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'振动流化连续造粒机结构设计 任务书毕业设计（论文）题目：振动流化连续造粒机结构设计设计(论文)的基本内容：根据题目进行调研并参观相似实物及照片，主要进行结构设计，振动流化连续造粒机成套图纸的结构设计，并通过计算参振质量，确定振动电机，隔振弹簧计算等，完成设计计算书。毕业设计（论文）专题部分：题目：　疏松颗粒造粒方法探讨　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　设计或论文专题的基本内容：根据制药厂普遍使用的一步造粒机进行调研，探讨连续造粒的方法。学生接受毕业设计（论文）题目日期　　　　　　　　　　　　　第　1　周指导教师签字：2008年　3　月　4　日i 东北大学毕业设计（论文）摘要振动流化连续造粒机结构设计摘要本论文以振动流化床喷雾造粒方法为基础，设计了一种新型的集造粒、筛分、干燥、除尘为一体的连续造粒机型──振动流化连续造粒机。该机使用粉状原料，成品为疏松颗粒，粒度均匀，并且颗粒的大小可以根据需要调节，连续生产。本机具有造粒效率高，干燥效果好，返料率小，能耗低，操作简单，占地面积小，投资小等众多优点，能广泛地适用于制造咖啡、添加剂、药品、食品等疏松颗粒的制造。在结构上，根据一步流化床造粒法原理，综合前人对连续造粒的研究，对颗粒筛分、干燥、不合格颗粒的返料、粉尘分离等机构进行了类比设计或者设计改造，以适应连续流化造粒过程，并对给料方式、加热、进风等设备做了相应的改进，使其适应自动化生产。振动流化床已商业化的应用在各种各样的过程，如热交换，粒子加工和化学反应等。机械振动施加于流化床可显着改善气-固接触和流化的状态。和传统的流化床相比它可维持较低的气速和压降，悬浮在气流中的颗粒受压力的影响是可以流动的。当有压力的干扰，这个干扰会穿越流化床形成相当于弹性介质的压力波。在沸腾的流化床中，流化床的介质是由泡沫状态和乳状组成的。振动流化床中流化特征的经验公式在许多论文中针对各种应用有很多的报道。本文根据圆柱形振动流化床喷雾造粒的机理，研究了颗粒的生长规律，对影响成粒的因素进行了分析，计算了造粒过程中的关键参数，并根据计算参数，参考市场上的同类产品进行了设计，最终做出了振动流化连续造粒机的整机结构设计，并对配套的设备有个初步的选型。在本文的最后，对设计方案进行了科学的环保和经济效益分析，并提出了振动流化连续造粒机的可持续发展的方案和改进计划。关键词：流化床，造粒，布袋除尘，振动输送，干燥iii东北大学毕业设计（论文）Abstractiii 东北大学毕业设计（论文）AbstractStructuraldesignofContinuityvibrationfluidizedgranulatorAbstractThispaperbasedonthemethodofParticlesizeenlargementbyvibrationfluidizedbed,designedanewtypeofgranulation,whichsetparticlesizeenlargement,screening,drying,filteringdustasone.Thevibratingfluidizedbedhasbeenappliedcommerciallytovariousprocesses,suchasheatexchange,particleprocessingandchemicalreaction,etc.Themechanicalvibrationimposedonafluidizedbedcansignificantlyimprovegas–solidcontactandtransportcharacteristics.Itcanbeoperatedatalowergasvelocityandpressuredropcomparedtoaconventionalfluidizedbed.Inabubblingfluidizedbed,themediumofthebediscomposedofabubblephaseandanemulsionphase.TheparticlessuspendedinthegasflowaremobileandaffectedbyfluctuationThispaperstudiedtheMechanismoftheParticlesizeenlargement,analyzedtheimpactoffactorsofthegranulationprocess,andoptimizetheparametersinthestructure.Tomeetforthecontinuingproductofparticles,automatedproductioncanbeachieved.ThistypeofmachinemakethepowderedmaterialsintotheLoosegranularball,andthesizeofparticlescanbechangedbyneed,ItContinuousoutputproduction,soithaveahigherefficiencythantheTraditionalone.Simplyoperation,Lowconsumptionofenergy,lessCoversofanarea,Smallinvestment,makesitbeapopulargranulation.Itcanbewidelyusedinthemanufactureofcoffee,additives,pharmaceuticals,foodmanufacturing,andotherlooseparticlesproductFinally,EnvironmentalProtectionandCost-effectivenessanalysiswerebeconsidered,andmadethereportonthecontinuedevelopmentandimprovingplanonthismachine.Keywords:CFB,granulation,filteringdust,vibrationtransmission,dryiii 东北大学毕业设计（论文）第一章绪论第一章绪论1.1造粒技术总述造粒的含义是广义的，其目的是通过适宜的工艺条件改变颗粒的尺寸、形状、强度等，主要通过两种途径来实现[1]：一种是成型加工法，主要目的是控制单个团块的性质(如形状、尺寸、成份、密度等)。成型加工的生产能力低，一般是以每小时生产多少块来计量。成型加工法在瓦片、砖块、药片等制备中己沿用了几个世纪，目前主要用于制药、粉末冶金和陶瓷等工业中。另一种是粒径增大法，主要目的是使细粉粒子团聚或包涂长大成较粗的颗粒。粒径增大法生产能力较大，有利于处理大批量物料，其处理量一般以每小时多少吨来计量。上世纪初，这种造粒技术己经成为许多工业生产过程中的基本过程。到上世纪30年代，发展更为迅速，其主要原因是：(1)农业的发展需要使用高质量的氮肥，而非颗粒状的氮肥易产生严重结块现象。(2)原材料必须粉碎后除去杂质，再将高品位的材料进行造粒。(3)环境保护因素，包括使用较大颗粒避免粉尘和烟雾对空气的污染，以及对回收粉尘的处理。(4)自动化的高强度生产，要求给料具有良好的流动性。(5)现代食品向速溶或方便化发展。这些因素都推动了造粒技术的发展。粉状产品粒状化已成为世界粉体后处理技术的必然趋势。1.2各种造粒方法的特点-9- 东北大学毕业设计（论文）第一章绪论造粒技术在近几十年来迅速发展，形成了搅拌造粒法、压力造粒法、热造粒法、喷雾造粒法、流化床造粒法以及在液体介质中进行的造粒法等近10种工艺，已广泛应用于食品、医药、化工、轻工等工业部门。以下对其成粒原理及优缺点进行简单叙述。1.2.1搅拌造粒法搅拌造粒是将某种液体或粘结剂渗入固态细粉末并适当地搅拌，使液体和固态细粉末相互密切接触，产生粘结力而形成团粒。搅拌造粒的方法可分为滚动造粒和混合造粒。其中，滚动造粒是指将液体粘结剂加入粉末中，然后经过多次滚动，形成团核(母球)，母球聚积，或被细粉层析，长大为较大颗粒；而混合造粒是指在卧式圆筒中，通过双轴式搅拌器的搅拌作用，将湿的可塑性粉粒物料混合并松散抖开成球状体颗粒，又称湿式造粒。优点是成型设备结构简单，单机产量大，所形成的颗粒易快速溶解、湿透性强；不足之处在于颗粒均匀性不好，所形成的颗粒强度较低。搅拌造粒法多用于选矿、化肥、精细化工、食品等行业。由于造粒、干燥两个过程是在不同的设备中完成的，因此其造粒干燥原理及其工程技术与喷雾造粒干燥有本质区别。一次造粒成型率低，合格粒子所占比例小，整个流程长，热量损失大，能量消耗大，粉尘污染严重等缺点。1.2.2压力造粒法压力造粒法是将粉末限定在一定空间中通过施加外力而压紧为密实状态。压力造粒法取决于施加外力的有效利用和传递，也取决于颗粒物料的物理性质。根据所施外力的物理系统的不同，压力造粒法可分为两大类，一类是模压造粒法，物料装在封闭模槽中，通过往复运动的冲头进行模塑，由于只是单向压力，压实固结时，几乎不发生颗粒内部运动和剪切作用。这种方法又可分为单向活塞压制造粒法和辊筒压制造粒法。另一类是挤压造粒法，在挤压造粒过程中，物料承受一定的剪切和混合作用，在螺旋或破子的推动下，通过一开口模或锐孔而固结成型。图1.1和图1.2-9- 东北大学毕业设计（论文）第一章绪论是两款压力造粒机的外观图片。图1.1JZL挤压造粒机图1.2JZL130挤压造粒机优点是可制造较大的团块，所制成的物料也有相当的机械强度，产量大，造粒产品粒度均匀，颗粒强度高，缺点是设备的适用范围较小，对有的物料不易脱模。多用于建筑、制药等行业。挤压造粒也是目前我国粉体造粒的主要方法之一。1.2.3热造粒法热造粒法是通过热量传递将小颗粒形成较大的实体的造粒方法。热法团聚过程中可能起作用的团聚机理包括浓泥浆或湿细物料的干燥、熔融、高温化学反应、熔融物或浓泥浆冷却固化或结晶。根据热传递的方式不同可将热法造粒分为烧结、热硬化、造球以及干燥固化等处理方法。热造粒法大都在窑或炉子中进行。这种造粒方法一般仅适用于陶瓷和金属压制品的最后处理。烧结物比较不规则，生产能力不高，但可以处理很多粗物料。1.2.4喷雾造粒法1872年SamluelPercy将喷雾造粒技术申请专利，并详述了喷雾干燥的基本原理[4]-9- 东北大学毕业设计（论文）第一章绪论，此后喷雾造粒技术得到迅速推广。喷雾造粒法是将液体物料向逆流或并流的气流中喷雾，在液滴与气流间进行热量与物质传递而制得球状粒子的方法，在造粒操作的同时进行干燥操作的喷雾干燥法及经空气冷却而固化的喷雾冷却法为其代表。用喷雾法造粒可处理的液体物料形态有：溶液、膏状物或糊状物、悬浊液和熔融液等。垂直上升逆流热风由塔底部进入，液体物料从塔顶部由压力喷嘴中喷雾，尾气由塔顶部排出系统外，成品由塔底取出。塔内热风速度保持在0.3---0.6m/s左右的低速。喷雾造粒法的设备就是喷雾干燥塔、雾化器以及筛分除尘等设备。其典型工艺流程示于下图1.3.喷雾造粒法的特点是：造粒速度快，只要几秒到几十秒；成品质量好，特别适用于热敏性物料的造粒；系统可密闭连续操作，环境污染小，适合于大规模生产；但是热效率低，产品粒度小。液料添加剂空气分散加热雾化造粒干燥分级成品接收粗粒粉碎除尘废气排出图1.3喷雾造粒工艺流程示意图随着喷雾干燥技术的发展，被干燥物料种类繁多，其组织结构、理化性质以及与水的结合形式差异甚大，而且结构随着干燥过程的进行，湿含率的逐渐减少而变化，所以不仅不同物料的造粒机-9- 东北大学毕业设计（论文）第一章绪论理不同，而且同一种物料在不同的干燥阶段其造粒机理也不相同，甚至同一类物料的干燥特性仍有很大差异，无法按其分类建立统一的干燥过程模型。国内外学者在喷雾干燥动力学、雾化机理及雾化特性、喷雾造粒装置等方面做了大量研究工作。传统的造粒方法是由混合机、捏和机、造粒机、造粒机、粉碎机以及筛分机等设备组成。为达到同一造粒目的，传统造粒过程不仅操作时间长、物料损失多，而且操作条件也很差，难以满足生产的要求。在目前众多造粒方法中，流化床造粒越来越引起人们的关注。