《1 引言》
1 引言
惰性粒子流化床干燥器是一种新发展起来的干燥设备。它与传统流化床干燥器的主要区别在于其内充填一定量的惰性粒子，从而强化了设备的传热与传质性能。惰性粒子流化床干燥技术与传统的流化床干燥技术相比，具有传热系数大、热效率高、操作可靠以及对物料的适应性较强等优点，被广泛应用于食品、印染、化工和日用化工等领域[1~4]。
有关气体分布板开直孔的惰性粒子流化床干燥器，已多有报道[5~8]，但关于液状物料在这类干燥器中的热量和质量传递及流体力学性能的研究目前尚少[9,10]，至于气体分布板开斜孔的干燥器传热性能也未见报道。为此，笔者在前期研究的基础上[11]，以洗衣粉悬浮液为对象，分别针对气体分布板开直孔和开斜孔的惰性粒子流化床干燥器，拟测定干燥器的流体力学特性曲线、体积传热系数曲线和热效率曲线，以考察气体分布板开孔结构对流化床干燥器流体力学和传热性能的影响。
《2 分布板结构与干燥流程》
2 分布板结构与干燥流程
图 1 为情性粒子流化床干燥器，其不锈钢气体分布板分别采用 2 mm 孔径的直孔或斜孔孔道，开孔率为 7.5 %。流化床内部装填球状的玻璃粒子即情性粒子。操作时，这些惰性粒子将在热空气的推动下翻滚呈流态化。实验原料为洗衣粉悬浮液。料液经蠕动泵输送到流化床中，覆盖在惰性粒子的表面，与热空气进行传热和传质。当料液中水分蒸发到一定程度后，由于惰性粒子的互相碰撞，干料将从粒子表面脱落，并由尾气带出流化床，进入布袋收集器。
《图 1》
1一风机；2一毕托管；3一电加热器；4一风量调节阀；5一U管压差计；6一物料槽；
7一蠕动泵；8一布袋；9一干燥器；10一窥镜；11一温度计；12一气体分布板
图 1 惰性粒子流化床干燥器实验流程
Fig.1 Schematic of the experimental fluidized bed drier with inert particles
《3 流体力学性能》
3 流体力学性能
图 2 为惰性粒子流化床干燥器的流体力学特性曲线。可以看出，由于气流阻力增加，不论气体分布板开直孔还是开斜孔，床层压降 
均随着进风速度u的提高而增大。同理，与未添加惰性粒子相比，添加粒子的床层压降有明显的升高；在粒子表面覆盖物料后，床层压降又有小幅度增加。此外，当风速提高时，粒子之间的碰撞将更加剧烈和频繁，即增大了气流阻力。因此，添加粒子后的床层压降曲线和添加物料后的床层压降曲线与孔板压降曲线间的偏离幅度均随着进风速度的增加而加大。
《图 2》
图 2 气体分布板开直孔和开斜孔的流体力学特性
Fig.2 Comparison of hydromechanical property of drier with vertical-hole distributor and tilted-hole distributor
图 2 还表明，不论是未添加惰性粒子还是添加惰性粒子或在粒子表面覆盖物料，气体分布板开斜孔的床层压降都要高于开直孔的床层压降。当床内未添加惰性粒子时，床层压降由分布板阻力所致，虽然开直孔与开斜孔的分布板形状和尺寸相同，但由于斜孔的孔道长度和进出口的形体阻力均大于直孔的，故斜孔分布板的孔板压降要高于直孔分布板。当床内添加有惰性粒子时，由于斜孔孔道较直孔孔道更容易造成床内气流的湍动，其惰性粒子的流化程度也要高于后者，即斜孔孔道的床内阻力损失相对较大。因此，斜孔分布板与直孔分布板相比，惰性粒子添加前后床层压降的增幅更大。同理，当粒子表面覆盖物料后，分布板开斜孔的床层压降增幅也大于开直孔的。
《4 传热性能》
4 传热性能
体积传热系数 Kv 和热效率 
是衡量干燥器传热性能的两个重要指标。其中，体积传热系数是指在单位传热温差下，单位时间内单位体积静床层中传递的热量。热效率 的定义为
式中 Tin 和 Tout 分别为干燥器的进风温度和出风温度（K）；Tair 为周边大气的温度（K）。
