CN112304031A - 一种用于大颗粒物料快速干燥的旋流流化床干燥器 - Google Patents
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Abstract
一种用于大颗粒物料快速干燥的旋流流化床干燥器,它涉及一种颗粒干燥的流化床反应器。本发明为了解决现有流化床干燥技术存在对D类颗粒难以流化,干燥效果差,壁面和颗粒磨损严重的问题。本发明包括气流发生装置,旋流流化床以及除尘装置。旋流流化床中的旋转气流由切向气流分配器、环形叶片式布风板以及开有一定数量斜槽的中心体三部分结构形成,气流发生装置通过三条独立控制的相同管路向旋流流化床布风板,中心体以及切向气流分配器供风。流化床内颗粒流化所需风量主要通过环形布风板提供,中心体以及切向气流分配器用以辅助流化。发明用于大颗粒物料快速干燥。
Description
技术领域
本发明涉及一种颗粒物料干燥器,具体涉及一种用于大颗粒物料快速干燥的旋流流化床干燥器,属于颗粒物料干燥领域。
背景技术
流化床干燥器因其传质传热速率高,床层均匀、可控性强,结构紧凑,成本较低,便于操作等优点,被广泛用于化工、食品、陶瓷、药物、聚合物等行业。颗粒的流化品质决定了其干燥效率的好坏,研究表明,颗粒性质会对流化特性产生重要影响,Geldart根据颗粒的密度和直径将颗粒分为4类,而对于在干燥领域较为常见的D类颗粒,由于其较大的粒径,在难以流化的同时也不能稳定流化。常规流化床在其流化过程会出现腾涌,沟流等问题,使流化床传热传质效率降低,从而影响干燥过程的有效进行。
旋流流化床通过在床内形成强烈的气固旋流有效增强了流化气体与颗粒的混合接触,而气固混合接触的好坏对流化床传热传质效率的提高至关重要。根据其结构特征可分为固定与旋转两类,在带有旋转结构的流化床中,流化气体通过旋转的布风板进入床层。在固定的流化床中,旋流通过特殊设计的布风板实现。旋流流化床可通过引入颗粒的切向运动,增强了颗粒的横向混合行为,提高颗粒的循环效率,使传热传质过程得到强化,具有破碎气泡和颗粒适用范围广等优点,可以有效应用于D类颗粒的快速干燥过程。
目前常见的旋流流化床中,旋流多通过由若干沿径向倾斜布置的扇形叶片组成的叶片式布风板或者倾斜冲孔的槽孔式布风板实现,同时在床内有一锥形中心体结构,用以预防中心位置可能存在的死区。Mohideen M F , Sreenivasan B , Sulaiman S A , etal. Heat transfer in a swirling fluidized bed with geldart type-D particles[J]. The Korean journal of chemical engineering,在2012年提出了一种在浅床层模式下传热性能较好的旋流流化床,然而,该旋流流化床仍然存在一定的问题:(1)低速下运行时,中心体附近的颗粒难以流化,旋流效果差;(2)高速下运行时,颗粒会在离心力作用下向壁面移动,壁面磨损严重;(3)颗粒径向循环效率差,壁面附近颗粒会发生持续磨损。
综上所述,现有流化床干燥技术存在对大颗粒物料如D类颗粒难以正常流化,且干燥速率较低,而旋流流化床中中心处颗粒旋流效果差,壁面处颗粒持续磨损和反应器磨损严重的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有流化床干燥技术存在对大颗粒难以流化,干燥效果差,而旋流流化床壁面和颗粒磨损严重的问题。进而提供一种用于大颗粒物料快速干燥的旋流流化床干燥器。
本发明的技术方案是:一种用于大颗粒物料快速干燥的旋流流化床干燥器,主要由气流发生装置,旋流流化床以及除尘装置组成;气流发生装置包括空气过滤器1,风机2,加热器3,球形阀4,转子流量计5;旋流流化床包括切向气流分配器6,外风室7,流化床8,布风板9,中心体10,内风室组成11,除尘装置包括旋风分离器12,袋式除尘器13;
进一步地,由过滤器1过滤的空气经过风机2送入加热器3中加热,然后经过三条独立控制的相同管路向旋流流化床布风板9、中心体10以及切向气流分配器6供风,通过球形阀4与转子流量计5控制每条管路的风量大小。干燥后的热风经由旋风分离器12与袋式除尘器13两级除尘装置后排出。
