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振动流化床运用于食品行业

信息来源：本站 | 发布日期： 2016-10-17 15:11:57 | 浏览量：1644

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振动流化床在食品工业上用于干燥果汁型饮料、速溶乳粉、砂糖、葡萄糖、汤料粉等。
流化床干燥机呈长方形或长槽状箱体结构。流化床工作部位为多孔板，由薄钢板冲孔、细钢丝编织网或氧化铝烧结成多孔陶瓷板制成，多孔板下方是热空气强制通风室。干燥时，颗粒状食品原料由供料装置散布在多孔板上，形成一定料层厚度，热空气穿过多孔板，对板上物料进行干燥加热，同时使板上的食品原料呈沸腾状态，如同流体流动一般，所以叫流化状态。物料因流化而加速向出口运动，干燥物料通过出料口排出机外，吸湿换热后的低温空气由排风口排出。

一、流化床干燥机的原理及特点
在其他条件一定时，流化床上物料流化状态的形成和稳定主要取决于气流的速度。流化床上物料层的状态与气流速度的关系如图10—6所示，气流速度与床层压力降的关系如图10—7所示。

(1) 固定床段当风速很小时，气流从颗粒间通过，气流对物料的作用力还不足以使颗粒运动，物料层静止不动，高度不变，即固定床阶段(图10—7所示曲线的OA段)。
(2) 松动床段床层压力降随气流速度的增加而增大，当气流的速度逐渐增大至接近νK时，压力降等于单位面积床上物料层的实际重力时，床层开始松动，高度略有增加，物料空隙率也稍有增加，但床层并无明显的运动，即松动床阶段(图10—7所示曲线的AB段)。
(3) 流态化开始阶段当气流的速度增大至νK(气流临界流化速度，此时床层压力降达到^大值ΔPK)并继续增加时，颗粒开始被气流吹起并悬浮在气流中，颗粒间相互碰撞、混合，床层高度明显上升，床上物料呈现近乎液体的沸腾状态，即流化态开始阶段(图10—7所示曲线的BC段)，此阶段床层处于不稳定阶段，极易形成“流沟”。流沟的出现使气流分布不均匀，大部分气流在未与物料颗粒充分接触前便通过。流沟若出现在物料流态化干燥过程中，引起于燥不均匀，干燥时间延长，白白浪费热量。
(4)流态化展开段当气流的速度进一步增大，床上物料处于稳定的流化状态(图10—7所示曲线的CD段)，在物料流态化干燥时，热风气流的速度应稳定在CD范围内。
(5)气力输送阶段当气流速度再增大，气流对物料的作用力使物料颗粒被气流带走，即气力输送阶段(图10—7所示曲线的DE段)。

二、流化床的工作参数
(一)临界流化速度νK和操作速度
临界流化速度对于流化床的研究、设计、操作、运行是一个重要的参数。临界流化速度由团体颗粒和流体介质的性质所决定的，其大小表示流态化形成的难易程度。临界流化速度越小，流化状态越容易形成。临界流化速度νK的计算公式有多种，因归纳公式的实验条件不同，每个计算公式的应用范围都有其局限性。根据A．G．费根的研究，果蔬食品流化床的临界速度νK(m／s)与物料单颗粒的质量呈抛物线关系，即

实际操作速度ν为

式中，mp为颗粒单体的质量，g／个；νK为临界速度，m／s；ν为实际操作速度，m／s。
(二)风机压力
风机的压力主要用于克服气流通过各种工作部件的阻力，如物料颗粒层的阻力、匀风筛板的阻力、换热器的阻力，以及流通阻力和局部阻力等。
在流化床中，匀风筛板既用于支承和输送物料，又起到匀风的作用，使气流在筛板上分布均匀。匀风筛板的阻力与气流速度和筛板开孔率有关。由于依据的条件不同，计算公式也不相同，实际计算时，常取匀风筛板的阻力为食品颗粒层阻力的10％-40％。换热器阻力、流通阻力和局部阻力按常规方法计算。
三、振动流化际干燥机的结构
(一)振动方式
(1)强制振动型利用安装在机体两侧的振动电动机产生直线振动，振动电动机安装相位角决定振动方向，更换固定偏心块或改变可动偏心块之间的夹角可调节激振力大小。由于振频通常高于固有频率，在启动和停车的过程中，频率经过固有频率时，会产生共振，机体会产生较大振幅，尤其在停车时，剧烈的摇晃会产生较大冲击力，采用适当的措施，可减轻这种现象。
(2)固有振动型振型由主振器固有振动决定，振幅一般不可调。运转中只需提供较少能量，以补偿主振弹簧振动中内摩擦及其他阻力消耗。节能是其突出特点，但寿命较低。
振动流化床干燥机为能适应各种不同的物料，应选强制型。如只是针对某一具体物料设计，选择固有振动型往往会获得较好的经济指标。
(二)振动电动机的位置
振动电动机的位置可有多种，电动机居中，电动机座板可在180°范围内任意调整，使相位角可以按需调节。由于电动机位置接近质心，易于调整机体前后平衡，从而保证振动流化床进出料端振幅相同。如将振动电动机安装在尾部，电动机散热条件较好，但改变相位角较困难。
(三)上、下箱体
上箱体将干燥区同大气分隔开，防止粉尘外逸污染环境。上箱体通常设计为薄壁结构，壁厚为1—4mm，可焊接加强筋，下箱体的基本功能是机体和空气分配室，它和匀风板共同完成将热风均匀送入床层的任务。一般下箱体进风口面积为匀风板开孔面积的6—8倍时，床层下部风较均匀。因此下箱体容积须足够大。下箱体结构同上箱体一样也为薄壁结构，但由于要承受参振质体动负荷，应设计为框架箱式结构。
(四)匀风板
匀风板多采用0.3—6mm厚的钢板钻孔或冲制孔而成，有的还要在底部焊筋以提高刚度，用来支承物料，并将气体均匀分布于料层中。
开孔率即匀风板开孔面积和与匀风板总面积之比，是匀风板的重要特性参数。开孔率越大，流化质量越不易保证，漏料也会越严重。但开孔率过小会使阻力加大，动力消耗提高。振动流化床干燥机开孔率一般取1％-5％，其下限常用于颗粒较细、密度较小的物料。当在匀风板下加设均风和防漏网时，开孔率可取7％-8％。
(五)隔振设计
振动引入流化床对干燥有利，但对周围环境不利，应设法降低或消除。强制振动式流化床一般用隔振方式，使传给地基的动载荷降到安全程度。隔振，就是用刚度较小的弹簧将振动流化床支承起来。常用的隔振弹簧有金属螺旋弹簧和橡胶弹簧。金属螺旋弹簧具有制造简单、内摩擦小、能耗低等优点，但体积大、易产生噪声、横向刚度小、易使机器产生横向摆振。橡胶弹簧则可制成不同形状和尺寸，三个方向刚度均可按需要设计，噪声低，过共振区时振幅较小，但适应温度能力较差，近年橡胶弹簧已大量采用。