1.2.5流化床造粒法流化床是60年代发展起来的一种干燥技术[4]，目前在化工、轻工、医药、食品以及建材工业都得到了广泛的应用。流化床造粒法是在流化床干燥技术基础上发展起来的一种新型技术，是使粉体保持流动状态，再把含有粘结剂的溶液进行喷雾使之团聚的造粒操作。使混合、造粒、干燥、分级等工序均在一个装置中，在密闭状态下短时间完成。较之其他造粒法可大大减少装置。此外，制得的颗粒因多孔有易溶解的特点。连续式流化床造粒装置，物料由加料器连续送入，使物料在流化床内充分的循环运动，这时再由供液装置供给液体，并使之雾化，产生适量的核，此时颗粒像滚雪球式的成长，达到要求的粒径后，由风选进行分级处理，并连续排出。其装置可分立式和卧式两种型式。按喷嘴位置有三种形式，上部喷雾，水平喷雾和底部喷雾。下面的图1.4是顶部喷雾造粒原理，图1.5是底部喷雾造粒的原理图。流化床造粒装置，是由流化床体、流化筛板、流化气供给室、粘结剂雾化装置、集尘装置、热交换器、送风系统等构成。其工作原理如图1.4所示。在床层内事先装入一定量的颗粒作晶种。空气经过送风机或引风机，通过加热器使温度保持一定范围，再通过流化气供给室，使流化气均匀的-9- 东北大学毕业设计（论文）第一章绪论1一引风机；2一布袋除尘器；3-雾化器；4一气体分布筛板；5一气体供给室；6一换热器；7一空气过滤器。图1.4流化床工艺流程图图1.5下方喷雾流化床造粒工艺流程分布通过筛板，在热风的作用下把粉体保持悬浮流化状态。由流化床内中心位置的喷嘴使粘结剂雾化，并使喷雾液滴与粉体接触，逐渐凝集成粒。流化床造粒具有以下几个特点：（1）流化床造粒工艺中，从物料混合到干燥完全在一个密闭的装置内进行，处理时间短，没有污染和输送方面的损失。（2）工艺流程简单，设备装置紧凑，投资节省；（3）能耗较低；（4）产品粒度比普通喷雾干燥法大；-9- 东北大学毕业设计（论文）第一章绪论（5）产品表面光洁、无结块，具有很好的流动性；（6）流化床的床层温度分布均匀，传质、传热速率快，生产能力大。但是这种传统的流化床造粒技术有其缺点。主要是:其一，传统流化床颗粒流化的动力完全由气体提供，由于颗粒尺寸较大所需流化气速高，动力消耗高；其二，由于流化床的停留时间不均匀，使造粒产品粒度分布宽，例如挪威Hydro尿素造粒塔的出床产品中有10%的细粉和40%的超大颗粒，超大颗粒需要粉碎成小颗粒返回造粒器，颗粒破碎量大，破碎能耗很高。1.2.6振动流化床喷雾造粒法振动流化床喷雾造粒是在传统的流化床造粒基础上发展起来的一种新造粒技术。将机械振动引入普通流化床，颗粒物料受气流和振激力的双重作用而流化，可以在较低的流化气速下形成均匀的流化状态；另外，振动流化床内作抛掷运动的颗粒在连续操作中从流化床入口到出口的运动近似平推流，停留时间比较一致。若使用振动流化床造粒可有效克服传统流化床的上述缺点，能减低风机动力消耗并使产品粒度均一。1.3振动流化床造粒技术的发展现状通常，在普通流化床上施加振动，称振动流化床。它是在流化床干燥器基础上发展起来的一种新型高效节能型干燥装置。在振动流化床中，物料的输送是由振动来完成，同时，振动还可使物料的最小流化速度降低，而送给流化床的热风只是用来传热和传质，这就可明显地节省能量。自振动流化干燥技术30年代提出以来，振动流化床(单层)在国外早在50年代就开始研究,并用于生产。80年代国内开始有振动流化床的相关报导，90年代以后，国内学者叶世超对振动流化床中水平换热管的传热做了进一步研究，取得了重要成果。-9- 东北大学毕业设计（论文）第一章绪论目前对振动流化床的研究在流体动力学、传热、传质等方面已有大量的报导，但是将振动流态化技术应用于造粒的研究还很少。赵艳春、张振伟等采用流化振动连续造粒机生产直径<<１mm的细小颗粒[8]，对流化床的流化机理和喷雾造粒过程中两种不同的颗粒成长机理进行了分析，得出流态化时床内粉料浓度的分布特征。单宝峰等以1-80pm（1pm等于千分之一纳米）的食用面粉为物料使用间歇操作的振动式流化造粒造粒机生产出0.495mm的颗粒，并实验研究了操作参数对造粒性能的影响。这些研究主要集中于微小粉粒体物料团聚造粒的研究，而振动流态化技术应用在生产大颗粒产品的研究和应用较少。大颗粒产品具有颗粒大而密实，吸湿性小，不易结块，不易挥发，热稳性好，粉尘污染小等优点。用于肥料时肥效缓释性强，且大颗粒非均质复合肥可根据农作物不同生产时期释放不同肥分，肥料利用率高；用于医药时可抗静电、遮蔽苦味、速溶和控释；用于农药生产领域，可使高毒农药低毒化，延长药剂有效期限，减少飘移，避免或减轻杀伤天敌，使用安全、方便等。因此开发生产大颗粒产品具有很重要的意义。振动流化床喷雾造粒技术作为一种高效、节能的造粒新技术，具有广泛的工业应用前景。尤其应用于大颗粒造粒操作过程，振动流化床能减低动力消耗的优点更为突出。本文在圆柱形的振动流化床中研究了连续振动流化床喷雾造粒法生产疏松颗粒的机理和颗粒的生长规律。1.4振动流化连续造粒机的设计思路本课题定位于比较先进的连续振动流化造粒机的设计，所设计的连续振动流化造粒机，通过对传统一步造粒机的结构改进和巧妙创新，使用目前市场上比较流行的流化造粒的原理进行设计，使其实现连续生产，同时产品的粒度范围可调，扩大了机器的应用范围。由于振动一方面可以用于成品颗粒的筛分输送，另一方面可以大大降低流化速度，这就减小了风机容量，节能效果显著。在该机还安装了布袋除尘装置，可以最大限度的减少废气带出的粉粒，既节约了原料又减少空气污染。因此其节能和环保的设计更是合理周到，适合当前的可持续发展主题。-9- 东北大学毕业设计（论文）第一章绪论本设计以WL20振动流化连续造粒机为雏形，采用了该种设备结构简单，占用空间小的优势。并且一次投资少，安装维护方便，后期投入少，本机还可以可实现自动化控制，大大降低劳动强度，节约成本。-9- 东北大学毕业设计（论文）第二章喷物流化造粒机理第二章喷雾流化造粒机理喷雾流化床造粒机理比较复杂，它的理论基础是气固两相流体动力学特性、颗粒的涂布、气体的风选及气力输送、液体的雾化、液滴的蒸发、结晶或化学反应动力学的综合过程，以及热量及物料的平衡理论。喷雾流化床造粒的最基本过程是流化床床层中新颗粒的生成及长大。将料液(包括溶液、熔融液、悬浊液和乳浊液)通过雾化器形成微小雾滴，喷涂在处于良好流化状态的物料上进行水分的干燥和粒子长大。粒子一般以两种方式长大，如果颗粒本身显热足以使喷涂在颗粒表面的水分迅速蒸发，固体物质则靠分子引力而留在颗粒表面，经过多次涂布使颗粒长大。如果喷到粒子表面的水分来不及干燥，即发生颗粒之间的粘结使粒子长大。前者称为层式涂布方式(layering)，后者则称为团聚方式(agglomeration)。按涂布机理长大的粒子为实心球体，有较高的堆积密度和机械强度，成长速度较慢[10]。而且粒子剖面可以看到像“年轮”一样，说明粒子是一层层长大的，外形也比较圆滑。两种喷雾流化造粒的成粒机理在操作中都有可能出现，但以哪一种机理为主则取决于物料性质、料液的组成和操作条件等因素。-49- 东北大学毕业设计（论文）第二章喷物流化造粒机理吴洪等对流化床粘结剂造粒过程进行了实验研究，分别观察到两种颗粒成长机理，即涂布层式生长和团聚式生长。探讨了流化气速，粘合剂浓度，喷雾速率，初始粒径及喷嘴高度对颗粒成长机理和速度的影响。粘合剂种类和浓度是影响颗粒成长机理的主要因素。粘合剂浓度较低时，颗粒以层式机理生长，生长速度慢；浓度较高时，颗粒以团聚机理成长，且随着浓度的提高，成长速度加快，但颗粒长大到一定程度后，粒子间的粘结团聚作用与受到的分散力作用达到动态平衡，使颗粒成长速度趋于平缓。粘合剂流率的影响跟浓度的影响相似。在粘合剂浓度、流率一定的情况下，流化气速较小时，颗粒主要以团聚方式成长，且速度较快；流化气速较大时，颗粒成长转为层式机理为主，成长速度减慢。2.1颗粒长大理论流化床内团聚造粒机理，主要是以粘合剂溶液为媒介，以固体粉体为核心，粉体相互接触附着团聚形成颗粒的。可用与粉体物料同质的溶液利用雾化器雾化，在粉体上团聚长大；还可以把熔融的液体在同质的粉粒体流化床中进行喷雾，在粉粒体上发生凝固干燥的造粒过程。图2.1流化床团聚造粒过程简图1一干粉粒和粘合剂；2一造粒核心(半湿润粉体，由干粉体混合制得)；3一生长着的湿润粒子；4一湿润的颗粒产品流化床团聚造粒过程可用上面的图2.1来表示，向流化床内送入的干粉体，或未形成颗粒的粉体，与雾化的粘合剂液滴接触形成以2所示的造粒核心，再以2为核心与粘合剂及干粉体接触形成3,4所示的颗粒和产品。在颗粒形成的过程中，起作用的是粘合剂溶液与颗粒间的表面张力，以及负压吸引力，在这些力的作用下形成如图2.2所示的交联过程。图2.2颗粒形成机理-49- 东北大学毕业设计（论文）第二章喷物流化造粒机理第一阶段当物料润湿到最大分子结合水以后，粉粒靠近而形成球粒，如图2.2（a）。此时，各个粉粒己为吸附水层和薄膜水层所覆盖，毛细管水仅存在于各个粉粒的接触点上，粉粒间的其余空间仍为空气所填充。这种状态下由于细粉粒结合不紧密，毛细管力起不到应有的作用，各粉粒间的粘结力较弱；第二阶段颗粒在流化床中继续流化碰撞，被进一步压密，引起毛细管形状和尺寸的改变，从而使过剩的毛细管水分被挤到颗粒的表面如图2.2（b）。过湿的颗粒表面，在运动中容易粘上一层润湿程度较低的颗粒，颗粒逐渐长大；第三阶段长大到一定尺寸的湿润颗粒进一步紧密地团聚，液体交联变成固态骨架，经干燥即得多孔的颗粒产品如图2.2（c）。2.1.1Newitt理论Newitt(1958)认为，粉体被水或粘合剂溶液湿润后，其结合力可由式(2.1)决定：（2.1）式中F—粉体间结合力，N—粉体间空隙率d—粉体直径，m—表面张力，N/m—(见图2.3)湿润部分的中心角；deg。2.3粒子间结合力示意图2.1.2Rumf理论Rumf(1958)推出湿润后均一粒径的粉粒体间附着力用下式计算-49- 东北大学毕业设计（论文）第二章喷物流化造粒机理（2.2）式中，K－粉体间的配位数。2.1.3B.J.Ennis颗粒生长理论对于粒径的成长过程，B.J.Ennis分析了造粒过程中力的平衡，提出用粒径粘性斯托克斯数St，判断粒径生长的原则。图2.4两颗粒碰撞示意图图2.4a是两颗粒接触的内部区的结构简图，ｕ为颗粒的运动速度，a为颗粒的半径，为液体桥的粘度，为内部接触区距离的一半，为颗粒间无量纲距离。图2.4b是相对运动的两个等质量儿何大小的颗粒，相对运动速度为2，粘合剂涂层厚度为h，两颗粒碰撞在一起时，喷射到颗粒表面的粘合剂首先接触，就形成颗粒间的动态振动液桥，当粘合剂的粘性较大，足以阻止颗粒间的反弹力时，两个颗粒的运动动能就耗散在振动液桥中。当两个颗粒间无量纲距离<<1时，振动液桥的粘性力比表面张力大一个数量级（仅考虑粘性力对振动桥的作用）。根据每个颗粒力的平衡关系，可以导出:-49- 东北大学毕业设计（论文）第二章喷物流化造粒机理（2.3）（2.4）式中：ｕ－颗粒运动的相对速度，ｍ/ｓ；—颗粒运动速度，ｍ/ｓ；—颗粒粘性斯托克斯数；ｈ－粘合剂涂厚，m；ｘ－两颗粒之间的距离，m；ａ－颗粒的半径，ｍ；ｍ—颗粒的质量，kg；－液体桥的粘度，－颗粒的密度，；—液桥粘性力，N；；—粘合剂表面张力，N/m。由方程（2.4）可知实质上是两碰撞颗粒的相对质量中心处的初始动能与粘性力经距离h所做的功比值。当颗粒相对运动动能全部消耗在粘性碰撞中，即颗粒运动的相对速度u为0，由式（2.4）可求得临界斯托克斯数：　　　　　　　　　（2.5）　　式中：1—颗粒碰撞的恢复系数；h—涂层厚度，m；.—颗粒的粗糙度，m。-49- 东北大学毕业设计（论文）第二章喷物流化造粒机理根据式（2.4）、（2.5）可将造粒过程划分为三个区域:（1），粘性系数远小于，为造粒非惯性区，这种情况一般发生在晶种直径10数量级或更小时，颗粒碰撞即聚并在一起。团聚生长速率由粘合剂的存在和分布状况确定，可利用雾滴大小和分布的状况来控制造粒过程。在这个区域内加工出来的颗粒疏松多孔、比表面积大、溶解性好。（2）当颗粒不断长大，其最大与相等时，即，为造粒惯性区，颗粒的动能和粘合剂的粘性都影响颗粒团聚的速率。（3）当颗粒继续长大，平均与相等时，即，为造粒的分层生长区，对于的局部区域内，颗粒附聚生长，的局部区域内，团聚颗粒破碎，两者达到一稳定的动态平衡，存在颗粒生长极限，颗粒只有分层生长，就是涂布生长。