一种无气流引导式振动流化技术

陈林才 欧阳八生 孙旭阳

摘 要：目前国内外广泛应用的振动流化技术，基本以振动方式为主和热风引导辅助进行输送及干燥。该技术最先应用于化工、食品、医药和饲料等行业，近年来在烟花行业的火药和亮珠干燥中也开始得到实际运用。文章针对颗粒状烟花开苞药干燥的特殊性和输送时存在的问题，介绍了一种无气流引导式振动流化技术，采用热水循环加热的方式干燥物料，并对该技术的振动原理和相关特征参数进行了分析，它能满足烟花开苞药振动流化干燥过程中洁净度和安全性的需要。

关键词：振动流化技术；开苞药；无气流；热水循环

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

傳统的烟花开苞药[1]是由多种超细（粒径<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状混合物，其制造过程既不安全又不环保；新型的颗粒状烟花开苞药（粒度30-40目，约0.35-0.5mm），它是把各种超细原料与酒精胶溶液通过专业搅拌机湿式搅拌后，再进行滚挤造粒，最后干燥而得到，其制造过程有利于自动化设备安全和洁净生产，已通过专业评估验证。

传统的粉末状烟花开苞药的干燥主要采用箱式干燥，近年来，针对烟花火药和亮珠的干燥有开始采用振动流化干燥，但颗粒状烟花开苞药与火药和亮珠存在很大的差异性，一方面，起始反应温度差别很大：黑火药的起始反应温度在220℃左右[2]，且具有燃爆性：亮珠的燃烧温度一般在750～1050℃[3]，无爆炸性；开苞药的起始反应温度低于这两种，且静电感度和摩擦感度更低，伤害力更大；另一方面，粒度大小存在差异：火药的造粒粒度为1-2mm，亮珠的粒度为5-8mm，开苞药的粒度小于0.6mm；基于以上原因，颗粒状烟花开苞药的干燥过程的安全生产要求更严，设备设计和制造更加困难，因此，针对颗粒状烟花开苞药的性能特征，研究一种能满足安全性和洁净性要求的新型的振动流化干燥技术是必要的。

1 现有干燥技术及存在问题

针对粉状及颗粒状物料的干燥方法主要有两种：箱式干燥技术和振动流化干燥技术。箱式干燥技术以恒温干燥箱和蒸汽烘房干燥为主[4]，其主要缺点是物料上下层干燥不均匀，从而导致干燥效率低，耗能多，不便于实现自动化生产，该法仅用于中小企业的手工作业。

目前最常用的干燥技术是振动流化床（VFB）技术，在化工、食品、医药和饲料等行业得到了广泛的应用[5]，具有固体颗粒混合均匀、传热传质效率高、能够改善产品质量、经济性好等特点[6]。由于振动流化床具有强化传热传质等特点，优于普通流化床（CFB），因此人们才投入大的人力、物力开发振动流化床技术[7]。近年在烟花的火药和亮珠的干燥中也开始使用。现有的振动流化床[8] （VFB）技术是指物料在一定激振力和一定压力的热风气流同时作用下将会现出流化状态，这种流化状态可以使物料与热风充分接触，同时由于激振力迫使物料不断向前跳跃，使干燥效率得到很大的提高。但是由于现在干燥设备主要是采用热风加热方式，具有较高的进风温度，造成床内的温度过高，容易引起爆炸；另一方面热风都会带有一定压力，使风速较快，极易把微细烟花开苞药颗粒吹起来产生扬尘，危险度极高，同时细粉颗粒容易被吸尘装置吸走，造成损失率很高。可见这种干燥设备仅适合物料颗粒较大，对安全度要求不高的工况条件，针对像烟花开苞药这种颗粒极细的物料，送料板上容易出现沟流或死床现象，而且当颗粒分布比较散的时候还会出现严重的夹带现象；另外，特别重要的是烟花开苞药是一种危险性极高的化学物料，其干燥过程需要极高的安全性和洁净性，因此，需要对传统的振动流化床结构和干燥方式进行合理设计，以满足特殊工况条件的要求。

本文针对颗粒状烟花开苞药干燥的特殊性和输送时存在的问题，介绍了一种无气流引导式振动流化技术，探讨其干燥原理、振动流化床（VFB）的设计与制造要点，并对相关结构参数进行了初步分析，以便满足烟花开苞药振动流化干燥过程中洁净度和安全性的需要，为新型振动流化床的结构设计提供依据。

2 无气流引导式振动流化技术的结构、原理及特点

2.1 新型振动流化床技术的结构、原理

本研究提出一种新型的无气流引导式振动流化床，其基本结构如图1 所示。它由入料口、上盖、床体、热水循环加热系统、水末除尘装置、振动电机、隔振弹簧、出料口以及支架等部分组成。前后2个振动电机安装在床体中部，整个床体通过4个隔振弹簧与支架相连，上盖通过支架的4个支撑脚用螺栓固定。床体内部装有热水循环管路，其管道接口与热水循环加热系统相连，上盖几个排气口与水末除尘装置相接。

新型振动流化床的工作原理：当振动电机起动，在电机激振力的作用下床体产生振动，物料由入料口进入流化床床体的送料板，随着流化床中的送料板一起振动而连续向前产生抛物跃动，同时物料通过床体送料板底下热水循环进行加热，使物料中的酒精加热快速挥发并被抽气泵由排气口抽走，再经水末除尘装置净化后排出。物料在流化床中产生流化状态，有利于输送和充分干燥，物料经过一段连续的输送和充分干燥后，再经过一段冷水循环冷却至室温防止受潮，最后从出料口流出。

