一、振動流化床干燥機概述
圖1是zlg振動流化床干燥系統(tǒng)示意圖。zlg是干燥系統(tǒng)的主體設備, 主要由以下幾部分組成: 1、進出風機構，包括進風口、進風室及氣體預分布器、氣體分布板及出風口)；2、床體，包括上下箱體及之間軟連接, 兩端進出料口；3、振動機構，包括振動電機、減振器、機架等，見圖2。
zlg型振動流化床干燥機的干燥原理與xf型臥式流化床干燥機相似, 處于流化狀態(tài)的物料與熱空氣(或其他干燥介質) 進行充分的熱量和質量傳遞, 并逐漸被干燥。其區(qū)別在于振動流化床干燥機由安裝在主機兩側的振動電機提供激振力, 并通過調(diào)整振動電機的安裝角度和偏心塊的偏心距離,以可方便地改變垂直方向的振動幅度和水平方向的運料速度, 振動頻率根據(jù)需要可配置定速交流電機或變頻調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)。
1、工作原理
振動流化床干燥機就是將機械振動施加于流化床上，物料因受機械振動和穿過床孔的高速氣流雙重作用而充分流化，并在振動作用下向前作活塞形式的移動，熱介質利用對流、傳導、輻射等方式向料層供熱，^終達到物料干燥目的。由于物料輸送是由振動來完成，供給的熱風只是用來傳熱和傳質，因此可以明顯降低能量消耗。由于床層強烈振動，傳熱和傳質阻力減小，提高了流化床的干燥速率；同時，不易流化或流化時易產(chǎn)生大量夾帶的塊團性或高分散物料也能得到順利干燥，克服了普通流化床干燥容易產(chǎn)生返混、溝流、粘壁等現(xiàn)象。
2、設備特點
振動流化床干燥機在主機兩側安裝有振動電機以提供激振力，由于振動電機的安裝角度及振動電機上偏心塊之間的距離可以調(diào)節(jié), 從而可以調(diào)整機器運行時的振動幅度和物料運行速度，控制物料停留時間。與普通流化床干燥機相比, 具有如下優(yōu)點:
（1）降低了流化速度, 從而大大降低能耗, 與普通流化床相比, 可節(jié)能30% 以上。
（2）顆粒表面損傷小, 可用于易碎物料的干燥。
（3）可調(diào)性好, 適用面寬。料層厚度、物料移動速度及振幅等均可調(diào)節(jié)，適合要求晶形完整、晶體光亮、粒徑分布較寬場合的物料干燥, 如癸二酸、檸檬酸、硫脲等, 也適合易粘結成塊的物料如硝銨、白炭系列、pzg系列、lzg系列、wzg系列、zw系列的干燥。
振槽面積可從0. 84～ 23. 6㎡, 振動頻率一般為16. 67hz,也有25hz、50hz，工作頻率差為±0. 3hz。振幅有0～ 3. 2mm、0～ 5mm、1. 4～ 3. 2mm (可調(diào)) , 激振角為0～ 90°(可調(diào))。
(4) 流態(tài)化均勻穩(wěn)定，可獲得干燥均勻的產(chǎn)品。
3、研發(fā)應用
振動流化床干燥機，因其優(yōu)異的性能，目前已廣泛應用于國民經(jīng)濟各行各業(yè)。自六十年代以來，原蘇聯(lián)學者發(fā)表了對振動流化床干燥機的報告，此后，東歐、加拿大等國學者做了大量探索。國內(nèi)振動流化床干燥機的理論研究于1986年上海召開的二次干燥技術交流會開始，才陸續(xù)有了振動流化床干燥機研究的論文發(fā)表。隨后，許多單位建立起了初具規(guī)模的小型或已接近工業(yè)振動流化床的實驗裝置，對該技術各個方面展開了系統(tǒng)的研究和探討。鐵嶺精工（集團）股份有限公司^與1983年建起了我國套用于實驗目的的小型工業(yè)試驗裝置，并隨后開發(fā)了系列工業(yè)用振動流化床干燥機。多所高等院校及科研單位，如天津輕工業(yè)學院、上海化工研究院、中國農(nóng)業(yè)大學等也分別安裝了形式各異的的試驗裝置，對振動流化床的各種參數(shù)及其干燥速率的影響進行了實驗研究，并開發(fā)了各具特色的工業(yè)振動流化床干燥機。