涂布生长是以晶种(某个颗粒核由颗粒附聚而成的大颗粒)为核心，颗粒不断地沉积到晶种表面。这种机理形成的颗粒溶解速度较慢，但其强度大于附聚生长而成的颗粒，一般用于颗粒包衣的生长。2.1.4颗粒长大的半经验模型姚礼炳实验研究了流化造粒的间歇操作、半连续操作和连续操作过程的颗粒长大动力学[23]，对尿素、荧光增白剂、乳酸钙、碳酸钾等物料进行流化造粒实验，总结出半经验式以反映颗粒的长大过程。（2.6）式中：,d—分别为操作时间为t=0和t=:时粒子的平均直径；K—颗粒的长大速率常数(由条件试验测定)；—床层颗粒的平均停留时间，s；式（2-6）中，K-49- 东北大学毕业设计（论文）第二章喷物流化造粒机理值必须经过实验确定，而且它与料液的组成、流化速度与温度、返料粒度与返料比、物料停留时间与产量、流化床的结构、雾化器的结构及安装位置等条件有关。此半经验式不考虑颗粒的长大的具体过程，不能反映颗粒以何种成长机理长大。2.1.5粒径增长公式齐涛对底部进料流化床喷雾造粒器内尿素造粒过程做了实验研究，实验采用间歇操作，没有晶种进料和产品出料，颗粒以层式机理成长。假设床层内颗粒是球形，液体均匀分布在整个颗粒表面，忽略流化床中形成的细颗粒，则流化床中球形颗粒的粒径增长公式为（2.7）式中：ｙ－覆盖在颗粒上的固相物的质量占喷入床层中固相物质量的比率；—床层内颗粒的总面积，mz；d—在t时刻颗粒的平均直径，m；—晶种的平均直径，m；—料液的质量速率，kg/s；—料液中固相物的质量分率，%；—颗粒的密度，；t—操作时间，ｓ。实验得出结论：进料液的速率越大，颗粒的生长速率也越大；颗粒存在极限平均粒径，且到达极限平均粒径的时间比较长，极限平均粒径较大。由式（2.7）可知，、，ｙ和是影响颗粒粒径增长的主要因素。、，ｙ越大颗粒粒径增长越快；其中y值的影响因素很多，如床层温度和湿度、进料方式、雾化液滴的平均直径及其分布、过剩流化气速等；-49- 东北大学毕业设计（论文）第二章喷物流化造粒机理决定于晶种的质量和平均直径、颗粒粒径增长速率等。此公式适用于颗粒层式生长机理。2.2连续流化喷雾造粒各工艺参数对成粒率的影响张振伟、赵艳春发表的《连续造粒机工艺参数的实验研究》指出[18]，连续流化喷雾造粒是一个复杂的工艺过程，不仅造粒室温度、连续输入的粉料量、雾化空气的压力、料液的流量、流化气体的流量各个单因素对产品的成粒率有显著的影响，并且因素之间也有相互影响。他们通过实验手段得到数据，根据二次旋转设计的回归分析原理，用C语言编制计算机程序，在计算机上对实验数据进行分析处理，建立了产品成品率与造粒室温度、连续输入的粉料量、雾化空气的压力、料液的流量、流化气体的流量各个参数之间关系的二次数学模型：（2.8）式中：a－造粒室的温度，，；ｂ－连续输入的粉料量，，；ｃ－雾化空气的压力，，；ｄ－造粒过程中的料液的流量，，；ｅ－流化气体的流量，，。该方程（2.8）中不显著的回归系数的相应项均已被删去。所建立的数学模型与实验结果拟合良好。根据这个方程可以研究连续输入的粉料量、雾化空气的压力及流化气体的流量与造粒室温度之间相互作用对成粒率的影响，以及连续输入的粉料量与雾化空气的压力、流化气体的流量之间相互作用对成粒率的影响。-49- 东北大学毕业设计（论文）第二章喷物流化造粒机理2.2.1单一因素对成粒率的影响（1）造粒室温度对造粒性能的影响（2.9）当温度由逐渐上升时，成粒率不断增加，到达时达到最高值，超过此温度时成粒率逐渐下降。这是因为温度过低时，水分蒸发能力较弱，容易产生结块的现象；温度过高时，雾化的液滴在未接触到流态化的物料前已被干燥，使料液的粘合作用被削弱甚至消失。（2）连续输入的粉料量对造粒性能的影响（2.10）当连续输入的粉料量从实验起点增至时，成粒率不断上升，过了此点后，成粒率有下降的趋势。这是因为由于连续输入的粉料量少量的增加而减少了粗大颗粒量，达到极限后，出口处不合格的粉料量的不断增加使成粒率降低（3）雾化空气的压力对造粒性能的影响（2.11）当雾化空气的压力由开始增大时，成粒率不断的增大，在时取最大值，超过此点后成粒率不断下降。这是因为压力刚开始增大时，由于压力的增大使雾滴变小，附着率上升，粉料间的成粒机会加大，成粒率不断上升；压力加大到一定程度后，变小的雾滴有可能在附着之前便被干燥，粉料间的成粒机会变小，致使成粒率降低。（4）料液的流量对造粒性能的影响（2.12）当喷液量由开始增大时，粉料间的粘合机会加大，成粒率不断上升；喷液量加大到一定程度超过，成品中粗大颗粒量增多，成粒率反而下降。-49- 东北大学毕业设计（论文）第二章喷物流化造粒机理2.2.2因素相互作用下对成粒率的影响（1）连续输入的粉料量b与造粒室温度a之间的关系根据式（2.8），当其他的因素值取零值时可知剩余两因素之间的关系，即：（2.13）根据生产的需要，确定有价值的成粒率区间，当成粒率在85%以上时，随着连续输入的粉料量的减少，成粒率不断增高。（2）雾化空气的压力c与造粒室温度a之间的关系根据式（2.8），当其他的因素值取零值时可知剩余两因素之间的关系，即：（2.14）根据生产的需要，确定有价值的成粒率区间，当成粒率在85%以上时，随着雾化空气压力的增加，成粒率不断增高。（3）流化气体的流量e与造粒室温度a之间的关系根据式（2.8），当其他的因素值取零值时可知剩余两因素之间的关系，即：（2.15）根据生产的需要，确定有价值的成粒率区间，当成粒率在85%以上时，随着流化气体的流量的增加，成粒率不断增高。（4）雾化空气的压力c与连续输入的粉料量b之间的关系根据式（2.8），当其他的因素值取零值时可知剩余两因素之间的关系，即：（2.16）-49- 东北大学毕业设计（论文）第二章喷物流化造粒机理根据生产的需要，确定有价值的成粒率区间，当成粒率在85%以上时，随着雾化空气的压力的降低，成粒率不断增高。（5）流化气体的流量e与连续输入的粉料量b之间的关系根据式（2.8），当其他的因素值取零值时可知剩余两因素之间的关系，即：（2.17）根据生产的需要，确定有价值的成粒率区间，当成粒率在85%以上时，随着流化气体流量的增加，成粒率不断增高。2.2.3总结在流化喷雾造粒过程中，不仅造粒室温度、连续输入的粉料量、雾化空气的压力、料液的流量、流化气体的流量各个单因素对产品的成粒率有显著的影响，并且因素之间也有相互影响。根据实验数据得到流化喷雾造粒过程中各个因素的最佳取值范围如下：（1）造粒室的温度（2）连续输入的粉料量（3）雾化空气的压力（4）造粒过程中的料液的流量（5）流化气体的流量-49- 东北大学毕业设计（论文）第三章方案的结构设计第三章方案的结构设计3.1总体布局和生产流程该振动流化连续造粒机集造粒、筛分、干燥、除尘为一体，可独自作为一条生产线。本机是由进料机构，造粒机构，筛选机构，返料机构以及加热设备，引风设备和除尘设备组成的一个有机整体，如图3.1所示。图3.1振动流化连续造粒机1.粗返料器；2.卸料器；3.小支架；4.细返料器；5.软连接1；6.风阀；7.换热器；8.振动电机；9.干燥分级体；10.落料室；11.引风机；12.电机13.进料器；14.布袋除尘器；15.快装卡；16.造粒室17.软连接2造粒的原理叙述如下。在工作时，首先打开风机11，然后接通换热器7和电源，等造粒室温度达到预定温度后，一次性向造粒室16加入适量的粉料，并同时进行喷液，开动干燥分级设备，此后连续向造粒室输送定量粉料。在造粒室内，流化气流的作用下，颗粒开始生成，逐渐长大，长大到一定程度，慢慢下落。通过落料室10的喉口，进入干燥分级体9，然后开始干燥分级，一边干燥一半输送，合格的颗粒进入卸料器2卸料。-49- 东北大学毕业设计（论文）第三章方案的结构设计粗大的颗粒进入粗返料器1，进粉碎后，进入细返料器4，和细返料器内的过于细小的颗粒一起传输到造粒室，再次造粒。根据成品颗粒的产量，通过进料器13向造粒室补充相应的粉料。这样就可以进行连续性的生产。该套设备主要分三个系统：供料系统、供风系统、加热系统、造粒系统。现对各系统的主要部件分述如下。3.2各个部分的设计3.2.1进料器的设计进料方案主要取决于原料的性质和状态，本机使用含水率较低的粉状原料，因此可以考虑使用风力输送，这样可以减少设备投资。经市场调查和对同类设备的性能分析，考虑选用如下结构：图3.2进料器，1.重力传感器；2.进料管；3.加料口；4.支架；5.储料筒；6.快装气嘴进料原理如下：首先通过加料口3向储料筒中一次性加入适量的粉料，大约100kg左右，进料时通过电磁阀打开快装气嘴6处的阀门，使高压风将粉料通过进料管吹上去。进料管上端连接到安装于造粒室的进料口，通过进料口将粉体吹入造粒室进行造粒，在进料器的下端形成局部低压。整个进料系统的工作原理相当于文氏管。再进料器的下部由于粉体的输送，可能会产生架空现象。因此，在距离进料器底部150mm-49- 东北大学毕业设计（论文）第三章方案的结构设计的高度沿切线安装三个气管，隔一段时间吹入一股高压气流，使上面的架空的粉体掉落，从而使进料连续。3.2.2落料室的结构设计图3.3落料室1方形法兰2子口带3立筒4喉口5内锥板6进风管7外锥板内锥板将整个落料室分为上下两部分，在内锥板上面，固定一个孔板，孔板上开有四个口，对应喉口如图3.3右所示。落料室的工作原理如下：从换热器来的高温气流通过方形法兰1进入落料室，从喉口进入造粒室下部，从换热器来的另一路低温气流通过立筒3穿过孔板，也进入造粒室下部，两股气流在造粒室下部汇合，达到适宜造粒的温度，该温度可以通过两种不同温度的气流量的混合比来调节，并具有操作流化速度，然后进入到造粒室参与流化造粒。在造粒室内颗粒逐渐长大，慢慢从造粒室的中上部降落到下部。当气流托不住它的时候，也就是达到沉降速度，颗粒将从喉口进入落料室，通过方形法兰1进入干燥分级体。进行下一阶段的干燥和筛选作业。因为有振动的参与，所以该流化速度远远低于固定床流化速度，使造粒过程风速降低，装机容量减小，从而能耗降低。这是本机器优于同类机器的地方。-49- 东北大学毕业设计（论文）第三章方案的结构设计3.2.3干燥分级机构的结构设计图3.4干燥分级体1上盖2粗料出口3成品颗粒出口4细料颗粒出口5热风管该干燥分级体可以同时进行干燥和颗粒的筛选，由两层带倾角的孔板将整个分机体分为上、下三个空间。来自落料室的颗粒粒度很分散，在对称安装于干燥分级体侧面的两个振动电机的激振作用下，从右端慢慢地移动到左端。在这个过程中，颗粒逐渐被分离。较大的颗粒被隔在最上层，通过出料出口2进入粗料粉碎装置进行粉碎，然后输送到细返料器。过于细小的颗粒漏到最下层。通过细料出口4直接进入细返料器。然后返回到造粒室。由于不合格颗粒在机器内部打散并循环到造粒室，因此原料利用率高。在颗粒从右端运动到左端的整个过程中，收到来自热风管5的热风的干燥。当颗粒运动到右端，已经达到成品颗粒干燥度的要求。这一部分是进程干燥热力学理论的分析的和严格计算，保证了成品的湿度到达规定的要求。3.2.4返料机构的设计细返料器的工作原料和进料器类似，粗返料器就是在细返料器上部安装一套颗粒粉碎装置。如图3-6，粗料从入口8进入粉碎室5之后，经过上面两组互成角度的破碎刀的高速打散，落至孔板。进下面的破碎刀，最-49- 东北大学毕业设计（论文）第三章方案的结构设计图3.5细返料器图3-8粗返料器上部1连接法兰2.紧钉螺母3返料管5快装气嘴6快装卡图3.6粗返料器1电机2联轴器3支架4破碎刀5破碎室6孔板7快装卡8粗料入口终彻底粉碎。由于粉体之间的互相摩擦，出料可以完全粉碎。达到一定粒度从孔板落下，进入下部，下部结构类似于细返料器。-49- 东北大学毕业设计（论文）第三章方案的结构设计3.2.5换热器的设计图3-7换热器1压板2保温填料3铜带4高温风出口5低温风通道6返风通道7外箱体隔板空气经过空气滤芯进入换热器，经过曲折的内外壁通道，被加热。分两个出口低温风通到落料室下部的分管高温风通道干燥分级体的热风管，进行下一步的作业。3.2.6除尘机构的设计图3.8布袋除尘器1.气包2调压阀3快装卡4滤袋支架5滤袋-49- 东北大学毕业设计（论文）第三章方案的结构设计含尘浓度比较高的气体不能直接排放到大气中，必须经过处理。根据本机的工作特点，在造粒室上方设计一个布袋除尘器，用于将粉尘和气体分离。这样设计的优点十分明显。一方面分离下来的物料之间进入造粒室，再次造粒。减少了中间的收集输送环节，另一方面，使整机结构紧凑。