进一步地,旋流流化床的旋转气流主要由切向气流分配器6、布风板9以及中心体10三部分结构形成,气流沿顺时针方向旋转。
进一步地,切向气流分配器6主要由环形管路14与切向管路15组成,进入到外侧环形管路的气流通过四条与流化床壁面成一定角度的管路形成沿顺时针方向的切向气流向流化床供风,管路均位于同一平面且与水平面平行,其高度略低于中心体,气流方向与壁面夹角为30°,在进口处铺设席网防止物料进入管路。
进一步地,布风板9为环形倾斜叶片式布风板,由30个围绕中心体倾斜布置的扇形叶片组成,每个扇形叶片外径与内径比为1.5,对应的圆心角为24°,与水平面成12°角沿顺时针方向布置,另外,每个扇形叶片对应的圆心不与环形布风板的圆心重合,其径向与环形布风板径向夹角为12°,气流通过布风板形成带有一定径向分量的切向气流,运行时在环形布风板上方铺设席网防止颗粒掉落。
进一步地,中心体10为一中空圆锥结构,锥面上开有若干斜槽,用以向流化床布风。锥体高度与直径比为0.5,锥面上共有18个围绕轴线均匀排列的斜槽,其布置方向与母线相同,所占直径范围为0.25~0.75。开槽沿顺时针方向并与锥面相切,气流通过中心体形成切向气流,另外,应在中空圆锥内部铺设席网。
进一步地,风室由内风室7和外风室11组成,外风室直径与流化床相同,为柱状结构,气流由水平方向进入。内风室为一倒置锥形结构,直径与中心体直径相同,气流由竖直方向进入。
进一步地,用以物料干燥的旋流流化床应在浅层床模式下运行,床料高度与直径比小于0.5,优选0.4。
进一步地,适用颗粒为D类颗粒,粒径范围为1.5mm~3.5mm,优选2.5mm;运行表观气速范围为2.5m/s~3.2m/s,优选3.0m/s。
进一步地,流化床供风主要通过环形布风板完成,中心体以及切向气流入口用以辅助流化。在上述优选条件的运行工况下,推荐环形布风板、气相气流入口和中心体三者风量比为50:5:1。
本发明与现有技术相比具有以下效果:
1、本发明的旋流流化床中的旋转气流由切向气流分配器、环形叶片式布风板以及开有一定数量斜槽的中心体三部分结构形成,气流发生装置通过三条独立控制的相同管路向旋流流化床布风板,中心体以及切向气流入口供风。流化床内颗粒流化所需风量主要通过环形布风板提供,中心体以及切向气流入口用以辅助流化。
2、使用倾斜叶片式布风板形成旋流,无需旋转相关的机械结构,节约能量的同时也使流化床结构大大简化,另外,叶片式开孔率较高,布风板上压降较小,能量损失小。
3、使用高度与直径比较小的中心体,在降低旋流流化床壁面磨损的同时,提升了床内颗粒的混合效率,增强传热传质,加快干燥。
4、使用相互独立的管路对环形布风板、气相气流入口和中心体供风,增强了装置的可调节性和气流的操作范围,从而有效提高了床层高度运行范围和颗粒适用范围。
5、采用内外风室的设计使气流从两个方向进入风室,锥形段的内风室增强了布风的均匀性,且内风室的存在使外风室气流更加均匀。
6、扇形叶片径向与环形布风板径向成12°放置,削弱了气流流经扇形叶片气隙产生的径向分量,在一定程度上阻止了颗粒在离心力作用下的移动,降低壁面磨损。
7、使用切向气流分配器辅助流化,在促进颗粒切向运动的同时,引入径向分量,促进颗粒径向循环,降低壁面处颗粒的磨损。
8、采用在中心体上开槽的设计,有效促进了中心体附近颗粒的流化,加速了颗粒的干燥,且促进了颗粒的径向循环。
综上所述,本发明可实现大颗粒物料良好流化,提升大颗粒物料的干燥速率,降低布风板压降,有效促进颗粒径向循环,防止壁面处颗粒持续磨损,同时有效降低了反应器磨损。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
1 空气过滤器,2 风机,3 加热器,4 球形阀,5 转子流量计,6 切向气流分配器,7 外风室,8 流化床,9 布风板,10 中心体,11 内风室,12 旋风分离器,13 袋式除尘器
图2为切向气流分配器的俯视图;
14 环形管路,15 切向管路,16 流化床壁面
