振動流化床干燥專利技術綜述

吳雪晴 王馨

摘要：振動流化床干燥技術的研發，擴大了流態化干燥的范圍，改善了流化質量，提高了熱質傳遞的強度，已廣泛用于化工、食品、陶瓷、醫藥、聚合物等行業的干燥。本文通過研究目前世界上關于振動流化床干燥技術的專利文獻，將有助于振動流化床干燥技術的應用以及改進。

關鍵詞：振動流化床;干燥;專利

中圖分類號：TQ174.6 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）09-0059-03

Abstract： The research and development of vibrating fluidized bed drying technology has expanded the scope of fluidized bed drying， improved the fluidized quality， enhanced the intensity of heat and mass transfer， and has been widely used in the drying of chemical， food， ceramics， medicine， polymer and other industries. It will be helpful to the application and improvement of VFB drying technology by studying the patent literature on VFB drying technology in the world.

Key words： vibrating fluidized bed; dry; patent

1 振動流化床干燥原理

振動流化床干燥是在普遍流化床干燥技術的基礎上發展起來的，它是通過在床體的側面施加振動源從而把振動能量引入普通流化床的一種氣固流態化技術，物料在床內的流化是由振動和氣流的綜合作用產生的，即床層除受干燥氣流外，再附以振動作用使之于流化狀態下進行干燥[1]。由于引入了振動使得干燥過程中顆粒的化沖跳動更加活躍，氣固兩相、固固相之間的接觸機會增加，粘結機會降低，從而有助于床層形成充分的流態化，提高傳熱傳質傳遞效率，強化生產過程，最終達到節約流化介質消耗量和降低粉塵夾帶的目的。它避免了普通流化床的缺點，而且可強化傳熱、傳質過程。振動流化床目前已廣泛用于化工、食品、陶瓷、醫藥、聚合物等行業。

2 振動流化床干燥的發展狀況

在振動流化床干燥領域中，其主要分為裝置、操作、應用三大部分，其中結構上主要是對進氣以及振動方式的改進，其目的是增強物料的流化效果，以及減小裝置的能耗，以提高系統干燥物料的能力以及減少能效損耗;而操作上主要是對根據干燥物料以及干燥的需求對設備的運行進行控制，其目的是在保證裝置干燥能力的同時提高裝置干燥效果的能效和可靠性;而在應用上主要是在化工、食品、陶瓷、醫藥、聚合物等行業。

2.1 申請量年度分布

從圖1中可以看出，振動流化床干燥技術的專利申請最早出現在20世紀60年代初期，但是在進入21世紀之后才取得快速的發展，我國的專利申請最早出現在1986年以后，主要是由于引入了振動技術，增加了設備的復雜性，再加上國內缺乏這方面的技術資料，使得國內對振動流化床技術的研究一直都落后于國外。1986年在上海召開的全國第二次干燥技術交流會才揭開了對振動流化床理論方面研究的序幕。進入90年代后，國內的學者才開始對振動流化床技術展開了深入的研究。進入21世紀后，由于我國于2001年底正式加入WTO，從此實施了保護知識產權的TPIPS協議，我國涉及振動流化床干燥技術的申請數量開始逐步增長，雖然我國在這一領域起步較晚，然而近年來，特別是2006年以后發展異常迅速，自2009年起，我國的申請量已連續多年占到全球申請總量的八成以上，需要指出的是，圖中顯示2016年申請量出現下降，主要是因為2016下半年之后申請的專利申請部分尚未公開，無法納入統計數據，并不能說明專利申請量在下降。

2.2 申請原創國分布

由圖2可知，中國、歐盟、美國是專利申請的主要原創國家/地區，其申請量占到了全球申請總量的九成，其中中國占全球申請總量的約61%，是申請量最大的國家，由于振動流化床干燥主要應用在化工、食品、陶瓷、醫藥、聚合物等行業中，工業化的快速發展會對輕型輸送帶產生巨大的使用需求，而我國的申請量較大主要是由于近十年來我國在工業化進程中取得了飛速的發展。

