一種無氣流引導式振動流化技術

陳林才 歐陽八生 孫旭陽

摘 要：目前國內外廣泛應用的振動流化技術，基本以振動方式為主和熱風引導輔助進行輸送及干燥。該技術最先應用于化工、食品、醫藥和飼料等行業，近年來在煙花行業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式振動流化技術，采用熱水循環加熱的方式干燥物料，并對該技術的振動原理和相關特征參數進行了分析，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。

關鍵詞：振動流化技術；開苞藥；無氣流；熱水循環

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備安全和潔凈生產，已通過專業評估驗證。

傳統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，起始反應溫度差別很大：黑火藥的起始反應溫度在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要求更嚴，設備設計和制造更加困難，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是必要的。

1 現有干燥技術及存在問題

針對粉狀及顆粒狀物料的干燥方法主要有兩種：箱式干燥技術和振動流化干燥技術。箱式干燥技術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，從而導致干燥效率低，耗能多，不便于實現自動化生產，該法僅用于中小企業的手工作業。

目前最常用的干燥技術是振動流化床（VFB）技術，在化工、食品、醫藥和飼料等行業得到了廣泛的應用[5]，具有固體顆粒混合均勻、傳熱傳質效率高、能夠改善產品質量、經濟性好等特點[6]。由于振動流化床具有強化傳熱傳質等特點，優于普通流化床（CFB），因此人們才投入大的人力、物力開發振動流化床技術[7]。近年在煙花的火藥和亮珠的干燥中也開始使用。現有的振動流化床[8] （VFB）技術是指物料在一定激振力和一定壓力的熱風氣流同時作用下將會現出流化狀態，這種流化狀態可以使物料與熱風充分接觸，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。但是由于現在干燥設備主要是采用熱風加熱方式，具有較高的進風溫度，造成床內的溫度過高，容易引起爆炸；另一方面熱風都會帶有一定壓力，使風速較快，極易把微細煙花開苞藥顆粒吹起來產生揚塵，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，送料板上容易出現溝流或死床現象，而且當顆粒分布比較散的時候還會出現嚴重的夾帶現象；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，需要對傳統的振動流化床結構和干燥方式進行合理設計，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式振動流化技術，探討其干燥原理、振動流化床（VFB）的設計與制造要點，并對相關結構參數進行了初步分析，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構設計提供依據。

2 無氣流引導式振動流化技術的結構、原理及特點

2.1 新型振動流化床技術的結構、原理

本研究提出一種新型的無氣流引導式振動流化床，其基本結構如圖1 所示。它由入料口、上蓋、床體、熱水循環加熱系統、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。床體內部裝有熱水循環管路，其管道接口與熱水循環加熱系統相連，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：當振動電機起動，在電機激振力的作用下床體產生振動，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向前產生拋物躍動，同時物料通過床體送料板底下熱水循環進行加熱，使物料中的酒精加熱快速揮發并被抽氣泵由排氣口抽走，再經水末除塵裝置凈化后排出。物料在流化床中產生流化狀態，有利于輸送和充分干燥，物料經過一段連續的輸送和充分干燥后，再經過一段冷水循環冷卻至室溫防止受潮，最后從出料口流出。

調整振動電機的安裝角度以及偏心振錘的位置可以調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整物料的振動頻率，改變流化床的結構尺寸參數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。過去傳統的振動流化床床板上開有送風小孔，熱風會從床板小孔吹出來，會導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，不利于設備的清潔。因此本設計特別適用于煙花開苞藥這種具有易燃易爆特性物質的干燥。

（2）送料速度可調。調整振動電機的安裝角度以及偏心振錘的位置可以調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整物料的振動頻率，優化流化床的結構尺寸參數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）干燥過程易于實現自動化。設備結構簡單，成本低，由于采用振動流化床技術，干燥過程可以實現全自動化生產，提高了生產效率，降低生產成本。

3 新型振動流化床關鍵部件的設計與制造要點

3.1 送料板和熱水循環組件

本新型振動流化床采用熱水循環加熱，送料板整體采用無孔設計；同時為了減小物料流動阻力，送料板采用優質的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），熱水熱量直接傳導給床板，提高傳熱效率；為了讓送料板加熱均勻，把加熱區分成多個部分，各部分采用并聯方式與熱水循環加熱系統相連，使各區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，故在送料板末端設置了冷卻區，設置冷水循環組件，保證物料冷卻后接近室溫，不容易受潮。送料板結構如圖3所示：

3.2 結構參數的確定

振動流化床的相關結構參數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（相當于做斜拋運動），根據斜拋運動原理，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。這兩個參數決定了振動力的大小，影響流化的速度。在其它參數一定的條件下，當振幅A和振動角速度ω較小時，達不到流化效果；當達到某一范圍內，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，容易產生紊亂而影響流化效果。

（3）隔振彈簧剛度系數K1和K2。隔振彈簧剛度系數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 結語

本文根椐微細顆粒狀煙花開苞藥干燥的特殊性，針對現有的干燥技術存在的問題，提出了一種新的無氣流引導式振動流化技術，并分析了其工作原理、結構設計與制造要點，并對相關結構參數進行了初步探討，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。該技術適合于微細顆粒的物料干燥，送料速度可調，干燥過程易于實現自動化

參考文獻：

[1]周兆宏.禮花彈微煙裝藥的點傳火技術研究[D].南京理工大學，2012.

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[3]陳濤，趙力增，藺向陽，等.禮花用亮珠對典型固體材料引燃特性[J].南京理工大學學報自然科學版，2014，38（1）：166-172.

[4]譚銳，魏宗升，柳繼昌.煙花爆竹藥劑干燥方法[J].花炮科技與市場， 2014（1）：39-42.

[5]王艷，吳厚材.振動流化床的特性與使用.工藝與設備，2009.

[6]王艷，吳厚材.振動流化床的特性與使用[J].橡塑技術與裝備，2009，35（6）：33-38.

[7]潘永康.現代干燥技術[M]，北京：化學工業出版社，1997，282-292.

[8]康小輝.大型振動流化床動態設計研究[D].東北大學，2010.

作者簡介：陳林才（1991-），男，碩士，主要從事先進制造技術方面的研究。