图3为环形布风板示意图;
图4为中心体示意图;
图5为旋流流化床内颗粒速度矢量图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1说明本实施方式,本实施方式的一种用于大颗粒物料快速干燥的旋流流化床干燥器,包括气流发生装置,旋流流化床以及除尘装置;气流发生装置包括空气过滤器1,风机2,加热器3,球形阀4,转子流量计5;旋流流化床包括切向气流分配器6,外风室7,流化床8,布风板9,中心体10,内风室组成11,除尘装置包括旋风分离器12,袋式除尘器13;由过滤器1过滤的空气经过风机2送入加热器3中加热,然后经过三条独立控制的相同管路向旋流流化床布风板9、中心体10以及切向气流分配器6供风,通过球形阀4与转子流量计5控制每条管路的风量大小。干燥后的热风经由旋风分离器12与袋式除尘器13两级除尘装置后排出。
旋流流化床中的旋转气流由切向气流分配器、环形叶片式布风板以及开有一定数量斜槽的中心体三部分结构形成,气流发生装置通过三条独立控制的相同管路向旋流流化床布风板,中心体以及切向气流入口供风。流化床内颗粒流化所需风量主要通过环形布风板提供,中心体以及切向气流入口用以辅助流化,旋流流化床内气固旋流的存在可实现大颗粒物料的良好流化,提升大颗粒物料的干燥速率,同时叶片式布风板有效降低布风板压降。中心体以及壁面处旋流的引入有效促进了颗粒径向循环,防止壁面处颗粒持续磨损,同时有效降低了反应器磨损。
具体实施方式二:结合图1说明本实施方式,本实施方式的气流发生装置包括三条独立控制的相同管路,分别用于旋流流化床布风板,中心体以及切向气流入口的独立供风。如此设置,可保证对环形布风板、气相气流入口和中心体的供风管路相互独立,增强了装置的可调节性和气流的操作范围,从而有效提高了床层高度运行范围和颗粒适用范围。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:结合图2说明本实施方式,本实施方式的旋流流化床,其特征在于,所述旋流流化床的旋转气流主要由切向气流分配器、布风板以及中心体三部分结构形成,气流沿顺时针方向旋转。如此设置,可在保证旋流流化床内气固旋流强度的基础上,引入颗粒的径向循环,促进中心体附近颗粒的旋流运动,防止壁面处颗粒持续磨损,同时有效降低反应器磨损。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:结合图3说明本实施方式,本实施方式的布风板为环形倾斜叶片式布风板,由若干围绕中心体倾斜布置的扇形叶片组成,每个扇形叶片对应的圆心不与环形布风板的圆心重合,气流通过布风板形成带有一定径向分量的切向气流。如此设置,在无需旋转相关的机械结构的情况下形成旋流,节约能量的同时也使流化床结构大大简化,另外,叶片式开孔率较高,布风板上压降较小,能量损失小。其它组成和连接关系与具体实施方式一至三中任意一项相同。
具体实施方式五:结合图4说明本实施方式,本实施方式的中心体为中空圆锥结构,锥面上开有若干斜槽,用以向流化床布风。锥体高度与直径比较小,斜槽布置方向与母线相同,开槽沿顺时针方向并与锥面相切,气流通过中心体形成切向气流。如此设置,提升了中心体附近颗粒的旋流效果,增强传热传质,加快干燥。且有利于颗粒的径向循环。其它组成和连接关系与具体实施方式一至四中任意一项相同。
具体实施方式六:结合图1说明本实施方式,本实施方式的流流化床还包括内风室和外风室结构,外风室直径与流化床相同,为柱状结构,气流由水平方向进入。内风室为一倒置锥形结构,直径与中心体直径相同,气流由竖直方向进入。如此设置,使气流从两个方向进入风室,便于组织管路,且锥形段的内风室增强了布风的均匀性,而内风室的存在使外风室气流更加均匀。其它组成和连接关系与具体实施方式一至五中任意一项相同。
具体实施方式七:结合图1说明本实施方式,本实施方式的用以物料干燥的旋流流化床应在浅层床模式下运行,床料高度与直径比小于0.5,优选0.4。如此设置,可使旋流流化床在稳定旋流模式下运行,保证旋流流化床内气固旋流强度,使其具有较高的传热传质系数。其它组成和连接关系与具体实施方式一至六中任意一项相同。
