，经过科研人员的不断改进和创新，得到了长足的发展和广泛的应用。其种类很多，根据待干燥物料性质的不同，所采用的流化床也不同，按其结构大致可分为：单层和多层圆筒型流化型、卧式多室流化型、搅拌流化型、振动流化型、离心式流化型、脉冲流化型等类型。

　　1、单层和多层圆筒型流化床干燥机

　　Z早应用的流化床为单层圆筒型，其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，板上小孔半径1.5mm，正六角形排列。

　　整个干燥过程为：湿物料由皮带输送机运送到抛料加料机上，然后均匀地抛入流化床内，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。空气进入鼓风机、加热器后进入筛板底部，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中。此干燥器操作简单、劳动强度低、劳动条件好、运转周期长。

　　由于单层圆筒流化床直径较小，物料停留时间较长，干燥后所得产品湿度不均匀。因此发展了多层流化床，该流化床不仅可以提GX率，更重要的是能够得到较为均匀的停留分布时间。为了对物料进行内扩散控制，多层流化床还先后经历了溢流管式、下流管式和穿流板式3个阶段。多层流化床的物料干燥程度均匀，干燥质量易于控制。热效率较高，适用于降速干燥阶段较长的物料以及湿含量较高(水分含量>14%)的物料的干燥。

　　2、卧式多室流化床干燥机

　　由于多层流化床干燥机还是存在操作困难、床层阻力大和结构复杂等缺点，为克服这些缺点，20世纪60年代末70年代初发展了一种卧式多室流化床。该设备结构简单、操作方便，适用于各种难干燥的粉粒状物和热敏性物料的干燥。可以说，卧式多室流化床干燥器相当于多个方形界面流化床串联系统。

　　卧式多室流化床干燥机主要特点：

　　(1)在相邻隔室间安装挡板，从而可制得均匀干燥的产品，改善了物料停留时间的分布;

　　(2)物料的冷却和干燥可结合在同一设备中进行，简化了流程和设备;

　　(3)由于分隔成多室，可以调节各室的空气量，增加的挡板可避免物料走短路排出。

　　该设备在制药工业中推广较快，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、粉粒状物料以及片状物料。如果在操作上对各室的风量、气温加以调节，或将Z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。

　　3、搅拌流化床干燥机

　　为了使某些湿颗粒物料或已凝聚成团的物料亦能采用流化床干燥技术，研究人员在加料口附近装备床内搅拌叶片，使呈团状或块状的物料及时打碎，以利于形成流化，这种装备有搅拌器的流化床干燥机称为搅拌流化床干燥机。

　　搅拌流化床干燥机优点：

　　(1)适合于湿含量较大、在热气流中不易分散的物料或者可能结块的物料的干燥;

　　(2)可以避免沟流、腾涌和死床现象，获得均匀的流化状态，提高热质传递强度。

　　近年来搅拌流化床在制药工业上得到了相当广泛的应用，其常作为制药过程的后续工艺的干燥装置，以简化设备及工艺，降低成本。

　　4、振动流化床干燥机

　　随着多级干燥的发展，振动流化床干燥机得到应用，其基本结构与普通流化床相似，是一种将机械振动加于流化床中的改良产品。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作活塞形式的移动，利用对流、传导、辐射向料层供给热量，即可达到干燥的目的。

　　振动流化床干燥机由于物料的输送是由振动来完成的，供给的热风只是用来传热和传质，因此可以明显地降低能量消耗。另外，由于床层的强烈振动，传热和传质的阻力减小，提高了振动流化床的干燥速率，同时使不易流化或流化时易产生大量夹带的块团性或高分散物料也能顺利干燥，克服了普通流化床易产生返混、沟流、粘壁等现象。

　　5、离心式流化床干燥机

　　离心式流化床干燥机是在离心力场中进行流化床干燥的一种新型干燥设备，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覆盖的圆筒型多孔壁上，热气流穿过多孔壁使之流化床干燥。

　　由于离心力场的存在离心加速度可以是重力加速度的几倍到几十倍，因此与普通重力流化床干燥机相比较，强化了湿分在物料内部的迁移过程，干燥时间短，传热传质速率高，能够有效地YZ气泡的生成及物料的夹带，对于在重力流化床干燥机中难以干燥的低密度、热敏性、易粘结的固体物料都可以有效地干燥。

　　6、脉冲流化床干燥机

　　针对一些不易流动的物料及干燥温度不允许超过50～80℃的结晶药物，发展了脉冲式流化床干燥机。脉冲流化床干燥机改变了传统流化床干燥机的恒定送风为周期性送风，通过调节气流的脉冲频率或脉冲气流导通率，使通过孔板的气体流量或流化区发生周期性变化，对物料进行干燥。

　　主要结构特点：是在干燥湿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，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，此时仍通入部分气体通过床层，以便下一个脉冲能有效地在床中传递。

　　优点：传热系数高，干燥时间短，空气耗量减少，电能耗量低。脉冲流化床干燥机能有效克服沟流、死区和局部过热等传统流化床常见的弊端，因而可用于处理黏性强、易结团和热敏性物料，如四环素类的抗生素。

　　7、惰性粒子流化床干燥机

　　惰性粒子流化床干燥器具有将物料蒸发、结晶、干燥和粉碎在同一设备中完成的特点。此流化床干燥器中预先装有直径为1～2mm的玻璃珠，其在热空气的作用下呈流化状态，物料进入流化床干燥机内，在玻璃珠相互球磨的作用下，迅速被粉碎、干燥。目前，此类流化床干燥器在制药工业中的应用较少。