2.3 專利技術發展趨勢

早期的專利申請主要是涉及采用電機實現振動、整床都參振以及空氣自下而上穿過布風板的振動流化床干燥裝置。1980年以后，才開始出現關于真空振動流化床干燥裝置以及從布風板上方進氣的振動流化床干燥裝置的研究。同時，由于將振動增加到流化床干燥裝置上，必將會引起能耗的增加以及裝置運行的不穩，因此，就有了關于減少振動流化床裝置能耗以及增強裝置運行的穩定性的研究，即在同一時期出現的關于只讓振動流化床裝置的部分裝置參與振動的專利申請，而關于振動流化床裝置的振動源，從最開始的采用電機和彈簧，發展到后面的電磁感應、曲軸、液壓，以及偏心輪的多振源的研究，而且，在振動流化床的應用方面也取得了重大突破，從最初的用于對煤粉的干燥，到1980年后，用于對食品、礦物等的干燥分選，以及2000年以后的對陶瓷粉以及對振動流化床裝置的余熱的回收利用。由此可見，對于振動流化床裝置的應用范圍越來越廣。

3 振動流化床干燥技術專利分析

3.1 振動流化床的節能技術

3.1.1 上蓋不參與振動的振動流化床技術。中國鐵嶺精工機器廠在1989年提出了使振動流化床干燥裝置的上蓋不參與振動的專利申請，該專利號為：CN2077531，該專利主要涉及通過減少振動流化床參振的部分，以達到節能的目的。CN2077531公開了一種上蓋不參振的振動流化床干燥機，其主要由上蓋、流化床板、下箱體風室，軟連接，振動電機，隔振簧等組成。上蓋通過支架座在基礎上，下箱體上裝有振動電機，上蓋與下箱體之間由軟連接。由于上蓋不參振，可大幅度節省原材料，降低功耗，并使振動更趨平穩。適用于粉、粒、片、塊狀物料的干燥，尤其適用于分離段高度較大的物料。

3.1.2 外殼全不參振的振動流化床技術。專利權人趙金兆在1994年提出了使振動流化床干燥裝置的外殼全不參與振動的專利申請，該專利號為：CN2220623，該專利主要涉及通過使振動流化床參振的部分進一步減少，以達到節能的目的。CN2220623公開了一種外殼全不參振的振動流化床干燥機，其主要包括振動電機、電機支座、振動彈簧、流化床、振動架、基座，流化床由振動架支承，振動彈簧由基座支承，安裝在外殼內，外殼配有保溫層，與基座連為一體。由于該振動流化床干燥機的外殼全不參振，因此從根本上減輕整機參振負荷，提高振動電機的效率，優化整機結構，滿足制作超大超長結構的流化床干燥設備的要求。

3.1.3 僅布風板振動的振動流化床技術。中國成都工業科技開發公司在1988年提出了僅驅使振動流化床干燥裝置的布風板參與振動的專利申請，該專利號為：CN2042584，該專利主要涉及通過減少振動流化床參振的部分，以達到節能的目的。CN2042584公開了一種振動流化床干燥機，主要由分布板、振源、角形密封、環形密封、軸密封、板密封、側密封以及機座、機體、機蓋組成，其特點主要是在保證流態化產生條件得到滿足的前提下，將分布板與其他裝置分離，即振源只驅動分布板而不驅動其他裝置，以達到節能和改善環境品質的目的。

專利文獻CN203586679公開了一種風室不參振的多層振動流化床干燥機，其主要包括設有進料口和排風口的上蓋、至少兩層振動流化床、風室和出料口，振動流化床設有激振器、床體、彈性支撐裝置、布風孔板和下料口，出料口的進料端與最底層振動流化床的下料口連通，上蓋與振動流化床之間通過軟連接相連接，振動流化床與風室之間通過軟連接相連接。由于上蓋、各層振動流化床及風室之間均采用軟連接，各層振動流化床獨立振動，互不干擾，物料依次流過各層振動流化床，最后通過出料口排出，排出的物料即為被干燥好了的物料。由于本實用新型風室不參振，降低了參振質量，降低了機器成本，也降低了對地基和廠房的要求。

3.2 振動流化床干燥裝置振源分析

3.2.1 振動源為活塞。專利GB937461公開了一種以活塞為振動源的振動流化床干燥裝置，其包括進料口4、卸料口5、帶孔的篩板1、活塞泵8和兩個振動活塞單元7，熱空氣從進氣口14進入，穿過篩板1對其上的待干燥物料進行干燥，同時，篩板1在活塞泵8與振動活塞單元7的作用下進行振動，使待干燥物料在流化狀態下進行干燥。