减少了加工成本，设备投入以及后续维护工作量。布袋除尘的工作原理是这样的，由于负压操作，粉体隔离在布袋上，空气通过布袋空隙进入到引风机，直接排入大气，由于布袋除尘的效力非常高，到达4个9左右，所以空气洁净，可以直接排入大气，环保效果非常明显。经过一段时间布袋上的粉体达到一定厚度，使阻力增大，必须使用一定方法将粉体出去，才能继续进行气固分离工作。本机中采用脉冲高压风反吹除尘法，在脉冲风的作用下，将附着在布袋上的料抖掉。由于电磁阀、脉冲仪都系列生产，因此成本可大幅下降。该部分的设计也是通过严格计算确定结构尺寸和操作的方式。-49- 东北大学毕业设计（论文）第四章造粒机机设计参数的计算第四章造粒机设计参数的计算4.1流化造粒系统4.1.1基本参数设计产量：G=100kg/h；气体密度：=1.2kg/原料重度：γr=1000kg/；气体粘度：μ=1.8×kg/原料粒度：=5.0×m；成品粒度：=(0.1~3)×；成粒时间：=（5~10）min；成品颗粒重度：γ=800kg/；干燥时间：=（5~10）min；造粒室温度：T=60℃颗粒表密度：=1100kg/；颗粒平均粒径：=6.0×10-4m；临界雷诺系数：=2~500范围;造粒室物料空隙率=0.09；4.1.2流化参数计算（1）临界流化速度校核因为，所以不用乘校正系数。（2）颗粒终端速度：-49- 东北大学毕业设计（论文）第四章造粒机机设计参数的计算式中：拽力系数（3）操作速度式中：流化数n=2.5，因为有振动促进流态化，所以n取较小值（4）合格颗粒终端速度（5）临界压降△P临界压降：稳定性临界压降取较大值，4.1.3流化床结构尺寸计算（1）流化床直径式中：流化床面积=式中：静态堆积体积；静床层厚度：物料平均重度=（1100+800）/2=950-49- 东北大学毕业设计（论文）第四章造粒机机设计参数的计算则：经整理Dc=（0.8G/γP）=(0.8×100/950）=0.438m;取整为：=0.44m;=0.53×0.44=0.232m;=3.51×10-2/0.138=0.254（2）分布板开孔率：==0.4[(1.21×1.2)/（2×9.8×176)]=0.0082=0.82%;式中：阻力系数=1.5-0.42=1.5（2/1.2)-0.42=1.21式中：分布板厚度：=2.0×;开孔直径：=1.2×（3）开孔数：N=α(/)=0.0082(0.44/0.0012)2=1102（4）开孔间距=0.952×1.2×10-3/0.00821/2=0.013m（5）穿孔风速（6）校核噎塞速度：Uy=1102Urdmax0.6/(Ur+1000)=1102×48.8×(3×10-3)0.6/(48.8+1000)=1.56m/s-49- 东北大学毕业设计（论文）第四章造粒机机设计参数的计算因为<<，所以符合要求。式中：最大粒径=(3×10-3)m（7）流化空气量：=··3600=0.4×0.254×3600=365.7/h（8）选配套风机：考虑其它因素，选用4-723.5A型离心风机，功率：W=1.1KW；风量：Q=1332/h；全压：P=392Pa；电压：交流U=380V（9）流化室尺寸：流化室上筒直径式中As=1.15QL/（3600Umf）=1.15×365.7/（3600×0.16）=0.7299Ds=2（0.7299/π）=0.804m流化室过渡锥高=（）/2tan(15°)=（0.804-0.44）/[2tan(15°)]=0.603m流化室下筒高=0.2=0.2×0.44=0.088m流化室上筒高式中：=V--式中V=G/(3εγP)=100/(3×0.09×950)=0.39V1=π{[(Ds/2)2+(Dc/2)2+(Ds/2)(Dc/2)]/3}-49- 东北大学毕业设计（论文）第四章造粒机机设计参数的计算=0.33π{(0.804/2)2+(0.44/2)2+(0.804/2)(0.44/2)}/3}=0.2834=π(/2)2=0.088π(0.44/2)2=0.0043∴=0.39-0.2834-0.0043=0.1023=4×0.1023/（0.8042×π）=0.202m4.2干燥系统4.2.1热力学计算：（1）基本参数：去水量：Wg=8kg/h空气湿度：Φ=80%干空气比热：Cp=0.24kcal/kg℃物料干基比热：Co=0.37kcal/kg℃大气压：P=760mmH2O环境空气蒸汽压：Ps=17.56mmH2O环境温度：To=20℃热风最高温度：=200℃造粒室料温：=50℃干燥室最高料温：Tg=65℃排风口温度：Tp=35℃干燥室最低料温：Tg1=30℃物料原含水量：=5%物料终含水量：Wz=4%热量计算：Ig=++其中：物料加热耗热量：=G(Tg-To)·∵物料比热Cl=Co(1-)+=0.37(1-0.05)+0.05=0.4kcdl/kg℃∴=100(65-20)×0.4=1800kcal/h蒸发水份耗热量：=Wg[(595+0.47Tp-To)]=8（595+0.47×35-25）=4692kcdl/h废气节约热量：=0.2(+Ij)=0.2(360+4692)=1317.6kcdl/hIg=1800+4672+1318=7790kcdl/h（2）需用热风量：-49- 东北大学毕业设计（论文）第四章造粒机机设计参数的计算Qg=(0.773+1.244·)（273+T0）/273式中绝干空气量：=Ig/Cx(-)式中气体温空气比热：=+0.47X1=0.24+0.47×0.0117=0.246∴L干=7790/0.246(200-35)=192kg/h气体含温量：=0.622·Φ·Ps/(P-Ps·Φ)=0.0117kcdl/kg℃Qg=192(0.773+1.244×0.0117)（273+25）/273=422.7/h（3）落料喉口截面积：=N/式中单位时间落料容积=G/（3600γC）=100/(3600×800)=3.47×；喉口高度=0.03m；落料概率数N=10=N/=10×6.94×10-6/0.03×10-6=1.15×（4）干燥室用风量：Qs=3600=3600×1.15×10-2×7.14=295.5/h4.2.2干燥室结构尺寸计算：（1）单个喉口截面积：设分布4个喉口则α=/4=1.15×10-2/4=2.87×设喉口宽为B=0.015m则长=/B=2.87×10-3/0.015=0.192m;（2）喉口高度：=2.5B=2.5×0.015=0.0375m取=0.035m（3）干燥孔板尺寸干燥孔板面积Agk=Qs/(·3600)=295.5/(0.4×3600)=0.2-49- 东北大学毕业设计（论文）第四章造粒机机设计参数的计算孔板内径dg∵Agk=(Dg/2)2.π-(dg/2)2.π经整理：dg=[(Dg/2)2-Agk/π]1/2×2=2[(0.44/2)2-0.2/π]1/2=0.247m（4）干燥层数：n=Lg/Lgd料层总长Lg=Vg/Bg·hg式中：干燥物料体积Vg=t·G/60γc=(5×100)/(60×800)=1.05×10-3干燥时间t=5分钟床宽Bg=（Dg-dg）/2=（0.26-0.129）/2=0.280m；料厚hg=1.2×m∴Lg=2.1×10-4/0.285×0.0012=2.67m单层长度Lgd=(Dg-Bg)π=(0.26-0.065)π=1.42mn=2.67/1.42=1.88取整n=2层（5）单层高度：hgd=2/3Bg=2/3×0.043m取整hg=0.045m4.3振动输送系统振动系统由流化床、干燥室、风道、振动电机等部分组成，起着促进物料流态化，输送颗粒作用。（1）基本参数抛掷指数：Г=2.2；振动频率：ω=1571/Sj调谐值I=5;输料系数：η=0.2物料结合系数：km=0.2;螺旋升角：x=04.3.1基本计算（1）振动参数计算：υL=Lg/t·60=2.6/60×5=8.7×10-3m（2）振动方向角：-49- 东北大学毕业设计（论文）第四章造粒机机设计参数的计算β=actg[υL·w/η·g(Г-1)1/2+sinα/cos0]=actg[8.7×10-3×157/0.2×9.8×(2.2-1)1/2+sinα/cos0]=32.50（3）合成振幅A=Гg·CoSα/ω2sinβ=2.2×9.8×Cos10/1572×sin32.460=1.63×10-3（4）振动体重量Gj=84kg（含振动电机16×2）（5）物料重Gw=1.3kg（6）动质量：m=(Gj+Gw)/g=(84+1.3)/9.8=5.44kgs2/m（7）激振力pg=m·Asin(α+β)=0.745×1572×1.63×10-3·sin33.460=117.52kg4.3.2振动电机选型与安装要求：根据激振力选取两台电机MVE700/3激振力70kg功率0.45KW转数1400转/分振次2900r/min重量16kg(1)振动电机选配要求两台振动电机必须严格同步，保证物料在板上均匀分布。为确保这一点，除在设计选型时要考虑必要条件外，现场调整是必不可少的。现场装机前，应保证同一厂家生产的同一型号电机，测定的性能曲线接近相同，异步转速相近。选配好的振动电机装机试验时，当偏心夹角相等时，主机不得有较大横向振幅。振动电机安装后，应保持激振力作用线通过主槽体的重心。(2)隔振簧高度、刚度选配隔振弹簧位置下基础的标高应接近相同，高度不超过5mm。调整好的隔振系统应具有良好的隔振效果，无刺耳噪音，启动或停车过共振区时无冲击和过大振幅，传给地基动载符合设计要求。-49- 东北大学毕业设计（论文）第四章造粒机机设计参数的计算4.3.3隔振弹簧的设计：（1）结构和尺寸设计弹簧时，通常是根据给定的最大工作载荷最大变形量结构要求和工作条件等来选择弹簧材料，确定基本结构形式和弹簧的弹簧中径，计算弹簧丝的直径d，工作圈数z，弹簧的螺旋升角，弹簧丝展开长度等。本设备中采用了圆柱压缩螺旋弹簧，端部圈与临圈并紧磨平，仅起支撑和固定作用，不参与变形，保证两支撑面与弹簧的轴线垂直，以便弹簧受压缩时不致歪斜。弹簧各圈之间在自由状态下应有适当间隙以便在弹簧受压时能产生相应的变形。压紧后各圈之间应保留一定间隙以保证在最大载荷作用下仍能保持一定的弹性。圆柱形螺旋弹簧的主要几何参数有：弹簧指数（也称旋绕比），是弹簧的主要参数之一，它影响弹簧的强度、刚度、稳定性及制造的难易。设计中一般取，常用的粗选范围为C=5~8.。弹簧工作圈数z，弹簧工作时参与变形的圈数，按弹簧变形量计算确定；弹簧总圈数，压缩弹簧的总圈数等于工作圈数与支撑圈数之和；节距p，相邻两圈弹簧丝中心间的轴向距离弹簧的螺旋升角，压缩弹簧一般取，一般采用右旋（4.1）弹簧的自有高度：未受载时的高度-49- 东北大学毕业设计（论文）第四章造粒机机设计参数的计算弹簧的工作高度：对于压缩弹簧，为变形量。表4.1圆柱形螺旋弹簧的几何尺寸计算公式名称与代号计算公式计算值弹簧丝直径d由强度计算公式确定6mm弹簧中径30弹簧指数C，一般取5工作圈数z由变形条件确定，一般z＞23.5总圈数6.5自由高度65mm节距p一般，（）16mm螺旋升角，一般取两圈的间隙10mm高径比b2.167弹簧丝展开长L655mm（2）强度计算根据工作条件看，弹簧受载荷情况属于类（受循环载荷作用次数在-49- 东北大学毕业设计（论文）第四章造粒机机设计参数的计算以上），弹簧接触的干燥设备的温度也较大。根据这两个设计要求，选定作为弹簧材料，查阅机械设计手册中的弹簧材料性能表，确定其许用应力=445Mpa，剪切弹性模量G=79Gpa，抗拉强度=1373Mpa，弹性模量Mpa。弹簧丝的强度条件表达式（4.2）(4)计算弹簧钢丝直径弹簧丝直径d的设计计算式为：（4.3）式中：－最大工作载荷，Ｎ；Ｃ－弹簧指数－许用剪应力,查表，MPa;计算d时应注意：弹簧采用碳素弹簧钢丝时，许用剪应力和弹簧丝直径d有关，因此要用试算法来确定弹簧丝的直径d。初选=7时，曲度系数=1.213（4.4）（4.5）圆整，取钢丝直径为6mm。最大工作载荷由下面的计算确定。=1017.143N(5)载荷的确定-49- 东北大学毕业设计（论文）第四章造粒机机设计参数的计算最小工作载荷：N（4.6）最大工作载荷：N（4.7）m=84kg，A=1.63mm，弹簧刚度k=37.754kN/m试验切应力的最大值Mpa。