振動流化床的研究在流體力學、傳熱、傳質方面已有大量報導，但對機械結構、剛度和強度方面的研究仍不充分，此外對該機種的模擬放大問題仍主要根據(jù)經(jīng)驗，理論研究較滯后。
振動流化床作為一種成功的改型流化床，并在近30年的時間里獲得了突飛猛進的發(fā)展。國外好多國家相繼將其應用于工業(yè)生產(chǎn)，國內(nèi)也有好多企業(yè)將其應用在制糖和乳品干燥上。到了80年代，我國的振動流化床的生產(chǎn)與應用進入了高速發(fā)展階段，相繼出現(xiàn)了一些專業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)振動流化床的工廠。從1982年開始至今，平均每年向社會推出200臺這種干燥機，應用的行業(yè)也由開始時制藥、乳品等行業(yè)發(fā)展到輕工、化工、飲料、食品、礦冶、飼料、化肥、種子等行業(yè)。
4、設備分類
振動流化床可以分為直線型振動流化床、螺旋形振動流化床以及曲柄搖桿式振動流化床等。
二、振動流化床干燥機熱工計算方法
振動流化床干燥機的設計與熱工計算中，一般須首先確定一些基本參數(shù)，如物料密度rs，熱風入口溫度tg1及排氣溫度tg2、操作氣速u0、干燥時間td、物料溫度tm、料層初始高度h0以及其他振動參數(shù)等，下面是其主要熱工計算方法。
1、物料中應去除濕分的總量w
以g1表示物料處理量(kg/h)；g2表示產(chǎn)量（kg/h）；干燥過程中始終不變的絕干物料產(chǎn)量為gd（kg/h）；則他們的關系為：
gd=g1(1－w1)=g2（1－w2） (2.1)
w=gd(x1-x2) (2.2)
式中，w1為濕料含水量（%），w2為產(chǎn)品含水量（%）；x為干基含水量(kg/kg)；w為干燥過程蒸發(fā)的水分(㎏/h)。
2、干燥需要的熱量q
設物料自tm1預熱至空氣濕球溫度tw需熱量q1；在tw時蒸發(fā)水分需熱量q2（假設全部水分均在tw是蒸發(fā)）；物料由tw升至溫度tm2需要熱量q3，
則有q=q1+q2+q3,其中
q1=gd(cs+cwx1) (tw–tm1) (2.3)
q2=wgw (2.4)
q3= gd(cs+cwx2)(tm2- tw)(2.5)
式子中，cs為干燥物料的比熱容，kj/(kg℃)；cw為水的比熱容，kj/(kg℃)；tm2為排料溫度，℃； gw為水在tw時的蒸發(fā)潛熱，kj/kg；x1為原料濕含量，（干基）kg/kg；x2為產(chǎn)品濕含量，（干基）kg/kg。
3、需要空氣量gg和體積vg
gg=1.15q/cg(tg1-tg2)(熱損15%) (2.6)
vg= gg/rg (2.7)
式子中，tg1、tg2進氣、排氣溫度，℃；cg為空氣比熱容，kj/(kg℃)；rg為空氣密度，kg/m3（此處按進氣溫度計）
4、由熱平衡確定的床層面積s
s=vg/3600u0 (2.8)
式子中，u0為空床氣速，m/s。
5、由產(chǎn)量要求和干燥時間確定床層面積
用式s=vg/3600u0計算確定床層面積時，沒有考慮物料在傳熱傳質方面的差異，因而,還應通過試驗找到必須的干燥時間td，依照規(guī)定產(chǎn)量要求來確定床層面積。
