污泥流化床干燥技术的基本概念

（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。

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。

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。

（3）聚式流化床中常见的几种不正常现象

1）沟流