（1）流化現(xiàn)象

在一個(gè)干燥設(shè)備中，將顆粒物料堆放在分布板上，氣體由設(shè)備下部通入床層，當(dāng)氣流速度增大到某種程度時(shí)，固體顆粒在床層內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)沸騰狀態(tài)，這種床層就稱(chēng)為流化床，而采用這種方法完成的干燥過(guò)程稱(chēng)為流化床干燥。根據(jù)床層的幾何尺寸、固體顆粒物料特性以及氣流速度等因素的不同，流化可存在三種階段。

1）第一階段——固定床

當(dāng)流體速度較低時(shí)，在床層中的固體顆粒雖與流體相接觸，但顆粒間的相對(duì)位置不發(fā)生變化，這時(shí)固體顆粒的狀態(tài)稱(chēng)為固定床。若對(duì)流體通過(guò)床層的總壓力損失ΔP測(cè)定，對(duì)流體空塔速度v0（v0為體積流量除以空床橫截面積）在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上進(jìn)行標(biāo)繪，則ΔP和v0之間的關(guān)系如圖1所示的AB段那樣，ΔP隨v0上升，成一傾斜直線(xiàn)的關(guān)系。

2）第二階段——流化床

當(dāng)處于固定床階段的流體流速繼續(xù)增加，達(dá)到B點(diǎn)并超過(guò)B點(diǎn)以后，各固體顆粒之間就會(huì)產(chǎn)生位置移動(dòng)，若流體速度還繼續(xù)增加，而床層的壓力損失保持不變，固體顆粒在床層中就會(huì)發(fā)生不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，此時(shí)床層就處于流態(tài)化，即為流化床。固體顆粒運(yùn)動(dòng)的劇烈程度隨著流體流速的增加而增加，在流速的一定范圍內(nèi)，固體顆粒仍停留在床層內(nèi)而不被流體所帶走。如圖2所示它是不定型的，能隨著容器的形狀而改變，具有液體的流動(dòng)性。在固體顆粒物料的特性、床層的幾何尺寸和流速一定時(shí)，則該系統(tǒng)有確定的性質(zhì)，如密度、導(dǎo)熱性、比熱容和黏度。而隨流速的增大，床層的高度和空隙率也隨之增大，但流體通過(guò)床層的壓力損失ΔP的大小卻與床層中固體顆粒的質(zhì)量保持相當(dāng)，基本上不隨流速的增大而發(fā)生變化，這時(shí)在床層中能保持一個(gè)能見(jiàn)到的固體顆粒界面。

固體顆粒在床層中開(kāi)始蠕動(dòng)，剛剛出現(xiàn)流化的一點(diǎn)（即圖2中的B點(diǎn)）稱(chēng)為臨界流化點(diǎn)。而B(niǎo)點(diǎn)是ΔP和v0關(guān)系的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，若再提高流速，其壓力損失基本上保持一定值ΔPmf，直到C點(diǎn)。

若從流化狀態(tài)開(kāi)始降低流體流速，直到D點(diǎn)，床層就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭ù病點(diǎn)和B點(diǎn)的差別甚小，這是由于經(jīng)過(guò)流態(tài)化后，固體顆粒重新排列而較為疏松。若繼續(xù)降低流體流速，則遵循DE線(xiàn)的關(guān)系而變化。故通常把對(duì)應(yīng)于D點(diǎn)的流速稱(chēng)為臨界流速vmf。從工程上應(yīng)用方便起見(jiàn)，可認(rèn)為D點(diǎn)同B點(diǎn)是重合的。而DC是相當(dāng)寬的流速范圍，在這一范圍內(nèi)，固體顆粒在床層總是保持著流化狀態(tài)，當(dāng)然，流體與固體顆粒運(yùn)動(dòng)的劇烈程度是隨流速的大小而不同。流化床與固定床階段相比，床層明顯地膨脹。常以空隙率ε表示床層膨脹程度。

