一種無氣流引導(dǎo)式振動流化技術(shù)

陳林才 歐陽八生 孫旭陽

摘 要：目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的振動流化技術(shù)，基本以振動方式為主和熱風(fēng)引導(dǎo)輔助進行輸送及干燥。該技術(shù)最先應(yīng)用于化工、食品、醫(yī)藥和飼料等行業(yè)，近年來在煙花行業(yè)的火藥和亮珠干燥中也開始得到實際運用。文章針對顆粒狀煙花開苞藥干燥的特殊性和輸送時存在的問題，介紹了一種無氣流引導(dǎo)式振動流化技術(shù)，采用熱水循環(huán)加熱的方式干燥物料，并對該技術(shù)的振動原理和相關(guān)特征參數(shù)進行了分析，它能滿足煙花開苞藥振動流化干燥過程中潔凈度和安全性的需要。

關(guān)鍵詞：振動流化技術(shù)；開苞藥；無氣流；熱水循環(huán)

Abstract：At present， vibration fluid technology is widely used at home and abroad，it is mainly based on the mode of vibration and assisted by hot wind guide for conveying and drying. The technology was first used in the industries of chemical， food， pharmaceutical and feed. In recent years， the gunpowder and bright beads in the fireworks industry have also begun to be used in practice to dry. This paper is aimed at the particularity of the drying of granule fireworks and the problems existing in the transportation， presents a vibration guided fluidization technique without air flow was introduced， and using the mode of hot water circulation to heat to dry material. It has analysed the principle of the technology and related parameters， which can meet the safety needs clarity and clean fireworks our medicine vibration fluidized drying process.

Key words：Vibration fluidized bed；Fireworks medicine for fireworks； without airflow； hot water circulation

傳統(tǒng)的煙花開苞藥[1]是由多種超細（粒徑<74um）的化工原料直接由手工混制而成的具有爆炸性能的粉末狀混合物，其制造過程既不安全又不環(huán)保；新型的顆粒狀煙花開苞藥（粒度30-40目，約0.35-0.5mm），它是把各種超細原料與酒精膠溶液通過專業(yè)攪拌機濕式攪拌后，再進行滾擠造粒，最后干燥而得到，其制造過程有利于自動化設(shè)備安全和潔凈生產(chǎn)，已通過專業(yè)評估驗證。

傳統(tǒng)的粉末狀煙花開苞藥的干燥主要采用箱式干燥，近年來，針對煙花火藥和亮珠的干燥有開始采用振動流化干燥，但顆粒狀煙花開苞藥與火藥和亮珠存在很大的差異性，一方面，起始反應(yīng)溫度差別很大：黑火藥的起始反應(yīng)溫度在220℃左右[2]，且具有燃爆性：亮珠的燃燒溫度一般在750～1050℃[3]，無爆炸性；開苞藥的起始反應(yīng)溫度低于這兩種，且靜電感度和摩擦感度更低，傷害力更大；另一方面，粒度大小存在差異：火藥的造粒粒度為1-2mm，亮珠的粒度為5-8mm，開苞藥的粒度小于0.6mm；基于以上原因，顆粒狀煙花開苞藥的干燥過程的安全生產(chǎn)要求更嚴，設(shè)備設(shè)計和制造更加困難，因此，針對顆粒狀煙花開苞藥的性能特征，研究一種能滿足安全性和潔凈性要求的新型的振動流化干燥技術(shù)是必要的。

1 現(xiàn)有干燥技術(shù)及存在問題

針對粉狀及顆粒狀物料的干燥方法主要有兩種：箱式干燥技術(shù)和振動流化干燥技術(shù)。箱式干燥技術(shù)以恒溫干燥箱和蒸汽烘房干燥為主[4]，其主要缺點是物料上下層干燥不均勻，從而導(dǎo)致干燥效率低，耗能多，不便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，該法僅用于中小企業(yè)的手工作業(yè)。