具体实施方式八:结合图1说明本实施方式,本实施方式的适用颗粒为D类颗粒,粒径范围为1.5mm~3.5mm,优选2.5mm。如此设置,可保证旋流流化床内颗粒的流化质量,确保旋流流化床干燥器在较高的干燥速率下运行。其它组成和连接关系与具体实施方式一至七中任意一项相同。
具体实施方式九:结合图1说明本实施方式,本实施方式的运行表观气速范围为2.5m/s~3.2m/s,优选3.0m/s。如此设置,可保证旋流流化床内颗粒全部进入流化状态,且不会因表观气速过高发生离心贴壁现象,防止不良流化现象的产生。其它组成和连接关系与具体实施方式一至八中任意一项相同。
具体实施方式十:结合图1说明本实施方式,本实施方式的流化床供风主要通过环形布风板完成,中心体以及切向气流入口用以辅助流化,环形布风板、气相气流入口和中心体三者风量比为50:5:1。如此设置,可保证旋流床的运行模式不发生变化,其颗粒的旋流运动不被打乱,传热传质效率得到保证,同时有径向循环的存在,防止壁面处颗粒持续被磨损,且有效降低反应器的磨损。其它组成和连接关系与具体实施方式一至九中任意一项相同。
Claims (11)
1.一种用于大颗粒物料快速干燥的旋流流化床干燥器,其特征在于:它包括气流发生装置,旋流流化床以及除尘装置;
气流发生装置包括空气过滤器1,风机2,加热器3,球形阀4,转子流量计5;旋流流化床包括切向气流分配器6,外风室7,流化床8,布风板9,中心体10,内风室11组成,除尘装置包括旋风分离器12,袋式除尘器13;
由过滤器1过滤的空气经过风机2送入加热器3中加热,然后经过三条独立控制的相同管路向旋流流化床布风板9、中心体10以及切向气流分配器6供风,通过球形阀4与转子流量计5控制每条管路的风量大小,热风经由旋风分离器12与袋式除尘器13两级除尘装置后排出。
2.根据权利要求1所述的气流发生装置,其特征在于,所述气流发生装置包括三条独立控制的相同管路,分别用于旋流流化床布风板9,中心体10以及切向气流分配器6的独立供风。
3.根据权利要求1所述的旋流流化床干燥器,其特征在于,所述旋流流化床的旋转气流主要由切向气流分配器6、布风板9以及中心体10三部分结构形成,气流沿顺时针方向旋转。
4.根据权利要求3所述的旋流流化床干燥器,其特征在于,所述切向气流分配器主要由环形管路14与切向管路15组成,进入到外侧环形管路的气流通过四条与流化床壁面成一定角度的管路形成沿顺时针方向的切向气流向流化床供风。
5.根据权利要求3所述的旋流流化床干燥器,其特征在于,所述布风板为环形倾斜叶片式布风板,由若干围绕中心体倾斜布置的扇形叶片组成,每个扇形叶片对应的圆心不与环形布风板的圆心重合,气流通过布风板形成带有一定径向分量的切向气流。
6.根据权利要求3所述的旋流流化床干燥器,其特征在于,所述中心体为中空圆锥结构,锥面上开有若干斜槽,用以向流化床布风;锥体高度与直径比较小,斜槽布置方向与母线相同,开槽沿顺时针方向并与锥面相切,气流通过中心体形成切向气流。
7.根据权利要求3所述的旋流流化床干燥器,其特征在于,所述旋流流化床还包括内风室7和外风室11结构,外风室直径与流化床相同,为柱状结构;气流由水平方向进入,在外风室中心处设有内风室,为一倒置锥形结构,直径与中心体直径相同,气流由竖直方向进入。
8.根据权利要求7所述的旋流流化床干燥器,其特征在于,用以物料干燥的旋流流化床应在浅层床模式下运行,床料高度与直径比小于0.5,优选0.4。
9.根据权利要求8所述的旋流流化床干燥器,其特征在于,适用颗粒为D类颗粒,粒径范围为1.5mm~3.5mm,优选2.5mm。
10.根据权利要求9所述的旋流流化床干燥器,其特征在于,运行表观气速范围为2.5m/s~3.2m/s,优选3.0m/s。
11.根据权利要求10所述的旋流流化床干燥器,其特征在于,流化床供风主要通过环形布风板完成,中心体以及切向气流分配器用以辅助流化,环形布风板、切向气流入口和中心体三者风量比为50:5:1。
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