橡胶颗粒振动流化床中流体力学行为的研究

　　振动流化床作为一种改型流化床,近20年来,已广泛用于化学、食品、医药、塑料等工业,其中尤以干燥领域的应用更为突出.振动流化床是气固换热的场所,气流和橡胶颗粒的高的热交换率可使能量得到有效利用.把振动流化床引入低温粉碎领域,并对橡胶颗粒进行预冷的可行性已被实验证实[1].众所周知,低温粉碎在解决废旧橡胶的回收利用方面已取得了一定的成效,尤其避免了废旧橡胶的燃烧处理对大气的危害.本文的研究具有较强的实际意义.

　　尽管振动流化床已在工业上广泛应用,但是有关其基础理论的研究还很不充分,尤其振动流化床接触到崭新的物料──橡胶颗粒的研究是非常少见的.本文在振动流化床常温实验装置上,以橡胶颗粒为试料,较系统地研究了振动流化床内的流体力学特性,并同文献中其它物料加以比较,考查了振动对橡胶颗粒等难以流化物料的流化性能的影响.

　　1　实验装置和方法

　　1.1　实验装置流程

　　实验流程如图1所示.床体为一矩形结构,长约3.5 m,宽约0.2 m,分布板为低开孔率11%.振动流化床的下床体为气体预分布室,以使气流分布均匀.分布板上下各有1个测压孔与1压差计相连.整个床体支撑在振动弹簧上.床体前后两侧各有1个振动电机,产生周期性振动,振动沿长度和高度2个方向的分量分别使物料产生流化和使物料沿床长方向向前移动.振动电机的振频是固定的,为16.67Hz(1 000r/min),振幅可通过调整振动电机中偏心块夹角来改变.振幅的大小可由安装在振动流化床的上床体前面板上自制的振幅牌来读取,可精确至0.1×10-3m.振幅的读取方法如图2(b为振幅牌上圆的直径)所示.

　　空气由风机引入,经孔板流量计后进入振动流化床的下床体,再经气体分布板后流经床层.

　　1.2　实验方法

　　实验所用橡胶颗粒的物性如表1所示.

　　实验时,将振动流化床和给风风机的电源开启,打开气量为最大并同时送入颗粒.达到稳定的工作状态后,逐渐减小气量,并同时用压差计记录读数,直至气量减至接近于零为止.床层压降由下式求得:

　　Δp =Δpt-Δpp

式中　Δpt为分布板上有物料时一定气速下读得的压力降数值,Pa;Δpp为空床时与上述气速相同时的压降读数,Pa;Δp为对应上述气速下的床层压降,Pa.

　　2　橡胶颗粒实验结果分析

　　2.1　流化曲线的测定结果分析

　　实验在下述操作范围内进行:分布板开孔率为11%,料层厚度为5×10-3~12×10-3m,振幅为2.6×10-3~3.3×10-3m,气流表观速度为0~0.53 m/s,振动频率为16.67Hz.实验测定了不同振动强度、不同料层厚度下橡胶颗粒的流化曲线.振动强度的概念如下定义: