惰性粒子流化干燥研究及氣體分布板結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、本文針對惰性粒子流化床干燥器，為進(jìn)一步提高設(shè)備的傳熱與傳質(zhì)等生產(chǎn)操作性能，擬設(shè)計(jì)獲取基于流場分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的新型高效氣體分布板。為此，在大量文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，以洗衣粉懸浮液為對象，先后開展了惰性粒子流化干燥過程的實(shí)驗(yàn)測定、數(shù)學(xué)建模和CFD模擬研究。通過測定流化床的流化和床層壓降操作曲線，以及在相同進(jìn)風(fēng)速率、惰性粒子直徑、進(jìn)料體積流量、物料初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)、進(jìn)風(fēng)溫度或靜床高等操作條件下的體積傳熱系數(shù)、熱效率、干燥強(qiáng)度和滯留率的變化曲線，考察并

2、比較了氣體分布板開直孔和開斜孔時(shí)的流體力學(xué)、傳熱及傳質(zhì)性能。結(jié)果表明，在相同的操作工況下，與傳統(tǒng)的開直孔氣體分布板相比，氣體分布板開斜孔時(shí)的流化操作壓降雖有所升高，但其臨界流化速率和滯留率將減小，同時(shí)體積傳熱系數(shù)、熱效率和干燥強(qiáng)度將增大，從而表明了斜孔較直孔更加有利于流化床干燥傳遞性能的提高。 利用測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道的常用假設(shè)，通過將流化流動(dòng)與顆粒沉降流動(dòng)、餅層過濾流動(dòng)進(jìn)行機(jī)理的類比，構(gòu)建得到了可描述臨界流化速率和床

3、層壓降的數(shù)學(xué)模型。與此同時(shí)，運(yùn)用量綱分析法，關(guān)聯(lián)得到了可描述體積傳熱系數(shù)和干燥強(qiáng)度的無量綱模型。經(jīng)初步地模型分析發(fā)現(xiàn)，所建模型可較好地反映出因、自變量之間的對應(yīng)變化關(guān)系，且與前期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合。 基于上述的研究成果，運(yùn)用CFD商用計(jì)算軟件，模擬并分析了氣體分布板開直孔和開斜孔時(shí)的流場分布特性，同時(shí)比較了兩者在正三角形、正方形布孔排列下的氣固流場差異，并由此確定了斜孔、正三角形排列的最佳分布板結(jié)構(gòu)。采用該結(jié)構(gòu)的氣體分布板通常可

4、維持床內(nèi)惰性粒子充分和劇烈地流化，其顆粒的平均流化速率及相應(yīng)的浮動(dòng)床層高度均將最大。在此基礎(chǔ)上，針對該結(jié)構(gòu)的氣體分布板，以降低操作的床層壓降為目標(biāo)，借用均勻設(shè)計(jì)的研究手段，對氣體分布板的板厚及開孔尺寸等參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算與優(yōu)化。結(jié)果表明，在計(jì)算考察的范圍內(nèi)，當(dāng)開孔角度35°、開孔直徑2.5 mm、開孔率10.5％、板厚1.2 mm時(shí)，該結(jié)構(gòu)的氣體分布板可獲得最低的床層壓降，故相應(yīng)的尺寸信息應(yīng)為最優(yōu)的尺寸組合。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)考察的結(jié)果表明，優(yōu)化后