按第类载荷弹簧考虑，取试验切应力=1.2Mpa。由此可见，试验切应力未超过其最大值。旋绕比取C=5，弹簧中径=56=30mm（4.8）(6)设计弹簧有效圈数及总圈数（4.9）圆整，有效圈数应该取接近值。所以本设计取3.5。弹簧总圈数按式子取支撑圈=3，则总圈数。(7)节距p的计算=6+10=16mm（4.10）(8)弹簧的自由高度H的计算弹簧两端圈并紧磨平，同时满足，则自由高度H按下式计算：mm（4.11）(9)弹簧展开长度的计算-49- 东北大学毕业设计（论文）第四章造粒机机设计参数的计算弹簧螺旋升角：（4.12）满足在5~9的要求。弹簧展开长度：mm（4.13）4.4除尘系统（1）基本结构确定采用D=φ76口径针刺尼滤袋32只，分两组脉冲反吹，过滤风速定为：υ=2m/min（2）滤袋总有效面积=Q/（60υ）=706.8/（60×2）=5.89m2（3）单个滤袋有效面积=/10=5.89/32=0.184m2（4）滤袋长度=/（Dπ）=0.184/（0.076×π）=0.670m2-49- 东北大学毕业设计（论文）第五章环保与经济效益分析第五章环保与经济效益分析在本设计即将完成之际，为了使设计方案环保，符合可持续发展的时代要求，现对本方案进行环保和经济效益分析。5.1造粒机的环保分析随着经济社会的不断发展，人们的环保意思不断在加强着，对环保的产品也更加青睐和厚爱。本方案在设计过程中，同样秉承了环保的设计理念。5.1.1布袋除尘的环保分析从图3.1我们可以看出，整个系统是负压操作，在空气排放到大气前要经过一个布袋除尘装置，该装置一方面是为了造粒这个过程的顺利实现，一方面就是过滤空气，使空气中的粉状物料和空气分离开来，进行回收利用，布袋除尘的回收效率非常的高，经过布袋除尘装置过滤后的空气达到国家的排放标准，可以直接排放。这里采用布袋除尘装置是根据干燥除尘类机器的设计手册上的公式，进行了有余量的计算，和造粒室整合到一起，结构紧凑。这样做有以下几个优点：（1.）减少了设备的投入，节省了购买除尘设备的资金；（2）减少了设备的数量，使维护量减少，操作更加方便；（3）减少了整机的占地面地，节省空间；（4）布袋除尘的效率比其他的比如旋风分离器更加有效；（5）分离下来的粉体直接返回到造粒室，减少了中间设备的投入，维护更加方便，使整个系统的可靠性提高。5.1.2换热器的环保分析在在空气的加热部分，采用了比较方便的洁净能源——电，使用了一个电换热器，换热器-49- 东北大学毕业设计（论文）第五章环保与经济效益分析采用了两层结构，分为内外两个箱体，温度较高的内箱体部分完全包含在外箱体内，这个设计也是非常的实用。一方面内箱体的温度可以传给外箱体内温度较低的空气，进行预热，外箱体起到一个保温的作用，不至于使热量白白的流失掉，这样周围环境温度的变化不会太大，对于别的设备来说也是很有意义的。外箱体的气体再流到内箱体进行加热，减少了能源的消耗，既环保又经济。另一方面来说，换热器上有两个出气的口都接到造粒室，这样造粒室的温度的调整可以很方便的通过这两个孔的气体流量的改变来实现，操作更加方便更加易于实现自动化生产。风在内外箱体内迂回流动，经过的路径比较长，停留的时间也比较长，使温度比较均匀，波动变化小，这样成品的质量也比较高。使用了电换热器，可以直接使用电力作为能源，不需要别的专门的加热装置，既减少了投资，也更加利于营造一个清洁生产的环境。5.1.3传热介质的环保分析本机构中从原料加入到机器到成品从机器中的输出，全部采用了风力输送，这样的设计大大简化了整个系统的复杂性，而且容易实现。另外来说，用空气作为介质，可以减少原料或者产品和其他介质的接触，使整个造粒过程更加洁净，不会带入杂质，别的不深入讨论，就一般的传统的机械装置会在活动部分产生磨屑，这会严重影响产品的成分，另外，有相对运动的机构部分一般都需要润滑措施，这样又会引入杂质。综上所述，用风力来传输物料，在这个系统中是最好的选择，既容易实现，又经济环保。5.2造粒机的经济效益分析目前市场上钢材的价格为3000元/吨，加工成本约为钢材成本的1.5倍。综合人工费、运输费及其他零部件等成本费用，参考网上同类机器的报价，初步核算本次设计的振动流化连续造粒机成本在8万元左右。该机器场地占用小，热效率高，也处处闪烁着效益的理念。预计能在-49- 东北大学毕业设计（论文）第五章环保与经济效益分析制造松散颗粒状物料的领域发挥相当重要的作用，具有很大的市场空间和竞争力。另外，机器在设计过程中也面面体现着在实现功能的前提下，结构尽量合理和节约材料的原则，因而也具备了一定的价格竞争力。综上分析，无论从环保还是经济效益上说，该机器都具有很大的市场竞争优势。-49- 东北大学毕业设计（论文）第六章总结与展望第六章总结与展望本次设计运用自己大学期间所学的机械设计、力学、振动理论方面的知识结合二维制图软件CAXA对振动流化连续造粒机的整个生产系统的结构及参数进行了细心的科学的设计计算，使其满足功能要求的前提下整个方案显示更为科学和合理。主体工作如下：(1)查阅振动流化造粒机的相关文献资料及大量的网上资料，就本次设计的方案的市场定位，功能原理进行了论证。将干燥理论及振动理论应用于造粒机的具体结构设计中，并且参考了同类的机器设计图纸，以使整个机器设计合理科学，功能原理有依有据。为了使机器结构更为合理，每一处细节都经过了细心考虑，精心挑选和反复论证。在设计过程中，严格按照国家标准要求绘制了详细的二维零件图装配图来指导生产。(2)在本次的设计过程中，查阅了大量的文献资料，对每一部分的设计都进行了科学的参数计算，在流化造粒，用成熟的理论来指导设计，并且在某些重要参数的选取上请教了相关专业的老师，得到了耐心细致的指导。主要在流化床造粒部分，干燥部分振动部分，布袋除尘部分进行了详细的计算。经过3个多月的设计，我得到了很多的专业知识，积累了很多发现问题和解决问题的经验，学会了思考，无疑将会对自己以后的工作产生极大的帮助。比如在设计中，经过老师提示和自己的思考，发现了这套设备中可以改进的几个方面：一、粗返料器（13号部件）的结构改进分析粗返料器里面有三层刀片用以将粗大颗粒完全粉碎，然后将粉碎后的料返回造粒室进行造粒，以此完成对粗大颗粒的处理。-49- 东北大学毕业设计（论文）第六章总结与展望分析认为，不用把粗颗粒完全打散成细粉再造粒，可以初步打散然后返料到筛分系统进行筛分，合格颗粒输出，不合格颗粒进入细返料器返回造粒室再次造粒。因此可以将粗返料器的结构进一步优化。建议将破碎刀改为悬臂结构，去掉下部的支撑。因为需要破碎的只是较大的疏松颗粒，轴的刚度完全可以胜任阻力的影响。这样做的好处有以下几点：1，可以简化粗返料器下部的结构，去掉孔板和类似细返料器的部分，因此可以减少设备投入，降低制造成本；2，去掉孔板及其支撑部分，下部配合部分摩擦产生的宵末对产品的污染问题就会消除，这部分的润滑问题也不再存在；3，设备的减少，减少了操作人员的维护量，提高了系统运行的可靠性；4，不用将颗粒完全打散，降低了能耗，因此可以降低生产成本；5，不增加任何成本的情况下，提高了一个循环中的成粒率。基于以上5点分析，以及设备改造的难易程度，我认为设备结构的改造方案是可行的，值得的。二、破碎刀的改进破碎刀上边的第一层刀片，以前是一个悬臂的结构。由于破碎刀高速旋转，很有可能在离心力的作用下弯曲变形，打到外面的筒壁，产生噪音，严重的话会损坏机器。另外制作的时候很不方便，要保证刀片立起来的部分和轴线平行，制作的要求比较严格，需要别的工装卡具。改进后的方案是，将破碎刀的上边也和轴连接起来，形成一个简支梁的结构，结构的改进并不影响它的正常工作。这样的话上面提到的那两个问题也都全解决了。破碎刀不容易发生形变，而且制作简单不少。这一点在图纸里已经进行了修改。三、支架上的提升机构-49- 东北大学毕业设计（论文）第六章总结与展望由于只是在安装或者维护时候才提升机器的上半部分，因此这一部分的提升不是经常进行的，而且提升的距离也很小，用减速电机虽然方便了操作，但增加了成本，增加的设备没有完全发挥它的实际作用，整个结构也显的复杂。因此，提升部分选择了手动的操作，把电机换为手轮，加装了棘轮装置，并在结构上做了相应的改进。机架内部的结构有很多的滑轮，还有钢丝绳等，结构比较复杂而且安装很不方便，出了故障也不好维护。它们的作用就是为了小距离的提升机器的上半部分，机器的上半部分也不很重，因此可以考虑在支架上装其它类型的装置，以实现同样的功能。三个月的努力，方案设计已经完成，但这并不是结束，而仅仅是一个开始。-49- 东北大学毕业设计（论文）参考文献参考文献1.CECAPES著,钱树德译.造粒技术[M].北京：化学工业出版社，1992．43~522.成大先.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社,2004，24~156.3.周波，钱树德.振动流化床造粒研究[J].化工装备技术，19984.王可，程榕，杨阿三.流化床造粒的研究进展[J].河南化工加工，2003年第3期5.于才渊，王宝和，王喜忠.干燥装置设计手册[M].北京：化学工业出版社，2005，25~30.6.赵艳春，张振伟，谢麟等.流化连续造粒过程传热传质分析[J].化工装备技术，第卷第3期2001年7.张振伟，赵艳春，谢麟等.流化振动连续造粒干燥过程分析[J].化工装备技术，第.卷第1期2001年8.赵艳春，张振伟，谢里阳等.流化振动连续造粒机中成粒规律[J].辽宁化工，第30卷第9期2001年9月9.张振伟，邓永胜，韩跃新.纤维素类物料干燥系统的环保节能改造[J].金属矿山，2005年第6期10.程峰，叶世超.振动流化床喷雾造粒特性的研究[D].四川大学学报，2003年3月11.刘树英，韩清凯.现代振动机械设计理论及应用[M].沈阳:东北大学出版社，2003，22~3912.成大先.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004，24~56.13.运输机械设计选用手册编委会.运输机械设计选用手册[M].北京:化学工业出版社,1999，320~32714.刘鸿文.材料力学[M].北京:高等教育出版社，2004，358~376.15.闻邦椿,刘树英,张纯宇.机械振动学[M].北京:冶金工业出版社,2000，-49- 东北大学毕业设计（论文）参考文献18~22.16.巩亚鹏等主编.机械设计课程设计[M].北京：冶金工业出版社，1997.6~1117.刘家仓．物料在振动造粒机中的运动规律及热质传递分析[D].沈阳:东北大学硕士学位论文，2007.18.赵艳春，张振伟.连续造粒机工艺参数的实验研究[J].《机械设计与制造》，2002年6月19.谢麟，张振伟，徐鸿金.流化振动连续造粒机生产能力的试验与研究[J].《机械设计与制造》，1996年6月20.黄雨华，董遇泰.现代机械设计理论和方法[M].东北大学出版社，2001年1月第1版，47~5321.金国淼.干燥设备设计全书[M].北京：化学工业出版社，2002，400~433.22.愈书宏，马宝娇，翁颐庆.振动流化床中流体力学的研究[J].武汉化工学院学报，1992年第3、4期23.郭自明，郑敏秀.LX型连续混合／造粒机的研制[J].化工进展，1999年第5期24.李金钊，楼晓明.国内外塑料造粒机的现状及发展方向[J].中国塑料，第2卷第2期1997年3月25.潘永康.现代干燥技术[M].北京：化学工业出版社，199813~4526.化工设备设计全书编辑委员会.干燥设备设计[M].上海：上海科学技术出版社,1986，1~8.27.MujumdarAS。HandbookofIndustrialDrying[M],NewYork:BaselMarccelDeckerInc.1987.921~931.28.朱圣东，俞书宏.振动流化干燥技术[J].化学与生物工程，1991-49- 东北大学毕业设计（论文）参考文献，8(03)：1~8．-49- 东北大学毕业设计（论文）致谢致谢本论文的全部设计工作是在副教授的悉心指导下完成的。从选题，方案的确定和设计，到最后图纸的审查修改，都得到了导师的悉心指导。导师对待科学严谨求实，认真负责的态度给我很深的印象，他积极鼓励我循序渐进拓宽知识面，指导我怎样分析解决实际问题。