設單位時間的干燥處理量為gm、床層初始高為h0、物料堆密度為rm 、運動速度為us、床寬為b，長為l,則有
us=gm/bh0rm3600 (2.9）
l=ustd (2.10）
s=lb= gmtd/3600h0rm (2.11)
td是在振動流化床工況下實驗得出的，它表達了物料在一定條件下的傳熱傳質規(guī)律，但這些數(shù)據(jù)會在工業(yè)應用中有很大的實際差距，一般應比較兩種方法計算的面積，取其大者作為^終結果。不過，當用td和產(chǎn)量計算的面積小時，須對熱平衡計算的條件予以修正，否則，提供給干燥機的熱量可能不足。
6、排氣濕度計算
設進氣濕度為y1，排氣濕度為y2，則有
y2=y1+w/gg (2.12)
再由t-x圖上查出該濕度下的露點溫度，判斷是否有結露的可能。如排氣已接近飽和，須對熱工參數(shù)做必要調(diào)整。
7、熱效率hh計算
熱介質的總熱量只有一部分在干燥機內(nèi)釋放，其余作為廢氣排出系統(tǒng)外。在干燥機內(nèi)釋放的熱量與總熱量之比稱為熱效率，顯然，熱效率是干燥機重要的性能指標。
hh=（tg1－tg2）/（tg1－tg0）(2.13)
式中，tg0為大氣溫度，℃。
由上式看出，提高進風溫度、降低排氣溫度是提高熱效率的重要途徑。在生產(chǎn)應用中，適當提高料層厚度能夠獲得較高熱效率，是因為不僅可以采用較高進風溫度，而且熱風在料層中路徑較長，放熱充分，排氣溫度也可降低。一般振動流化床的熱效率在30%--60%之間。
三、振動流化床干燥機的結構設計
1、振動機構的設計
①振動方式的選擇。振動方式可以分為強制振動型和固有振動型，它們各有特點，本處僅介紹強制振動型即采用振動電機振動的設計方法。
強制振動型流化床利用安裝在機體兩側的振動電機產(chǎn)生直線振動，振動電機的安裝角度決定振動方向角，改變固定偏心塊和可動偏心塊之間的夾角即可調(diào)節(jié)激振力大小。由于振頻通常高于固有頻率，起動和停車時通過共振區(qū)時，機體會產(chǎn)生較大振幅，尤其在停車時，劇烈的搖晃會產(chǎn)生很大的沖擊力，應采用適當措施減輕這種現(xiàn)象的發(fā)生。
②振動電機選配和安裝。振動流化床正常運行時由兩臺電機合成振動而實現(xiàn)，因而要求兩臺振動電機必須嚴格同步?，F(xiàn)場安裝前，應選擇同一廠家生產(chǎn)的同一型號電機，測定的性能曲線須接近或相同，異步轉速相近，軸與軸承、密封之間的摩擦阻距相等或相近。選配好振動電機后進行裝機試驗時，當偏心角相等時，主機不得有較大橫向振幅。
振動電機安裝位置應放在床體中間，電機座板可在180度范圍調(diào)整，因而激振角可按需要進行調(diào)節(jié)。由于電機位置接近質心，應當調(diào)整機體前后平衡，從而保證振動流化床進料端與排料端振幅相同。
③振幅調(diào)整。兩臺振動電機的四組偏心塊的相對位置決定主機振幅。一般振動電機在軸頭或其他部位標有刻度，指示出可動偏心塊和固定偏心塊之夾角。調(diào)整振幅時須依照振動電機的操作說明來調(diào)節(jié)。
④振動方向角δ調(diào)整。電機安裝在電機座板上，電機座板與下箱體法蘭用24個螺栓連接在一起，每兩孔夾角15°，調(diào)整電機座板與下箱體法蘭的安裝位置，即可改變振動方向角。δ的調(diào)整必須兩臺電機同步調(diào)整，確保同一高度。
2、上、下箱體設計
①上箱體 上箱體將干燥區(qū)與外部大氣分隔，防止粉塵外逸污染環(huán)境。上箱體與床層同寬，高度與普通流化床相似?；诮档蛥⒄褓|量的目的，上箱體通常設計為薄壁結構，壁厚2-4mm，并焊接加強筋加固。