如图 3 和图 4 所示，不论气体分布板开直孔还是开斜孔，体积传热系数均随着进料量 V 或进风速度 u 的提高而增大，随着进风温度 Tin 或惰性粒子直径 d i 的提高而减小。在惰性粒子流化床干燥中，若进料量较少，惰性粒子将不能被料液完全覆盖，即粒子的表面利用率低，故体积传热系数不高。因此，在保证床内正常流化的前提下，可适当提高进料量，使得粒子与料液能够充分混合，即增大干燥传热的表面积，提高体积传热系数。另外，由于进风速度可直接影响床内惰性粒子的流化程度，故提高进风速度，体积传热系数亦会增大。在惰性粒子流化床干燥过程，由于水分蒸发所需的热量完全来自热空气的显热，故当进料量和进风速度一定时，盲目提高进风温度，会导致尾气的出风温度升高。但实验中测得气体的进出口温差是增大的，即体积传热系数下降。此外，由于大直径粒子不容易被流化且传热的比表面积较小，故对于多数液状物料的干燥操作，通常不宜选择大直径的惰性粒子，以免降低体积传热系数。
《图 3》
图 3 气体分布板开直孔和开斜孔的体积传热系数与进料量及进风温度的关系
Fig.3 The effects of feed volume and gas temperature of entrance on volumetric heat transfer coefficient of drier with vertical-hole distributor and tilted-hole distributor
《图 4》
图 4 气体分布板开直孔和开斜孔的体积传热系数与进风速度及惰性粒子直径的关系
Fig.4 The effects of gas rate of entrance and diameter of inert particles on volumetric heat transfer coefficient of drier with vertical-hole distributor and tilted-hole distributor
如图 5 所示，气体分布板开直孔和开斜孔时的热效率均随着进料量的提高而增大，随着进风温度的提高而减小。当进料量提高时，料液中所含水分及其蒸发所需的热量将增多。实验中若维持进风温度一定，则可测得气体的进出口温差将增大，故由式（1）可知热效率提高。反之，在进料量一定的情况下，若一味地提高进风温度，则有可能会导致热效率下降。这是由于当进风温度提高时，等量气体所携带的热量增多，而料液中水分及其蒸发所需的热量是一定的，所以气体中未被利用的热量增加，即尾气的出风温度会升高，热效率降低。
《图 5》
图 5 气体分布板开直孔和开斜孔的热效率与进料量及进风温度的关系
Fig.5 The effects of feed volume and gas temperature of entrance on heat efficiency of drier with vertical-hole distributor and tilted-hole distributor
由图 3、图 4 和图 5 还可以看出，在相同的实验条件下，气体分布板开斜孔的体积传热系数和热效率均较开直孔的要大。这主要是因为在斜孔的作用下，气流呈旋转式流动，湍动程度大大增加，情性粒子的运动也更加剧烈，从而强化了对流传热。
《5 结论》
5 结论
1）对于惰性粒子流化床干燥操作，不论气体分布板的孔道是直孔还是斜孔，其床层压降均主要来自惰性粒子的流化阻力，而液状物料对床层压降的影响较小；适当提高进料量和进风速度，或减小惰性粒子直径，将有利于体积传热系数的增大；当进风温度一定时，适当增加进料量，可提高干燥器的热效率；当进料量一定时，不宜追求过高的进风温度，以免导致体积传热系数和热效率下降。
2）在相同的实验条件下，气体分布板开斜孔与开直孔相比，流化床干燥器的床层压降将有所上升，但其体积传热系数和热效率也同时增大，这说明斜孔分布板造成的粒子高速旋转有助于传热性能的提高。
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