目前最常用的干燥技術(shù)是振動流化床（VFB）技術(shù)，在化工、食品、醫(yī)藥和飼料等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用[5]，具有固體顆?；旌暇鶆?、傳熱傳質(zhì)效率高、能夠改善產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟性好等特點[6]。由于振動流化床具有強化傳熱傳質(zhì)等特點，優(yōu)于普通流化床（CFB），因此人們才投入大的人力、物力開發(fā)振動流化床技術(shù)[7]。近年在煙花的火藥和亮珠的干燥中也開始使用。現(xiàn)有的振動流化床[8] （VFB）技術(shù)是指物料在一定激振力和一定壓力的熱風(fēng)氣流同時作用下將會現(xiàn)出流化狀態(tài)，這種流化狀態(tài)可以使物料與熱風(fēng)充分接觸，同時由于激振力迫使物料不斷向前跳躍，使干燥效率得到很大的提高。但是由于現(xiàn)在干燥設(shè)備主要是采用熱風(fēng)加熱方式，具有較高的進風(fēng)溫度，造成床內(nèi)的溫度過高，容易引起爆炸；另一方面熱風(fēng)都會帶有一定壓力，使風(fēng)速較快，極易把微細煙花開苞藥顆粒吹起來產(chǎn)生揚塵，危險度極高，同時細粉顆粒容易被吸塵裝置吸走，造成損失率很高。可見這種干燥設(shè)備僅適合物料顆粒較大，對安全度要求不高的工況條件，針對像煙花開苞藥這種顆粒極細的物料，送料板上容易出現(xiàn)溝流或死床現(xiàn)象，而且當(dāng)顆粒分布比較散的時候還會出現(xiàn)嚴重的夾帶現(xiàn)象；另外，特別重要的是煙花開苞藥是一種危險性極高的化學(xué)物料，其干燥過程需要極高的安全性和潔凈性，因此，需要對傳統(tǒng)的振動流化床結(jié)構(gòu)和干燥方式進行合理設(shè)計，以滿足特殊工況條件的要求。

本文針對顆粒狀煙花開苞藥干燥的特殊性和輸送時存在的問題，介紹了一種無氣流引導(dǎo)式振動流化技術(shù)，探討其干燥原理、振動流化床（VFB）的設(shè)計與制造要點，并對相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了初步分析，以便滿足煙花開苞藥振動流化干燥過程中潔凈度和安全性的需要，為新型振動流化床的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。

2 無氣流引導(dǎo)式振動流化技術(shù)的結(jié)構(gòu)、原理及特點

2.1 新型振動流化床技術(shù)的結(jié)構(gòu)、原理

本研究提出一種新型的無氣流引導(dǎo)式振動流化床，其基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示。它由入料口、上蓋、床體、熱水循環(huán)加熱系統(tǒng)、水末除塵裝置、振動電機、隔振彈簧、出料口以及支架等部分組成。前后2個振動電機安裝在床體中部，整個床體通過4個隔振彈簧與支架相連，上蓋通過支架的4個支撐腳用螺栓固定。床體內(nèi)部裝有熱水循環(huán)管路，其管道接口與熱水循環(huán)加熱系統(tǒng)相連，上蓋幾個排氣口與水末除塵裝置相接。

新型振動流化床的工作原理：當(dāng)振動電機起動，在電機激振力的作用下床體產(chǎn)生振動，物料由入料口進入流化床床體的送料板，隨著流化床中的送料板一起振動而連續(xù)向前產(chǎn)生拋物躍動，同時物料通過床體送料板底下熱水循環(huán)進行加熱，使物料中的酒精加熱快速揮發(fā)并被抽氣泵由排氣口抽走，再經(jīng)水末除塵裝置凈化后排出。物料在流化床中產(chǎn)生流化狀態(tài)，有利于輸送和充分干燥，物料經(jīng)過一段連續(xù)的輸送和充分干燥后，再經(jīng)過一段冷水循環(huán)冷卻至室溫防止受潮，最后從出料口流出。

調(diào)整振動電機的安裝角度以及偏心振錘的位置可以調(diào)整物料的振動方向和振動幅度，改變振動電機的振動頻率可以調(diào)整物料的振動頻率，改變流化床的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)可以控制物料的流動速度，從而影響干燥效率，振動流化模型的工作原理可簡化為如圖2所示。

