流化床干燥設備的類型和優(yōu)缺點解析
流化技術起源于1921年，早應用于干燥工業(yè)化大生產(chǎn)是1948年美國建立的多爾—奧列弗固體流化裝置，而我國直到1958年后才開始發(fā)展此項技術。流化床干燥機干燥過程中散狀物料被置于孔板上，下部輸送氣體，使物料顆粒呈懸浮狀態(tài)，猶如液體沸騰一樣，使得物料顆粒與氣體充分接觸，進行快速的熱傳遞與水分傳遞。流化干燥由于具有傳熱效果良好、溫度分布均勻、操作形式多樣、物料停留時間可調(diào)、投資費用低廉和維修工作量較小等優(yōu)點，得到了廣泛的發(fā)展和應用。
流化床干燥設備的分類
流化床干燥設備在不到100年的時間里，經(jīng)過科研人員的不斷改進和創(chuàng)新，得到了長足的發(fā)展和廣泛的應用。其種類很多，根據(jù)待干燥物料性質(zhì)的不同，所采用的流化床也不同，按其結(jié)構(gòu)大致可分為：單層和多層圓筒型流化型、臥式多室流化型、攪拌流化型、振動流化型、離心式流化型、脈沖流化型等類型。
1 單層和多層圓筒型流化床
早應用的流化床為單層圓筒型，其材料為普通碳鋼內(nèi)涂環(huán)氧酚醛防腐層，氣體分布板是多孔篩板，板上小孔半徑1.5 mm，正六角形排列。整個干燥過程為：濕物料由皮帶輸送機運送到拋料加料機上，然后均勻地拋入流化床內(nèi)，與熱空氣充分接觸而被干燥，干燥后的物料由溢流口連續(xù)溢出?？諝膺M入鼓風機、加熱器后進入篩板底部，向上穿過篩板，使床層內(nèi)濕物料流化起來形成流化層。尾氣進入旋風分離器組，將所夾帶的細粉除下，然后由排氣機排到大氣中。此干燥器操作簡單、勞動強度低、勞動條件好、運轉(zhuǎn)周期長。
但是由于單層圓筒流化床直徑較小，物料停留時間較長，干燥后所得產(chǎn)品濕度不均勻。因此發(fā)展了多層流化床，該流化床不僅可以提率，更重要的是能夠得到較為均勻的停留分布時間。為了對物料進行內(nèi)擴散控制，多層流化床還先后經(jīng)歷了溢流管式、下流管式和穿流板式3個階段。多層流化床的物料干燥程度均勻，干燥質(zhì)量易于控制。熱效率較高，適用于降速干燥階段較長的物料以及濕含量較高（水分含量＞14%）的物料的干燥。
2 臥式多室流化床
由于多層流化床還是存在操作困難、床層阻力大和結(jié)構(gòu)復雜等缺點，為克服這些缺點，20世紀60年代末70年代初發(fā)展了一種臥式多室流化床。該設備結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，適用于各種難干燥的粉粒狀物和熱敏性物料的干燥?？梢哉f，臥式多室流化床干燥器相當于多個方形界面流化床串聯(lián)系統(tǒng)。
其主要特點：
（1）在相鄰隔室間安裝擋板，從而可制得均勻干燥的產(chǎn)品，改善了物料停留時間的分布；
（2）物料的冷卻和干燥可結(jié)合在同一設備中進行，簡化了流程和設備；
（3）由于分隔成多室，可以調(diào)節(jié)各室的空氣量，增加的擋板可避免物料走短路排出。
該設備在制藥工業(yè)中推廣較快，目前國內(nèi)有幾十個工廠用此設備來干燥各種片劑顆粒藥物、粉粒狀物料以及片狀物料。如果在操作上對各室的風量、氣溫加以調(diào)節(jié)，或?qū)⒛资业臒峥諝舛卫?，或在床?nèi)添加內(nèi)加熱器等，還可提高熱效率。
3 攪拌流化床
為了使某些濕顆粒物料或已凝聚成團的物料亦能采用流化干燥技術，研究人員在加料口附近裝備床內(nèi)攪拌葉片，使呈團狀或塊狀的物料及時打碎，以利于形成流化，這種裝備有攪拌器的流化床稱為攪拌流化床。
