污泥流化床干燥技术的基本概念

时间:2023-06-25作者:佚名

(1)流化现象

在一个干燥设备中,将颗粒物料堆放在分布板上,气体由设备下部通入床层,当气流速度增大到某种程度时,固体颗粒在床层内就会出现沸腾状态,这种床层就称为流化床,而采用这种方法完成的干燥过程称为流化床干燥。根据床层的几何尺寸、固体颗粒物料特性以及气流速度等因素的不同,流化可存在三种阶段。

1)第一阶段——固定床

当流体速度较低时,在床层中的固体颗粒虽与流体相接触,但颗粒间的相对位置不发生变化,这时固体颗粒的状态称为固定床。若对流体通过床层的总压力损失ΔP测定,对流体空塔速度v0(v0为体积流量除以空床横截面积)在双对数坐标纸上进行标绘,则ΔP和v0之间的关系如图1所示的AB段那样,ΔP随v0上升,成一倾斜直线的关系。

污泥流化床干燥技术的基本概念

2)第二阶段——流化床

当处于固定床阶段的流体流速继续增加,达到B点并超过B点以后,各固体颗粒之间就会产生位置移动,若流体速度还继续增加,而床层的压力损失保持不变,固体颗粒在床层中就会发生不规则运动,此时床层就处于流态化,即为流化床。固体颗粒运动的剧烈程度随着流体流速的增加而增加,在流速的一定范围内,固体颗粒仍停留在床层内而不被流体所带走。如图2所示它是不定型的,能随着容器的形状而改变,具有液体的流动性。在固体颗粒物料的特性、床层的几何尺寸和流速一定时,则该系统有确定的性质,如密度、导热性、比热容和黏度。而随流速的增大,床层的高度和空隙率也随之增大,但流体通过床层的压力损失ΔP的大小却与床层中固体颗粒的质量保持相当,基本上不随流速的增大而发生变化,这时在床层中能保持一个能见到的固体颗粒界面。

污泥流化床干燥技术的基本概念

污泥流化床干燥技术的基本概念

固体颗粒在床层中开始蠕动,刚刚出现流化的一点(即图2中的B点)称为临界流化点。而B点是ΔP和v0关系的转折点,若再提高流速,其压力损失基本上保持一定值ΔPmf,直到C点。

若从流化状态开始降低流体流速,直到D点,床层就会转变为固定床。D点和B点的差别甚小,这是由于经过流态化后,固体颗粒重新排列而较为疏松。若继续降低流体流速,则遵循DE线的关系而变化。故通常把对应于D点的流速称为临界流速vmf。从工程上应用方便起见,可认为D点同B点是重合的。而DC是相当宽的流速范围,在这一范围内,固体颗粒在床层总是保持着流化状态,当然,流体与固体颗粒运动的剧烈程度是随流速的大小而不同。流化床与固定床阶段相比,床层明显地膨胀。常以空隙率ε表示床层膨胀程度。

3)第三阶段——气流输送

在流化床内,若流速超过了图2中的C点,即流体流速大于固体颗粒的沉降速度v,此时固体颗粒就会被气流带出容器,而不能继续停留在容器内,这就是第三阶段——气流输送。从分布板上方直到流体出口处,整个容器充满着固体颗粒,它们相互间的碰撞和摩擦较小,而是以一个向上的净速度运动。床层也失去了界面,而床层的迅速下降,ε增大,床层内的固体颗粒密度降低,此状态也称为稀相流化床。

(2)散式流态化和聚式流态化

1)散式流态化

较理想的流态化表现为固体颗粒在床层内均匀分散、平稳沸腾。此类流态化在液-固系统中常见,在气-固系统中,当流速超过临界流速vmf或接近沉降速度vt时,同样也会出现散式流态化。图2为散式流化床。

2)聚式流态化

固体颗粒不以单个的形式出现,而以颗粒团形式出现,识别不出颗粒的平均自由行程,此为聚式流化床。这时流体常以气泡的形式通过床层并上升,气泡在上升过程中慢慢长大、合并或有少数破裂现象,最后到达床层界面时会发生破裂,床层压力损失波动,从外观上看床层好像沸腾的液体。当在气泡中夹带有少量固体颗粒时,称为气泡相,气泡相中平均含有0.2%~1%的固体颗粒。而当气泡周围存在大量固体颗粒时,则称为乳化相。

气泡相和乳化相组成不均匀的聚式流化床(图3)。一般,固体颗粒和流体密度相差较大的流化系统多趋于聚式流态化;反之,固体颗粒和流体密度相差较小的流化系统多趋于散式流态化。在流化床干燥机中,由于干燥介质的流体密度较小(如热空气、烟道气、惰性气体),其固体颗粒密度和流体密度相差较大,故在流化床干燥中所遇到的流化状态大都是聚式流态化。

污泥流化床干燥技术的基本概念

(3)聚式流化床中常见的几种不正常现象

1)沟流

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