②下箱體 下箱體是主機機體和熱風分配室，它和分布板共同完成將熱風均勻送入床層的任務，下箱體進風面積為分布板的6-8倍。
3、氣體分布板
氣體分布板用來支承物料，并將熱風均勻分布于料層中。分布板的壓降△p1是氣體通過分布板的阻力，與孔徑和孔速有關。
當由熱平衡計算確定出風總量后，一般進風速度便可確定，于是可由相關公式計算出分布板壓降和小孔風速uh。
查資料得出孔速和分布板的壓降的一組數(shù)據(jù)列于下表2.1中。
分布板開孔率 是分布板的重要特征參數(shù)，由下式確定
f=sh/s=u0/uh (2.15)
式中sh為分布板開孔面積，㎡；s為分布板面積，㎡。
設計中開孔率為1%～5%，其下限常用于顆粒較細、密度較小的物料。當在多孔板下加設均風和防漏網(wǎng)時，開孔率可取7%～8%。加上編織網(wǎng)后床層壓降無明顯變化, 而在實際生產(chǎn)中可有效地防止漏料。
表2.1
孔直徑/mm
壓降/mmh2o
u孔=20～22m/s
壓降/mmh2o
u孔=30～35m/s
1～1.5
1.6～2.0
2.2～2.5
2.6～3.0
3.1～3.5
3.6～4.0
54～50
50～48
47.5～45.5
45～42
41.5～38
37.5～35
58～55
54.5～51.5
51～48
47.5～44.5
44～43.5
43～
4、料層厚度控制
部分振動流化床干燥機，料層厚度是由給料量、振動參數(shù)以及風量等因素確定，一旦這些參數(shù)調(diào)整好后，料層厚度即確定，操作過程中不再采用其他方式控制料層厚度，這類干燥機操作彈性較小。如在干燥機的排料端加裝控制堰，這便是料層可控的振動流化床。通過調(diào)整手柄，可方便地調(diào)整控制堰板的上沿高度，以及堰板下沿與分布板的間隙。當物料顆粒均勻、干濕狀態(tài)密度有較大差異時，可使堰板下沿貼近分布板，利用上沿高度控制料層厚度，干燥完好的物料因浮在床層上部，依溢流方式排出機外。當物料粒度差異較大或干濕狀態(tài)密度變化不大時，不能采用溢流排料，此時，調(diào)整堰板下沿與分布板間隙以及堰板上沿高度，利用堰板的節(jié)流作用調(diào)整料層厚度及排料速度。
一般料層可控的振動流化床，較易控制物料在床層中的停留時間。
5、影響物料停留時間的因素
物料的平均停留時間受風速、床高、振動強度、激振角度大小的影響。
① 熱空氣對物料僅提供垂直向上的作用力, 風速的變化對物料的平均停留時間影響極小；
②風量及振動條件一定, 床層高度對物料平均停留時間的影響也較??；
③振動強度對物料平均停留時間有很大的影響, 振動強度減小, 物料的平均停留時間增長。
④振動電機的偏振角越大，物料在平均停留時間就越長
四、激振力和振源電機功率的確定
激振力與參振質量、振動參數(shù)有關，受熱風參數(shù)影響甚微，可參照振動輸送機計算方法確定。這類機器，一般用兩臺性能相近的振動電機安裝在機體兩側，每臺振動電機的激振力應為0.5f。因目前工業(yè)上使用的振動電機均已系列化、標準化，故可按計算出的激振力在現(xiàn)有型號中找到相應的電機功率，所以不對激振電機另行計算。
五、重視設計中的環(huán)保措施
1、隔振設計及傳給地基的動載荷
①隔振設計 所謂隔振，就是用剛度較小的彈簧將振動流化床支承起來，如將隔振系數(shù)定義為傳給地基動載荷與參振機體慣性之比，則可通過隔振系數(shù)的大小判斷隔振效果，按經(jīng)驗，一般在0.25～0.01之間隔振系統(tǒng)能滿足工作需要，為此，可按下式計算隔振簧剛度