导师谦和的秉性、渊博精深的学术造诣、严谨求实的治学精神、高尚的品德和博大的胸怀，时刻都在熏陶着我，使我受益匪浅。值此论文完稿之际，谨向老师致以崇高的敬意和由衷的感谢！此外，我还要特别感谢谢老师的指导，他耐心的给我讲解一些结构的特点，不厌其烦，使我深受感动，获益匪浅。还有陈良，刘阳等同学，在我做论文期间给了我不少的帮助，在他们的支持帮助下，我在规定的时间内完成了设计任务，在此向他们表示诚挚的感谢！-50- 东北大学毕业设计（论文）附录：英文翻译附录：英文翻译英文原文EnergytransfermechanisminavibratingfluidizedbedAbstractThemechanismofvibrationenergytransferinavibratingfluidizedbed(VFB)isreportedinthispaper.Aseriesofsensorswasemployedtosimultaneouslydetectpressurewavepropagationsignalsatdifferentpositionsatvariousheightsinthefluidizedbed.ThemechanismofvibrationenergytransferinanVFBisfoundbywavepropagation.Thepressurewavewasproducedfromavibratingbaseatthebedbottomandtransferredtotheparticlebedviaanairgapformedbetweenthedistributorandparticlebed.Thepressurewavesoscillateandsuperposeintheluidizedbedduetowavereflectionatthesurfaceboundaryandthebottomofthefluidizedbed,leadingtothewaveenergydissipationbeingmainlyinthebed.Thewavepropagationprocessanditsmechanisminafluidizedbedhavebeenanalyzed.Thepressure-wavepropagationparameterswerenumericallycalculatedfromthedetectedwavesignals.Thewavepropagationvelocitieswerefoundtobeintherangeof9–75m/sintheexperiments.Keywords:Vibratingfluidizedbed;Fluidization;Pressurewave;Wavepropagation;Mechanism1.IntroductionThevibratingfluidizedbed(VFB)hasbeenappliedcommerciallytovariousprocesses,suchasheatexchange,particleprocessingandchemicalreaction,etc.Themechanicalvibrationimposedonafluidizedbedcansignificantlyimprovegas–solidcontactandtransportcharacteristics.Itcanbeoperatedatalowergasvelocityandpressuredropcomparedtoaconventionalfluidizedbed.TheempiricalrelationshipsoffluidizationcharacteristicswithoperationparametersandparticlepropertiesinanVFBhavebeenreportedin-64- 东北大学毕业设计（论文）附录：英文翻译manypapersforvariousapplications.Recently,fluidizationoffineparticleshasbecomemoreattractiveinparticleprocessingandchemicalreaction.Duetoalargeparticle–particleinteraction,fineparticlesaredifficulttofluidize.Extravibrationenergyisrequiredtoovercometheadhesionforcebetweenparticlesfortheimprovementoffluidizationbehavior.Itis,therefore,essentialtounderstandtheenergytransfermechanisminthebedforproperoperationordesignofanVFB.TheefficienttransferofmechanicalenergyinanVFBisessentialinapracticalapplication.Nevertheless,fewpapershavereportedonthemechanismofvibrationinthefluidizedbed.Inavibratedbed,acollisionmodelofvibrationenergytransferhasbeenproposedwhileassuminganincompressiblegasflowthrougharigidparticlebed.Later,thecollisionmodelwasimprovedbyconsideringthegastobecompressible.Basedonthat,thecollisionmodelwasdevelopedwithnewmathematicaltreatmenttopredictthecollisionstatebetweenthevibratingbaseandtheparticlebedatdifferentvibrationaccelerations,andthismodelwasfoundtobeconsistentwithexperimentalresults.Themechanismoftransmissionofvibratingenergywasconsideredtobesuchthatthevibrationbodycollideswiththeparticlesnearthebottomandwall,andthentheseparticlescollidewiththenextparticles,leadingtothetransmissionofkineticenergythroughthebed.Sinceconsiderabledissipationofparticlekineticenergyoccursinanyinelasticcollisionprocess,thepenetrationdepthofthevibrationenergyintothebedisquitelimited.Goldshteinetal.observedacompression(shock)andexpansionwavecausedbyvibrationacrossthevibratedbedatalowfrequencyandlargeamplitude(f<20Hz,A>10mm)inashallowbed.Itwaselucidatedthatthecompressionandexpansionwavepropagatingacrossthebedbalancedthelossofparticlekineticenergybyinelasticcollision.Thesewavesgovernthekineticenergybalanceandsustainthecollisionhydrodynamicstateofthevibratingbed.Yamazakietal.observedthatthelargeaccelerationofmechanical-64- 东北大学毕业设计（论文）附录：英文翻译vibration(>g)causespulsatedgasflowthroughthebedatalowfrequency(10–25Hz)inanVFB,leadingtopressurefluctuationintheVFB.Theamplitudeofthepressurefluctuationwasaffectedbygasvelocity,vibrationfrequencyandvibrationamplitude.FoscoloandGiblarostudiedthetransfercriteriaofparticulateandaggregatefluidizationwhileconsideringtheinteractionforceimpartedonaparticlebythesurroundingfluidasafunctionofvoidage.Themotionofvoidagefluctuationwastakenaswavepropagationinthefluidizedbed.Thewavepropagationisaffectedbyparticlesandfluidproperties.Thefluidizationbehaviorcanbeevaluatedfromthewavegrowthrate.Wangetal.havereportedthattheenergytransferinaparticlebedismainlybycollisionbeforethebedisfluidized,butbywavepropagationafterthebedisfluidized.Theshearforcesofthevibrationwavereducethebubblesizealongthebedheight.Inthisstudy,themechanismofvibrationenergytransferinaVFBwasstudied.ThepropagationofapressurewavewasexaminedinanVFBbymeasuringthewavepropagationsignalsalongthefluidizedbed.2.ExperimentalTheexperimentalapparatususedinthepresentinvestigationisshowninFig.1.Fig.1.Theschematicdiagramoftheexperimentalapparatus.