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噴動(dòng)流化床造粒實(shí)驗(yàn)研究

信息來源： | 發(fā)布日期： 2006-06-02 17:58:27 | 瀏覽量：1914

關(guān)鍵詞：噴動(dòng)流化床造粒實(shí)驗(yàn)研究

               葉京生   劉玲   宋繼田
          （天津科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院天津 300222）
    摘要：噴動(dòng)流化床用于粉體造粒，是一種新型造粒方法。與其它幾種造粒方法相比，具有設(shè)備投資小、能耗低、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。作者經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氣流霧化器安裝于底部，或者側(cè)部以及二者結(jié)合，對(duì)不同的物料進(jìn)行造粒實(shí)驗(yàn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種粉體的造粒和包衣。氣流霧化噴嘴是噴動(dòng)流化造粒裝置的主要部件。因此，本文對(duì)氣流霧化噴嘴作了一些實(shí)驗(yàn)研究，以供參考。
    關(guān)鍵字：噴動(dòng)流化造粒；底部、側(cè)部霧化；氣流霧化噴嘴

                Experimental study on granulation in spouted fluidized bed
                   YE Jing-sheng, LIU Ling, SONG Ji-tian
         (College of Mechanical Engineering , Tianjin University of Science & Technology, Tianjin 300222, China)
    Abstract: Spouted fluidized bed is a novel powder granulator. Compared with the other equipment, it has the advantages of lower investment, energy efficiency, and simple structure. The experiments showed that the two-fluid nozzle can be mounted at the bottom or the lateral wall of the bed for powder granulation or coating. In addition, investigation on the nozzle was taken in this article because it is a key part in spouted fluidized granulator.
    Key words: spouted fluidized granulation, bottom and lateral atomization, two-fluid nozzle
1 前言
    造粒過程即將各類粉狀、塊狀、溶液或熔融狀原料制成具有一定形狀和強(qiáng)度的固體顆粒[1-3]。通過改變物料群體的物理性質(zhì)，達(dá)到美化外觀，減少粉塵污染，提高加工工藝性能，增強(qiáng)效用等目的。從工藝上說，根據(jù)原始微細(xì)顆粒團(tuán)聚方式的不同可分為壓力造粒，滾動(dòng)造粒，噴霧造粒，熱融造粒，流化造粒。
    壓力造粒法是將粉末限定在一定空間中通過施加外力而壓緊為密實(shí)狀態(tài)?？煞譃閮纱箢?，一類是模壓造粒法，物料裝在封閉模槽中，通過往復(fù)運(yùn)動(dòng)的沖頭進(jìn)行模塑。另一類是擠壓造粒法，在擠壓造粒過程中，物料承受一定的剪切和混合作用，在螺旋或輥?zhàn)拥耐苿?dòng)下，通過一開口?；蜾J孔而固結(jié)成型。
    滾動(dòng)造粒是粘結(jié)劑滲入固態(tài)細(xì)粉末，形成微核。團(tuán)聚的微核經(jīng)過多次滾動(dòng)，^后成為一定大小的球形顆粒。滾動(dòng)造粒設(shè)備常見的有成球盤和攪拌混和造粒機(jī)。
    噴霧造粒是借助于蒸發(fā)直接從溶液或漿體制取細(xì)小顆粒的方法。漿料被霧化器霧化，水分被熱空氣蒸發(fā)后，液滴內(nèi)固相物聚集成干燥的微粒。
    熱造粒法是通過熱量傳遞將小顆粒形成較大的實(shí)體的造粒方法。熱法團(tuán)聚過程中可能起作用的團(tuán)聚機(jī)理包括濃泥漿或濕細(xì)物料的干燥、熔融、高溫化學(xué)反應(yīng)、熔融物或濃泥漿冷卻固化或結(jié)晶。根據(jù)熱傳遞的方式不同可將熱法造粒分為燒結(jié)、熱硬化、造球、以及干燥固化等處理方法。
    流化造粒是利用熱空氣將物料流化，再把霧化后的粘結(jié)劑噴入床層中，粉料經(jīng)過沸騰翻滾逐漸形成較大顆粒。流化造粒技術(shù)作為一種新的造粒技術(shù)，正在食品、醫(yī)藥、化工、種子處理、肥料生產(chǎn)等行業(yè)中得到普及推廣。
    噴動(dòng)流化床造粒過程是流化造粒與滾動(dòng)造粒相結(jié)合的一種新型造粒方法。粘結(jié)劑由噴嘴噴入床中，粉料在噴動(dòng)流化床中翻滾長大，^終形成顆粒。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，設(shè)備投資小等諸多優(yōu)點(diǎn)。噴嘴的結(jié)構(gòu)是噴動(dòng)流化床造粒裝置的核心部件，選用合理的噴嘴結(jié)構(gòu)對(duì)霧化效果的提高具有重要意義。
2 噴動(dòng)流化床造粒機(jī)理
    粉料在流化氣的作用下產(chǎn)生流態(tài)化，噴動(dòng)氣將粘結(jié)劑霧化由底部中心孔噴入，粉料表面沉積一薄層粘結(jié)劑，以氣－液－固三相的界面能作為原動(dòng)力團(tuán)聚成微核。在流化氣和噴動(dòng)氣的共同作用下攪拌、混和，微核通過聚并、包層逐漸形成較大的顆粒。
    噴動(dòng)流化床是在原始流化床的基礎(chǔ)上改型得到的，結(jié)合了流化床及標(biāo)準(zhǔn)噴動(dòng)床的優(yōu)點(diǎn), 克服流化床容易起泡的缺點(diǎn)，增強(qiáng)了氣固接觸和混合，具有較高的傳熱、傳質(zhì)速率，更加適用于大顆粒的生產(chǎn)。整個(gè)造粒系統(tǒng)集混和、捏合、造粒、干燥等工序于一體，系統(tǒng)密閉，操作安全、無粉塵污染。
    采用噴動(dòng)流化床造粒，根據(jù)不同粉料特性及成品顆粒要求，可采用底部霧化或者側(cè)部霧化。
3 實(shí)驗(yàn)裝置流程
3.1 底部霧化實(shí)驗(yàn)流程
    底部霧化造粒實(shí)驗(yàn)流程如圖1 所示[4]。噴嘴霧化氣由空氣壓縮機(jī)1提供，經(jīng)氣流霧化噴嘴3將粘結(jié)劑2霧化后進(jìn)入噴動(dòng)流化床主體4底部；空氣經(jīng)風(fēng)機(jī)5，使流化床中粉料產(chǎn)生流態(tài)化；在流化氣和噴動(dòng)氣的共同作用下粉料逐漸形成較大的顆粒，通過出料口卸料。