ky=fc·mj·w2=（0.25～0.01）mjw2 (2.19)
式中，ky為垂直方向的隔振剛度，kg/cm；mj為振動質體計算質量，kg·s2/cm。
為避免在機器工作和啟動停車過程中，隔振簧產(chǎn)生沖擊或脫離機體，它的^大動變形量應小于靜變形量。據(jù)經(jīng)驗，^大動變形量一般為垂直振幅ay的3～7倍，因此，ky還應滿足下式
ky＜m/(3～7)ay (2.20)
式中，m為總參振質量，kg。
②隔振簧選擇及剛度、強度計算（略）
③傳給地基動載荷 設隔板簧傳給地基鉛垂方向動載pdy,水平方向動載pdx,則：
pdy=ky·a·sinδ (2.21)
pdx=kx·a·cosδ (2.22)
2、降低噪音措施
國家環(huán)保法規(guī)定工業(yè)機器的噪音不能大于85db，正常的振動流化床應運轉平穩(wěn)，無異常振動噪音，用聲級計在機器周圍1.5m范圍內(nèi)測定，為此，振動流化床在設計時必須充分考慮降低噪音的技術措施。查資料得出，下述方法對降噪是行之有效的。
①合理選擇振頻，一方面盡量避開共振區(qū)，另一方面還要滿足振動強度在合理范圍內(nèi)，通常認為工作振頻是機器自振頻率的2～4倍是合理的。并且選用性能優(yōu)異，噪音低的振動電機，在允許情況下可適當調(diào)低振動電機振幅。
②應設法提高上下箱體及分布板在振動方向上的剛度，以避免產(chǎn)生彈性彎曲振動，使噪音加大。如有產(chǎn)生較大彈性彎曲振動現(xiàn)象，可適當改變振幅或焊裝加強筋。
③橡膠簧傳遞聲音阻力比金屬簧大，隔音效果好，工作噪音低，隔振簧如破損、變性或參數(shù)不符要求，應調(diào)整更換。
④適當選擇保溫材料及施工方法，可提高彈性振動阻尼，降低噪音。
⑤ 檢查整機有無連接松動、損壞部位，如有則應予以加固修復。
⑥ 主機每個側面，尤其安裝電機一側，離墻壁距離^好大于2～2.5m。安裝場地空間不能太小，在墻壁上裝設吸音材料對降低噪音有效。
3、防止粉塵污染
振動流化床干燥機系統(tǒng)需有氣固分離設備，系統(tǒng)排出氣體應符合環(huán)保規(guī)定。主機設計時須考慮粉塵排放的各種因素，降低氣固分離設備負荷。
①適當提高上箱體分離段高度，使細粒級物料有足夠的時間沉降下來。
②改進上箱體設計結構，能使排氣附近氣速明顯降低，有利粉塵沉降。
③可將進料口、排料口設計成封閉式，防止粉塵外逸。
④保持上箱體微負壓操作，應保證開式進料口、排料口附近區(qū)域微負壓。
六、規(guī)范操作，總結和完善操作經(jīng)驗 (1)振動參數(shù)的選擇一般須留有調(diào)節(jié)余地。例如, 對遼寧精工干燥公司的設備, 選擇振幅在2. 5mm 左右, 調(diào)試時可依據(jù)情況適當變化，但不可使振幅過小, 以致k值過低, 起不到應有的作用。激振角以接近90°較好, 可增加物料的停留時間。對于特別易干燥的物料, 激振角可適當減小。
(2)風機能力要配套, 要保證干燥器中處于微負壓操作, 以避免過多的粉塵飛揚。
(3)風量適宜使物料能形成良好的流化狀態(tài)。從觀察窗上應看到物料上層界限清楚, 機內(nèi)可見度良好。必要時改變振動參數(shù), 從而獲得良好的流化狀態(tài)。
(4)給料要盡可能連續(xù)、均勻地布滿床面。
(5)大型干燥機出口處設置冷風段, 有利于產(chǎn)品及時包裝, 但要采取措施, 避免串流現(xiàn)象嚴重而降低熱效率。
(6)重視設備調(diào)試, 優(yōu)化操作規(guī)程, 可以彌補設計不完善而引起的誤差影響。