3）第三階段——?dú)饬鬏斔?/p>

在流化床內(nèi)，若流速超過(guò)了圖2中的C點(diǎn)，即流體流速大于固體顆粒的沉降速度v，此時(shí)固體顆粒就會(huì)被氣流帶出容器，而不能繼續(xù)停留在容器內(nèi)，這就是第三階段——?dú)饬鬏斔汀姆植及迳戏街钡搅黧w出口處，整個(gè)容器充滿(mǎn)著固體顆粒，它們相互間的碰撞和摩擦較小，而是以一個(gè)向上的凈速度運(yùn)動(dòng)。床層也失去了界面，而床層的迅速下降，ε增大，床層內(nèi)的固體顆粒密度降低，此狀態(tài)也稱(chēng)為稀相流化床。

（2）散式流態(tài)化和聚式流態(tài)化

1）散式流態(tài)化

較理想的流態(tài)化表現(xiàn)為固體顆粒在床層內(nèi)均勻分散、平穩(wěn)沸騰。此類(lèi)流態(tài)化在液-固系統(tǒng)中常見(jiàn)，在氣-固系統(tǒng)中，當(dāng)流速超過(guò)臨界流速vmf或接近沉降速度vt時(shí)，同樣也會(huì)出現(xiàn)散式流態(tài)化。圖2為散式流化床。

2）聚式流態(tài)化

固體顆粒不以單個(gè)的形式出現(xiàn)，而以顆粒團(tuán)形式出現(xiàn)，識(shí)別不出顆粒的平均自由行程，此為聚式流化床。這時(shí)流體常以氣泡的形式通過(guò)床層并上升，氣泡在上升過(guò)程中慢慢長(zhǎng)大、合并或有少數(shù)破裂現(xiàn)象，最后到達(dá)床層界面時(shí)會(huì)發(fā)生破裂，床層壓力損失波動(dòng)，從外觀上看床層好像沸騰的液體。當(dāng)在氣泡中夾帶有少量固體顆粒時(shí)，稱(chēng)為氣泡相，氣泡相中平均含有0.2%～1%的固體顆粒。而當(dāng)氣泡周?chē)嬖诖罅抗腆w顆粒時(shí)，則稱(chēng)為乳化相。

氣泡相和乳化相組成不均勻的聚式流化床（圖3）。一般，固體顆粒和流體密度相差較大的流化系統(tǒng)多趨于聚式流態(tài)化；反之，固體顆粒和流體密度相差較小的流化系統(tǒng)多趨于散式流態(tài)化。在流化床干燥機(jī)中，由于干燥介質(zhì)的流體密度較小（如熱空氣、煙道氣、惰性氣體），其固體顆粒密度和流體密度相差較大，故在流化床干燥中所遇到的流化狀態(tài)大都是聚式流態(tài)化。

（3）聚式流化床中常見(jiàn)的幾種不正常現(xiàn)象

1）溝流

在流體通入固定床層時(shí)，由于各種原因?qū)е铝黧w在床層中分布不均勻，在床層的局部地方產(chǎn)生了短路，使相當(dāng)多的流體通過(guò)短路流過(guò)床層，此時(shí)即使通過(guò)床層的氣流速度大于臨界速度，床層卻也不會(huì)發(fā)生流化，見(jiàn)圖4。在流化床干燥機(jī)中若產(chǎn)生溝流，會(huì)使干燥介質(zhì)與被干燥的污泥接觸不良，從而降低干燥效率。若要使其發(fā)生流化，流體流速就必須比臨界速度大很多，才能使料層“開(kāi)鎖”。此“開(kāi)鎖”點(diǎn)即為圖5中的K點(diǎn)，此時(shí)床層開(kāi)始沸騰流化，床層壓力突然下降，即由K點(diǎn)降到C點(diǎn)。此后壓力損失可能隨著流速的增加而出現(xiàn)回升，但達(dá)不到理論的壓力損失值。

產(chǎn)生溝流的原因一般有：a.物料潮濕，易結(jié)塊，在床層中料層厚薄不均勻，從而在床層薄、結(jié)塊少的局部產(chǎn)生溝槽；b.料層顆粒度的分布不均，其中細(xì)小顆粒含量過(guò)高，且流體流速較低；c.由于氣體分布板設(shè)計(jì)不合理或孔板上的開(kāi)孔數(shù)較少，故氣體分布不均勻。