-64- 东北大学毕业设计（论文）附录：英文翻译1,airsource;2,flowmeter;3,vibrationbase;4,fluidizedbed;5,sensorbar;6,sensor;7,micro-pressuremeter;8,amplifier;9,oscilloscope;10,signalfilter;11,A/Dconverter;12,computer.TheVFBwasmadeofatransparentacrylicresincylinderwithan8-mmthickness,200-mminnerdiameterand1000-mmheight.Aporoussinteredstainlessplatewithholesofaveragediameter25mmwasusedasadistributorinthefluidizedbed.Porousandroughlysphericalparticlesofgoethitehavinganaveragediameterof20mmandbulkdensityof500kg/m3,whichwereanagglomerationofneedle-likeparticleswithanaverageof0.2-mmlengthand0.02-mmradialdiameter,wereemployedasoneoftheexperimentalpowders.Theirminimumfluidizationvelocitywas6mm/s,fromexperiments.TheotherexperimentalpowderwasFCCparticleswithanaveragediameterof54mmandbulkdensityof1480kg/m3.Theirminimumfluidizationvelocitywas3mm/sfromexperiments.ThegoethiteandFCCparticlesareCandAclassparticles,respectively,accordingtoGeldart’sclassification.Thestaticbedheightrangedfrom280to400mm.Thestaticpressurealongthebedheightwasmeasuredfromthesidewallbymicro-pressuremetersplacedatheightintervalsofevery40mm.Fluidizationgasvelocitywasvariedintherangeof6–12mm/s.Twovibrationmotorswerecrossmountedonoppositesidewallsofthevibratingbaseatanangleof90_toproduceathree-dimensionalvibration.Thiswascomposedofaverticalvibrationwithatwistvibrationinatangentialdirection.Experimentsshowedagoodgas–solidcontactstatewithsuchavibrationstyle.Thevibrationfrequencyrangewas30–60Hz,andamplitude0.05–0.40mminexperiments.-64- 东北大学毕业设计（论文）附录：英文翻译Table1Thesensitivities(inPa/mV)ofthedifferentsensorsintheexperimentsSensorno.12.3456789sensitivities9.069.709.939.5210.248.887.916.017.97Acondensermicrophoneofhighsensitivityandgoodlinearpropertieswasemployedtomeasurethepressurewavesignalsinthebedalongtheaxialdirection.Thisisakindofcapacitor-typesensorbywhichthepressurewavesignalscanbedetected.Thesensorhadacylindricalshapewithadiameterof6mm.Astainlessfilmof0.06mmthicknesswaspastedonthesensorterminaltomakethemicrophonesuitthepowderenvironmentinthebed.Ninesensorswerefixedonacopperbarof6mmdiametertosimultaneouslymeasurethepressurewavesignalsalongthebedheight.Thebarwascentrallyinsertedinthebedandwasmadeindependentfromthevibrationbody.Thedistanceintervalofadjacentsensorswas40mm.Thesensitivitiesofthefilmpastedsensorswerecheckedwithastandardmicrophone.ThesensitivitiesofthesensorsareshowninTable1.Theamplifiedelectricsignalsfromthesesensorsweremonitoredusinganoscilloscope.Thesignalsfromthesensorswereamplifiedandthensampledbycomputer.Thesamplingfrequencyfswassetat750Hz.Thesamplingtimeofsignalswas2.5s.Anyfrequencyhigherthan200Hzwasfilteredbeforesampling.ThewavesignalswereanalyzedbytheFFTmethod.3.Resultsanddiscussion3.1.WavepropagationphenomenaintheVFBThepressurewavesignalsalongtheaxialbedheightintheVFBweredetectedbytheninesensorssimultaneously.Thepressurewavewasobservedtofillthewholebed,butnowavesignalsweredetectedoutside-64- 东北大学毕业设计（论文）附录：英文翻译thebed.Thepressurewavesignalsatanominalfrequencyof30HzandtheirfrequencyspectraofpowerintensityandphaseanglewithFCCparticlesintheVFBareshowninFig.2.Fig.2.ThepressurewavesignalsandtheirfrequencyspectraintheVFB.FCC,H0=400mm,H=425mm,ug=10mm/s,f=30Hz,A=0.11mm.Thefluidizationgasvelocitywas10mm/s,whichishigherthantheminimumbubblingvelocityof4mm/s.Thedominantfrequenciesofthepressurewavewereconsistentwiththefrequenciesofthevibrationbodyatabout28.7and29.5Hz.Twofrequenciesresultfromthevibrationmotorsrunningatslightlydifferentspeeds.Theamplitudeofthepressurewaveatthetopregion(z=320mm)wasfoundtobehigherthanthatatthelowerregion.Thisisattributabletothereflectionwaveatthesurfaceofthefluidizedbed,whichenhancesthepressurewavesignals.Inthefrequencyspectra,twodistinctpeaksat1–3Hzwereobserved.Thesepeakscanbeassignedtobubblepassing.Thepeaksatlowfrequenciesbecomesignificantwithincreasinggas-64- 东北大学毕业设计（论文）附录：英文翻译velocity.Ingeneral,acomplexwavecanbeexpressedasaseriesofsinusoidalwaveswithdifferentweights.Eachofthesinusoidalwavespropagatesinamediumindependently.Thewavepropagationcharacteristicscanbestudiedbyfocusingonasinglefrequencysinusoidalwave.Thesinglefrequencywavepropagatinginanelasticmediumcausesaphasedelay.Inthisstudy,thewavepropagationprocessintheVFBwasanalyzedonthedominantsinglefrequencyfractionof28.7Hz.Thephasechangeoccurrenceinthewavepropagationprocesswasobservedinthisexperiment.Thephasechangeatthedominantwavefrequencyof28.7HzalongtheaxialbedheightintheVFBisshowninFig.3.Inarigidbody,thepressurefluctuationfromthebottomisinstantlytransmittedthroughtherigidmedium.Nophasechangeoccursatanytwopointsintherigidmedium,providedthevibrationwastransmittedthroughoutthemedium.ThephasechangeofthepressurewaveinthefluidizedbedshowninFig.3indicatesthatthefluidizedbedexhibitselasticity.Experimentalresultsshowedthatthereisadistributionaboutthewavepressureamplitudealongthebedheightundercertainconditions.Theamplitudedistributionbasicallydemonstratestheenergydistributioninthefluidizedbedsincetheenergyintensityisproportionaltothesquareofthepressurewaveamplitudeinauniformmedium.Thisdistributionwasaffectedbythefluidizationbehaviorinthebed.ThepressurewaveamplitudedistributionatdifferentfluidizationgasvelocitiesisshowninFig.4.3.2.VFBmediumforwavepropagationInthefluidizedbed,eachparticlewassurroundedbygasflow.Buoyancyanddragforcesactingonparticlescausedbythegasflowenabletheparticlestomoveintheverticaldirectionwithsomeelasticproperty.Horizontalpressurecausedbytheverticalgasflowenablestheparticlestomovewithsomeelasticpropertyinthehorizontaldirection.Thismixtureofcontinuous-64- 