调整振动电机的安装角度以及偏心振锤的位置可以调整物料的振动方向和振动幅度，改变振动电机的振动频率可以调整物料的振动频率，改变流化床的结构尺寸参数可以控制物料的流动速度，从而影响干燥效率，振动流化模型的工作原理可简化为如图2所示。

2.2 新型振动流化技术的特点

（1）能够保证颗粒烟花开苞药干燥的安全和洁净要求。采用热水循环的方式加热，可控制加热温度在80℃±5℃，能保证烟花开苞药的安全。过去传统的振动流化床床板上开有送风小孔，热风会从床板小孔吹出来，会导致一部分物料会被除尘装置吸走，造成浪费，另外物料会落入分布板的小孔，不利于设备的清洁。因此本设计特别适用于烟花开苞药这种具有易燃易爆特性物质的干燥。

（2）送料速度可调。调整振动电机的安装角度以及偏心振锤的位置可以调整物料的振动方向和振动幅度，改变振动电机的振动频率可以调整物料的振动频率，优化流化床的结构尺寸参数可以达到良好的物料流动效果。操作便利，也适用其它物料的干燥。

（3）干燥过程易于实现自动化。设备结构简单，成本低，由于采用振动流化床技术，干燥过程可以实现全自动化生产，提高了生产效率，降低生产成本。

3 新型振动流化床关键部件的设计与制造要点

3.1 送料板和热水循环组件

本新型振动流化床采用热水循环加热，送料板整体采用无孔设计；同时为了减小物料流动阻力，送料板采用优质的SUS304不锈钢材料制造，床板表面要进行精细抛光处理，这样易于清洗设备，又不会生锈。热水管道采用半圆形管道，避免采用方形管道使受压不均匀，半圆形管与床板下表面焊接（如图3），热水热量直接传导给床板，提高传热效率；为了让送料板加热均匀，把加热区分成多个部分，各部分采用并联方式与热水循环加热系统相连，使各区域都可以同时控制热水的进出，以保证送料板受热均匀，达到物料均匀干燥效果；此外，为了避免烟花开苞药在干燥完后直接接触空气后受潮，故在送料板末端设置了冷却区，设置冷水循环组件，保证物料冷却后接近室温，不容易受潮。送料板结构如图3所示：

3.2 结构参数的确定

振动流化床的相关结构参数的确定影响流化速度及干燥的效果：

（1）振动电机偏振角β。它决定了物料抛出的方向，影响流化的速度。开苞药等物料在振动电机的作用下不断向前跳跃（相当于做斜抛运动），根据斜抛运动原理，开苞药向前跳跃的方向和送料方向成45o角度时，速度最快，故振动电机偏振角取45o。

（2）振动电机的振幅A和振动角速度ω。这两个参数决定了振动力的大小，影响流化的速度。在其它参数一定的条件下，当振幅A和振动角速度ω较小时，达不到流化效果；当达到某一范围内，随着振幅A和振动角速度ω增大，流化的速度也增大，但振幅A和振动角速度ω超过某一幅值时，容易产生紊乱而影响流化效果。

（3）隔振弹簧刚度系数K1和K2。隔振弹簧刚度系数间接决定了送料板的振幅，刚度太大不容易被激振，刚度太小会导致床板振动不平衡。为了保证送料板在竖直方向的振动一致，故隔振弹簧刚度系数K1=K2。

（4）隔振弹簧之间的距离d。隔振弹簧之间的距离d影响了送料板的振幅和床板振动的平衡，从而影响了物料的流化速度，进而影响干燥效率。

4 结语

本文根椐微细颗粒状烟花开苞药干燥的特殊性，针对现有的干燥技术存在的问题，提出了一种新的无气流引导式振动流化技术，并分析了其工作原理、结构设计与制造要点，并对相关结构参数进行了初步探讨，以便满足微细颗粒状烟花开苞药振动流化干燥过程中洁净度和安全性的需要。该技术适合于微细颗粒的物料干燥，送料速度可调，干燥过程易于实现自动化

参考文献：

[1]周兆宏.礼花弹微烟装药的点传火技术研究[D].南京理工大学，2012.

[2]汪海珍.烟火材料颗粒粒度对起始反应温度的影响研究[D].南京理工大学，2013.

[3]陈涛，赵力增，蔺向阳，等.礼花用亮珠对典型固体材料引燃特性[J].南京理工大学学报自然科学版，2014，38（1）：166-172.

[4]谭锐，魏宗升，柳继昌.烟花爆竹药剂干燥方法[J].花炮科技与市场， 2014（1）：39-42.

[5]王艳，吴厚材.振动流化床的特性与使用.工艺与设备，2009.

[6]王艳，吴厚材.振动流化床的特性与使用[J].橡塑技术与装备，2009，35（6）：33-38.

[7]潘永康.现代干燥技术[M]，北京：化学工业出版社，1997，282-292.

[8]康小辉.大型振动流化床动态设计研究[D].东北大学，2010.

作者简介：陈林才（1991-），男，硕士，主要从事先进制造技術方面的研究。