欲消除溝流現(xiàn)象，一般必須增加流速或改善分布板設(shè)計(jì)，而且污泥不能太濕，必要時(shí)可在床層內(nèi)加設(shè)攪拌裝置。在工藝操作上，可以采用先送氣后加料的方式。

2）騰涌

在流化床內(nèi)固體顆粒大小分布不均勻、氣體通過(guò)分布板不均勻、流化床的高度與直徑比值較大等因素，會(huì)使床層內(nèi)的氣泡匯合長(zhǎng)大，直至氣泡直徑大到接近于床層內(nèi)徑時(shí)，由于氣速較大，固體顆粒在床內(nèi)就會(huì)形成活塞狀向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)氣泡在密相界面上破裂時(shí)，顆粒會(huì)被向上拋出很高，小顆粒被氣流所夾帶，然后較大的顆粒紛紛落下，如此往復(fù)循環(huán)，就會(huì)使固體顆粒與干燥介質(zhì)流體接觸不良，干燥效率降低，這種現(xiàn)象即稱(chēng)為騰涌，見(jiàn)圖6。

在流化床干燥中，騰涌會(huì)使床層受到較大的沖擊，從而損壞床內(nèi)構(gòu)件。而且騰涌常會(huì)使污泥固體顆粒加劇磨損，大量的污泥細(xì)粉被氣流帶出，需要避免騰涌現(xiàn)象的產(chǎn)生。而要避免騰涌現(xiàn)象，可將流化床干燥機(jī)的高度適當(dāng)?shù)丶痈撸睆竭m當(dāng)?shù)丶哟螅⑶沂笻/L<1，必要時(shí)可在床層內(nèi)加設(shè)擋板或擋網(wǎng)等內(nèi)部構(gòu)件，以破壞騰涌的產(chǎn)生。

（4）流化質(zhì)量

在氣-固兩相的流化床干燥機(jī)中如圖 7所示，流化質(zhì)量的好壞可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行鑒別。

① 流化質(zhì)量好時(shí)，床層壓力損失波動(dòng)一般小于±3%。若壓力損失波動(dòng)超過(guò)±10%，則是不正常流化。

② 流化質(zhì)量好時(shí)，床層溫度（軸向、徑向）分布均勻，溫差一般小于2℃。

③ 用聽(tīng)音棒沿?zé)犭娕急Ｗo(hù)管聽(tīng)床層內(nèi)流體及固體顆粒流動(dòng)的聲音或用儀器測(cè)定起泡頻率，頻率高者說(shuō)明氣泡小，流化均勻。當(dāng)流化很差時(shí)，設(shè)備和支架會(huì)出現(xiàn)明顯的振動(dòng)。

在通常情況下，當(dāng)流化床中流體空床流速超過(guò)臨界流速不太大時(shí)，床層內(nèi)可產(chǎn)生較為劇烈的攪動(dòng)，此時(shí)氣、固兩相就可以進(jìn)行良好的接觸，故流化速度一般不宜過(guò)大。此外，為了改善流化質(zhì)量，還可通過(guò)選取較寬的固體顆粒粒度范圍和較低的床層來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（5）流化床干燥特點(diǎn)

① 溫度分布均勻，由于流化床內(nèi)溫度均一避免了局部過(guò)熱，并能自由調(diào)節(jié)，故可得到均勻的干燥產(chǎn)品。

② 傳遞效果好，由于與物料的接觸面積大同時(shí)物料不停攪拌，熱傳遞迅速，所以處理能力大。

③ 停留時(shí)間可調(diào)節(jié)，由于滯留時(shí)間可在幾分鐘到幾小時(shí)范圍內(nèi)任意選定，可以按需調(diào)節(jié)，控制物料的含水率。

④ 處理容易，因流化床具有相似于液體的狀態(tài)和作用，所以處理容易，物料輸送簡(jiǎn)單。

⑤ 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造和維修，并易于根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)行放大。

⑥ 在同一設(shè)備內(nèi)，既可進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)操作，又可進(jìn)行間歇生產(chǎn)操作。