东北大学毕业设计（论文）附录：英文翻译gasflowanddiscreteparticlesgivesthebedthepropertiesofanelasticmedium.ItisschematicallyshowninFig.5.Theparticlessuspendedinthegasflowaremobileandaffectedbypressurefluctuation.Whenapressuredisturbanceisintroduced,thedisturbancetravelsthroughthefluidizedbedintheformofanelasticorpressurewave.Inabubblingfluidizedbed,themediumofthebediscomposedofabubblephaseandanemulsionphase.TheboundaryofthebubblephaseandtheemulsionphaseresultsinawavepropagationparameterchangeintheVFBduetothedifferentelasticpropertiesinthetwophases.AnairgapexistsbetweentheparticlebedandthevibratingbaseintheVFB.Theparticlebedissuspendedinthegasflow.Thebasevibrationproducesapressurefluctuationatthebottomofthebed,andthepressurefluctuationistransferredtotheparticlebedviatheairgapinsteadofbydirectcollisionbetweenthevibrationbaseandtheparticlebed.Thus,theenergytransferintheVFBisnotbythecollisionofparticles,butbythewavepropagationthroughtheelasticparticlebed.4.ConclusionThemechanismofvibrationenergytransferinaVFBwasinvestigatedinthisresearch.TheenergytransferfromthevibratingbasetotheparticlebedandtheenergytransferintheVFBarebypressurewavepropagation.Thewaveenergyismainlydissipatedinthefluidizedbedbythewaveoscillationcausedbywavereflectionatthemediumboundaryatbothtopandbottom.Thewavepropagationprocessanditsmechanisminafluidizedbedwereanalyzed.Thewavepropagationparametersareaffectedbyfluidizationbehavior.Adistributionofpressurewaveamplitudeinthefluidizedbedexistsintheexperimentalconditions.Thewavepropagationvelocitiesinthefluidizedbedcanbeestimatedbynumericalanalysisofexperimentalpressurewavesignals,andareintherangeof9to75m/s.-64- 东北大学毕业设计（论文）附录：英文翻译振动流化床中的能量转换机制摘要本文介绍了振动流化床中的能量转换机制，一系列的传感器安装在振动流化床的不同地方用来探测压力的波信号。可以通过研究压力的波信号的传播来了解振动流化床中的能量转换机制。由在床底部的振动元件产生的压力波传递到粒子床并通过颗粒和粒子床形成的空气间隙，流化床中的压力波的振荡和叠加是由于在流化床的表面界限和底部的波反射。导致能量损耗的主要是在床上。在流化床中的波的传播过程及其机理已经有人进行了分析。根据探测到的波信号进行了压力波的传播参数数值计算，在实验中发现波的传播速度在9-75米/秒的范围之内。关键词：振动流化床;流态化;压力波;波传播;机制1.总体介绍振动流化床（VFB）已商业化的应用在各种各样的过程，如热交换，粒子加工和化学反应等。机械振动施加于流化床可显着改善气-固接触和流化的状态。和传统的流化床相比它可维持较低的气速和压降，振动流化床中流化特征的经验公式在许多论文中针对各种应用有很多的报道。最近，流态化的细小颗粒在粒子加工和化学反应反面变得更有吸引力，由于粒子和粒子之间的相互作用，细小颗粒很难实现流化为改善流态化行为，需要有额外的振动能量来克服粒子之间的粘着力。因此，为了正确操作或设计振动流化床，有必要的了解能量转移机制。在一震动流化床中有效的机械能量转移是必不可少的一种实用应用方式。然而，只有少数报告报道了振动流化床的振动机制，在振动床中，建立一个振动能量转移的碰撞模型。假设一不可压缩气体通过一个刚性的粒子床，然后，考虑到气体的可压缩性，改善了碰撞模型，在这个基础上，碰撞模型在新的数学解释的发展下假设振动单元和粒子床在不同振动加速度下的碰撞状态，这个模型和实验结果-64- 东北大学毕业设计（论文）附录：英文翻译有很好的相容性。这种振动能量传播的机制被认为是该振动机构碰撞底部及侧面附近的粒子，然后这些粒子与相邻的粒子碰撞，引起了动能的转移。因为相当可观的粒子的耗散动能发生在任何非弹性碰撞过程中，转移到到床上的穿透深度的振动能量是相当有限的goldshtein等人观测一个振动在低频率大振幅(f<20Hz,A>10mm)的浅床上的振动过程引起的压缩和扩张波，指出压缩和扩张波传播的过程平衡了粒子由非弹性碰撞损失的动能，这些波支配动能的平衡并且维持振动床内的碰撞状态。Yamazaki等人指出，大加速度的机械振动（>g）通过在低频（10–25Hz）振动的振动流化床，引起脉动气体，导致振动流化床中的压力波动。压力波动的振幅是受气流速度，振动频率和振动强度的影响。Foscolo和Giblaro研究微粒和流化体的转移准则，同时考虑周围的流体的相互作用形成空隙。空隙的波动在流化床作为波的形式传播。波的传递受到粒子和流体性质的影响，可以从波的增长速度评价流化的行为。王教授等人报道说，粒子床的能量的传递，主要是由床的流化状态之前的碰撞，还有流化床沸腾后波的传播。该振动波的剪切力沿床层高度减少潺潺的气流的大小，这项研究中，在一个VFB进行了振动能量转移的机制的研究，以及在VFB中检测压力波沿着流化层的传播2.实验装置该实验装置用在目前的研究中，如图1所示。该VFB由一个透明的丙烯酸树脂圆筒制成，厚8mm，内径200mm，高度1000mm，用带有平均直径为25毫米的孔的多孔烧结不锈钢板，作为流化床中的筛板。用平均直径20mm，密度500kg/m3多孔粗糙的形状为集聚的针状粒子，平均0.2mm长和0.02mm的径向直径的铁矿，作为一种实验粉末。由试验得，其最小流化速度是6mm/s。另一种实验粉末FCC颗粒，其平均直径为54mm，体积密度1480kg/m3。-64- 东北大学毕业设计（论文）附录：英文翻译图1实验装置示意图。1，空气源;2，流量计;3，振动单元;4，流化床;5，传感器板;6，传感器;7，微压表;8，放大器;9，示波器;10，信号滤波器;11，A/D转换器;12，计算机。由试验得，最小流化速度是3m/s。该针铁矿和FCC颗粒是C和A类的粒子，静态床层高度的变化范围从280到400mm，静态压力由沿床层高度每40毫米间隔放置在侧壁的微压表测量，流化气速在6-12m/s的范围内变化。两个振动马达90度交叉安装在相对的振动单元上用来产生一个三维的振动，这个三维的振动是由一个垂直振动与在切线方向的扭转振动合成的。实验结果表明，一个良好的气固接触状态和振动系统有关。实验中振动频率范围为30-60赫兹，振幅在0.05-0.40毫米之间。采用了一种高灵敏度和有良好的线性特性的电容器来测量床上沿轴线方向的压力波信号，这是一种电容式传感器。这种传感器的外形是直径6毫米的圆柱体，贴在传感器末端的0.06mm厚的不锈钢片，使放大器可以适合床中的粉末环境，9个传感器被固定安装在1个铜板上同时测量沿床层高度的压力波信号。这块板插在床上的中央位置，不受振动机构影响。相临的传感器间隔距离40mm。贴着敏感胶片的传感器连接着一个标准的放大器。实验中采用的传感器的灵敏度如表1所示。-64- 东北大学毕业设计（论文）附录：英文翻译实验中不同传感器的灵敏度（Pa/mV）传感器编号123456789灵敏度（Pa/mV）9.0699.7069.9389.52410.2468.8847.9136.0107.971来自传感器的信号放大后由示波器来检测，进行倍增然后再由计算机采样。采样频率设置在750Hz,抽样时间是2.5s，任何高于200Hz频率的信号采样前都会被过滤掉。波信号的分析采用了FFT的方法。3.结论和讨论3.1VFB中波的传播现象在VFB中由9个传感器同时检测压力波信号沿床层高度在轴向的传播。观测整个流化床内的压力波信号，但没有检测流化床以外的波信号。VFB中FCC颗粒的标称频率为30赫兹的压力波信号的频谱的功率密度和相位角如图2所示。该流态化气速是10mm/s，高于最低流化速度4mm/s。压力波的占主导地位的频率约为28.7和29.5赫兹的振动体的频率。从振动电机产生的两种频率的运行速度略有不同。发现压力波的振幅在顶部区域（z=320mm）高于在较低的区域。这是由于在流化床表面的反射波，增强了压力波的信号。在频率谱1-3Hz，观测到两种截然不同的峰值。可以认为这些峰值是泡沫的流过引起的低频率的高峰期，对增加气流速度有显著的影响。在一般来说，一个复杂的波可表示为一系列的占有不同的权重的正弦波。每个正弦波在介质中独立传播。可以侧重于研究一个单频正弦波来了解波的传播特征。单一频率的波的传播在弹性介质引起相位延迟。在这项研究中，只分析VFB中波传播的过程中占主导地位的单一频率为28.7Hz的那一部分。在这个实验中观测到在波的传播过程中相位发生变化。频率为28.7Hz的主波沿流化床床层高度在轴向的相位变化，如图3所示。在刚体中，来自底部的压力波动是通过刚性媒介即时传播的。在刚性-64- 东北大学毕业设计（论文）附录：英文翻译媒介中，任何两点不会发生相位变化，使得振动可以在整个介质中没有变化的进行传播。流化床中压力波的相位变化如图3所示，显示出流化床是弹性的。实验结果表明，在一定条件下压力波的振幅沿床层高度有一种特定的分布。该振幅分布基本上体现了流化床上的能量分布，在一个均衡的媒介中能量的强度和压力波振幅的平方成正比。流态床的状态影响这种分布。不同的流化气体速度下压力波的振幅分布如图4所示。3.2VFB中波传播的介质在流化床中，每个粒子都被气流包围着。气流对粒子所造成的浮力和引力，使粒子在垂直方向上具有一些弹性的特性的移动，垂直气流造成的横向的压力，使粒子具有一些弹性特能的水平方向偏转。这种连续气流和离散粒子的混合使流化床有了弹性介质的特性。示意图如下面的图5。悬浮在气流中的颗粒受压力波动的影响是可以流动的。当有压力的干扰，这个干扰会穿越流化床形成弹性的压力波。在沸腾的流化床中，流化床的介质是由泡沫状态和乳状组成的。泡沫状态和乳状的边界，造成波传播参数的变化，在两种状态下具有不同的弹性性能。在VFB中，粒子床和振动单元之间存在空气间隙，粒子床悬浮在气流中。振动单元产生的振动导致粒子床底部压力的波动，压力的波动转移到粒子床，是透过空气的间隙而不是由于振动单元和粒子床的直接碰撞。因此，VFB中能量的转移不是由粒子的碰撞，而是由波通过弹性粒子床而传播。4.结论流化床内团聚造粒机理，主要是以粘合剂溶液为媒介，以固体粉体为核心，粉体相互接触附着团聚形成颗粒的。可用与粉体物料同质的溶液利用雾化器雾化，在粉体上团聚长大；还可以把熔融的液体在同质的粉粒体流化床中进行喷雾，在粉粒体上发生凝固干燥的造粒过程这篇文章研究了振动能量在VFB中的转移机制。VFB中能量从振动单元到粒子床的转移，是通过压力波的传播实现的。波的能量消耗，-64- 东北大学毕业设计（论文）附录：英文翻译主要由于流化床的自激振荡所造成的在介质顶部和底部的边界上的反射波的振动。研究分析了流化床中波的传播过程及其机理，波传播的参数受流化状态的影响。流化床中压力波的振幅在实验条件下有一个特定的分布。流化床中波的传播速度由实验得到的压力波信号数值分析进行估计，在9-75m/s的范围内。-64-'