2.2 新型振動流化技術(shù)的特點

（1）能夠保證顆粒煙花開苞藥干燥的安全和潔凈要求。采用熱水循環(huán)的方式加熱，可控制加熱溫度在80℃±5℃，能保證煙花開苞藥的安全。過去傳統(tǒng)的振動流化床床板上開有送風(fēng)小孔，熱風(fēng)會從床板小孔吹出來，會導(dǎo)致一部分物料會被除塵裝置吸走，造成浪費，另外物料會落入分布板的小孔，不利于設(shè)備的清潔。因此本設(shè)計特別適用于煙花開苞藥這種具有易燃易爆特性物質(zhì)的干燥。

（2）送料速度可調(diào)。調(diào)整振動電機的安裝角度以及偏心振錘的位置可以調(diào)整物料的振動方向和振動幅度，改變振動電機的振動頻率可以調(diào)整物料的振動頻率，優(yōu)化流化床的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)可以達到良好的物料流動效果。操作便利，也適用其它物料的干燥。

（3）干燥過程易于實現(xiàn)自動化。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，成本低，由于采用振動流化床技術(shù)，干燥過程可以實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

3 新型振動流化床關(guān)鍵部件的設(shè)計與制造要點

3.1 送料板和熱水循環(huán)組件

本新型振動流化床采用熱水循環(huán)加熱，送料板整體采用無孔設(shè)計；同時為了減小物料流動阻力，送料板采用優(yōu)質(zhì)的SUS304不銹鋼材料制造，床板表面要進行精細拋光處理，這樣易于清洗設(shè)備，又不會生銹。熱水管道采用半圓形管道，避免采用方形管道使受壓不均勻，半圓形管與床板下表面焊接（如圖3），熱水熱量直接傳導(dǎo)給床板，提高傳熱效率；為了讓送料板加熱均勻，把加熱區(qū)分成多個部分，各部分采用并聯(lián)方式與熱水循環(huán)加熱系統(tǒng)相連，使各區(qū)域都可以同時控制熱水的進出，以保證送料板受熱均勻，達到物料均勻干燥效果；此外，為了避免煙花開苞藥在干燥完后直接接觸空氣后受潮，故在送料板末端設(shè)置了冷卻區(qū)，設(shè)置冷水循環(huán)組件，保證物料冷卻后接近室溫，不容易受潮。送料板結(jié)構(gòu)如圖3所示：

3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定

振動流化床的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定影響流化速度及干燥的效果：

（1）振動電機偏振角β。它決定了物料拋出的方向，影響流化的速度。開苞藥等物料在振動電機的作用下不斷向前跳躍（相當(dāng)于做斜拋運動），根據(jù)斜拋運動原理，開苞藥向前跳躍的方向和送料方向成45o角度時，速度最快，故振動電機偏振角取45o。

（2）振動電機的振幅A和振動角速度ω。這兩個參數(shù)決定了振動力的大小，影響流化的速度。在其它參數(shù)一定的條件下，當(dāng)振幅A和振動角速度ω較小時，達不到流化效果；當(dāng)達到某一范圍內(nèi)，隨著振幅A和振動角速度ω增大，流化的速度也增大，但振幅A和振動角速度ω超過某一幅值時，容易產(chǎn)生紊亂而影響流化效果。

（3）隔振彈簧剛度系數(shù)K1和K2。隔振彈簧剛度系數(shù)間接決定了送料板的振幅，剛度太大不容易被激振，剛度太小會導(dǎo)致床板振動不平衡。為了保證送料板在豎直方向的振動一致，故隔振彈簧剛度系數(shù)K1=K2。

（4）隔振彈簧之間的距離d。隔振彈簧之間的距離d影響了送料板的振幅和床板振動的平衡，從而影響了物料的流化速度，進而影響干燥效率。

4 結(jié)語

本文根椐微細顆粒狀煙花開苞藥干燥的特殊性，針對現(xiàn)有的干燥技術(shù)存在的問題，提出了一種新的無氣流引導(dǎo)式振動流化技術(shù)，并分析了其工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造要點，并對相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了初步探討，以便滿足微細顆粒狀煙花開苞藥振動流化干燥過程中潔凈度和安全性的需要。該技術(shù)適合于微細顆粒的物料干燥，送料速度可調(diào)，干燥過程易于實現(xiàn)自動化

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作者簡介：陳林才（1991-），男，碩士，主要從事先進制造技術(shù)方面的研究。