3.2.2 振動源為電機。電機為振動流化床領域最常見的振源，CN2324509公開了一種內熱式振動流化床干燥器，主要由支架、彈簧、床體、多孔氣體分布板、振動電機和內加熱構件組成。工作時，物料在氣流和振激力的雙重作用下處于流化狀態，以實現對物料的干燥。因此，此種干燥器熱效率高、能耗低、適用范圍廣。

3.2.3 振動源為磁鐵。電磁感應被用于作為振動流化床的振源是在專利文獻：CN203824231中，其公開了一種用于制備微丸的流化床，其在布風板底部設置銜鐵，銜鐵下方設置電磁鐵，通過電磁鐵和銜鐵來實現布風板的快速小幅度振動。

專利文獻CN106643091公開了一種低能耗的磁性礦紅外線干燥器，其在布風板底部設置銜鐵，銜鐵下方設置電磁鐵，通過電磁鐵和銜鐵來實現布風板的快速小幅度振動。

3.2.4 振動源為空氣脈動。專利文獻CN101468329公開了一種空氣脈動重介流化床及其分選方法，在按某一規律周期交替變化的非恒定上升垂直氣流中混入微細顆粒的固相加重質，形成一個在一定密度范圍內波動的氣固流化床層，不同密度組成的被分離礦物進入流化床層后，輕者上浮，重者下沉，并在脈動運動中更好的實現了按密度分層，從而實現分選的。工作中所述非恒定氣流還可以是不間斷的脈動氣流，也可以是不間斷的其他周期氣流，同樣還可以是間斷的脈沖氣流，也還可以是間斷的其他周期氣流，甚至還可以是與跳汰選煤脈動相似的脈動氣流等等。工作中所述非恒定氣流的頻率可按需要調節，根據對象的變化，找到需要的最佳脈動頻率，不同情況下均保持高效工作。工作中所述非恒定氣流的上升時間、頂部穩定時間、下降時間、底部穩定時間的長短可按需要調節，針對千變萬化的對象，找到其最適宜的脈動波形，保持高效工作。

3.3 多層振動流化床干燥

專利文獻CN2359644公開了一種多層振動流化床干燥機，其主要由上床罩、中床體、下床體、篩板及加料裝置組成，它們之間是通過法蘭連接，中床體與下床體之間設多層篩板，上、下層篩板之間通過落料閥組連接，下床體的側面安裝熱風進口，兩臺振動電機安裝在下床體中部對稱部位或其下部或干燥機的其他部位，加料裝置設在料斗的下部，優點是節能，熱效率提高15%～20%，設備占地面積可減少25%～30%。

專利文獻CN203857774公開了一種蔗渣振動篩分流化干燥裝置，其包括進料皮帶、蔗渣入料口、筒體、煙氣排氣口、一級振動流化床、二級振動流化床、三級振動流化床、四級振動流化床、五級振動流化床、蔗渣出料口以及煙氣進氣口。所述的一級、二級、三級、四級、五級振動流化床由激振電機、彈簧減振裝置、支架、流化床體所組成。在筒體內安裝至少一級振動流化床，在振動流化床上方安裝有蔗渣疏松裝置。該裝置采用振動流化床與蔗渣疏松裝置相結合的方式，對蔗渣進行振松和疏松及分類，可根據蔗渣大小控制干燥時間，高效的利用鍋爐煙道廢氣進行干燥;利用機械攪拌與直筒懸浮式干燥相結合的方式，能夠有效地解決蔗渣結團、堵塞、出料不順，鍋爐熱效率低下等問題。

4 結語

本文詳細梳理了振動流化床干燥技術的分類，對振動流化床干燥技術領域的專利申請量隨年度的變化、技術來源國以及核心專利進行分析。振動流化床干燥技術的專利申請最早出現在20世紀60年代初期，在最近幾年才進入飛速發展階段，而我國的申請量已經達到了第一位，說明我國關于振動流化床干燥技術的研究已經進入了重要階段。

參考文獻：

[1] 于春生.振動流化床干燥機的基礎特性研究[J].機械設計與制造，1996（4）：3.