其優(yōu)點在于：
（1）適合于濕含量較大、在熱氣流中不易分散的物料或者可能結(jié)塊的物料的干燥；
（2）可以避免溝流、騰涌和死床現(xiàn)象，獲得均勻的流化狀態(tài)，提高熱質(zhì)傳遞強度。
近年來攪拌流化床在制藥工業(yè)上得到了相當廣泛的應用，其常作為制藥過程的后續(xù)工藝的干燥裝置，以簡化設備及工藝，降低成本。
4 振動流化床
隨著多級干燥的發(fā)展，振動流化床得到應用，其基本結(jié)構(gòu)與普通流化床相似，是一種將機械振動加于流化床中的改良產(chǎn)品。物料依靠機械振動和穿孔氣流雙重作用流化，并在振動作用下向前作活塞形式的移動，利用對流、傳導、輻射向料層供給熱量，即可達到干燥的目的。
振動流化床由于物料的輸送是由振動來完成的，供給的熱風只是用來傳熱和傳質(zhì)，因此可以明顯地降低能量消耗。另外，由于床層的強烈振動，傳熱和傳質(zhì)的阻力減小，提高了振動流化床的干燥速率，同時使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順利干燥，克服了普通流化床易產(chǎn)生返混、溝流、粘壁等現(xiàn)象。
5 離心式流化床
離心式流化床是在離心力場中進行流化干燥的一種新型干燥設備，其原理是在機械轉(zhuǎn)動造成的離心力場作用下使粒狀物料分布在絲網(wǎng)覆蓋的圓筒型多孔壁上，熱氣流穿過多孔壁使之流化干燥。由于離心力場的存在離心加速度可以是重力加速度的幾倍到幾十倍，因此與普通重力流化床相比較，強化了濕分在物料內(nèi)部的遷移過程，干燥時間短，傳熱傳質(zhì)速率高，能夠有效地抑制氣泡的生成及物料的夾帶，對于在重力流化床中難以干燥的低密度、熱敏性、易粘結(jié)的固體物料都可以有效地干燥。
6 脈沖流化床
針對一些不易流動的物料及干燥溫度不允許超過50～80 ℃的結(jié)晶藥物，發(fā)展了脈沖式流化床。脈沖流化床改變了傳統(tǒng)流化床的恒定送風為周期性送風，通過調(diào)節(jié)氣流的脈沖頻率或脈沖氣流導通率，使通過孔板的氣體流量或流化區(qū)發(fā)生周期性變化，對物料進行干燥。
其主要結(jié)構(gòu)特點是在干燥濕底部的周圍裝有幾根熱空氣進口管，在每根熱空氣管上裝有脈沖閥，它們按一定的頻率和次序開啟，開啟時間與床層厚度和物料性能有關，當氣體突然引進時，在短時間內(nèi)形成一個脈沖，使粒子劇烈流化，促使物料之間進行強烈的傳熱與傳質(zhì)，當閥門關閉時，床層的流化狀態(tài)逐漸消失，則物料處于靜止狀態(tài)，此時仍通入部分氣體通過床層，以便下一個脈沖能有效地在床中傳遞。
其優(yōu)點在于：傳熱系數(shù)高，干燥時間短，空氣耗量減少，電能耗量低。脈沖流化床能有效克服溝流、死區(qū)和局部過熱等傳統(tǒng)流化床常見的弊端，因而可用于處理黏性強、易結(jié)團和熱敏性物料，如四環(huán)素類的抗生素。
7 惰性粒子流化床
惰性粒子流化床干燥器具有將物料蒸發(fā)、結(jié)晶、干燥和粉碎在同一設備中完成的特點。此干燥器中預先裝有直徑為1～2 mm的玻璃珠，其在熱空氣的作用下呈流化狀態(tài)，物料進入流化床內(nèi)，在玻璃珠相互球磨的作用下，迅速被粉碎、干燥。目前，此類流化床干燥器在制藥工業(yè)中的應用較少。
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