3.2 側(cè)部霧化實(shí)驗(yàn)流程
    側(cè)部霧化造粒實(shí)驗(yàn)流程如圖2 所示。霧化氣體由噴動(dòng)流化床主體側(cè)部旋流噴入，操作過程與底部霧化造粒實(shí)驗(yàn)流程基本相同。
4 氣流霧化器－噴嘴
    噴動(dòng)流化床造粒裝置中能否將粘結(jié)劑均勻霧化成細(xì)小液滴，提供良好相間接觸面積，氣流霧化是重要的單元操作。氣流霧化噴嘴結(jié)構(gòu)如圖3所示。

    噴嘴主要設(shè)計(jì)參數(shù)依據(jù)如下：
   （1）空氣噴射壓力。噴射壓力越大，噴霧錐角越大，反之相反。實(shí)驗(yàn)觀察到，隨著實(shí)驗(yàn)壓力的增加，噴霧的液核越細(xì)小，粘結(jié)劑的霧化效果越好，一般取0.2～0.5MPa。
   （2）噴嘴噴孔直徑（d）。當(dāng)空氣壓力一定時(shí)，噴孔直徑越小，霧化形成的微粒子粒徑越小，噴霧的液核就越細(xì)。一般取1～2 mm。
   （3）噴嘴的噴孔長徑比（L/d）。L/d =2時(shí)，霧化效果較好。從實(shí)驗(yàn)觀察可見，隨L/d變小，霧化效果更好。
    （4）噴嘴的入口角度（α）。=60，可觀察到煙霧狀細(xì)霧，液核區(qū)霧滴較細(xì)。
    （5）噴嘴的出口擴(kuò)散角（β）。如果出口擴(kuò)散角過小，在噴射過程中將產(chǎn)生一定的附壁現(xiàn)象（噴嘴出口容易堵塞），對(duì)噴射有一定的擾動(dòng)，因而射流的不穩(wěn)定性增加，操作困難。
5 小結(jié)
    本文研制的氣流霧化噴嘴，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、零部件少，經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。已在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用，效果良好?？捎糜趪妱?dòng)流化床造粒裝置中，為噴動(dòng)流化造粒裝置的推廣應(yīng)用發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)
[1] 盧壽慈. 粉體加工技術(shù). 北京：^輕工業(yè)出版社，1999
[2] C. E. CAPES著. 錢樹德，顧芳珍譯. 造粒技術(shù)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1992
[3] 李建平，李承政，王天勇等. 我國粉體造粒技術(shù)的現(xiàn)狀與展望，化工機(jī)械，2001，28 (5)：295-300
[4] 魯林平，葉京生. 射流噴動(dòng)流化床實(shí)驗(yàn)研究. 第九屆全國干燥會(huì)議論文集. 2003，254-257

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