上一講我們說過流化床實(shí)際上就是一種傳統(tǒng)的氣固強(qiáng)化設(shè)備，一般情況下可以滿足大部分工藝流程的需要。比如說流化床干燥，其生產(chǎn)能力就已經(jīng)可以達(dá)到傳統(tǒng)干燥設(shè)備的3-4倍。排除上一期說到的各種局限，如果能對其進(jìn)行普及就已經(jīng)具有了一定意義。

而撞擊流氣固強(qiáng)化設(shè)備可以說進(jìn)一步放大了流化床的優(yōu)勢與局限性。相對于流化床，撞擊流接觸設(shè)備，氣流速度更快，氣固傳質(zhì)效率更高，顆粒破碎效果更好。于此同時(shí)帶來的問題就是能耗與流化床相比稍低，但是在同一級(jí)別。從效率上來說，撞擊流的傳質(zhì)效果更好，對于干燥工況，部分顆粒可以在分鐘級(jí)甚至秒級(jí)的停留時(shí)間內(nèi)完成干燥。由于傳質(zhì)效率增大，熱量與氣量的損失小于流化床。但是這不能從根本上解決氣固強(qiáng)化設(shè)備的大氣量以及較高能耗的問題。

我們來看撞擊流設(shè)備的原理，之前在專欄文章中有過介紹，在這里重復(fù)一下，撞擊流的基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)相對的流道或者噴射器。在相對的流道中流體以高速通過對于氣體這個(gè)速度在10-30s之間，這這一段中固體隨著氣體一起被加速。噴口之間的區(qū)域就是撞擊區(qū)，從噴口噴出的流體速度相等，因此在撞擊區(qū)內(nèi)相互撞擊，沿噴口方向速度變?yōu)?，最后從垂直噴口的方向離開撞擊區(qū)。

撞擊流過程的基本描述

與氣體不同，固體顆粒密度較高，慣性較大，會(huì)繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，在反向氣流的作用下逐漸減速，然后被方向加速。如此幾次，固體顆?？梢栽谧矒魠^(qū)內(nèi)做若干次阻尼振蕩。隨后失去動(dòng)量脫離撞擊區(qū)。

從流體力學(xué)的角度來看，由于存在固體與氣體的反向運(yùn)動(dòng)，氣體與固體間的平均速度很快，同時(shí)氣體的撞擊是一個(gè)耗散過程，在撞擊區(qū)內(nèi)會(huì)形成劇烈的氣體湍流，氣體與固體間的傳質(zhì)傳熱可以非常高效的進(jìn)行。另外顆粒會(huì)在撞擊區(qū)發(fā)生相撞，導(dǎo)致顆粒進(jìn)一步破碎提高效率。

目前從撞擊流設(shè)備的實(shí)現(xiàn)角度來看有多種實(shí)現(xiàn)形式，比較常見的是直接撞擊形式，這種撞擊形式主要用于煤粉干燥以及燃燒，是撞擊流設(shè)備中最為原始與經(jīng)典的應(yīng)用，這個(gè)結(jié)構(gòu)看似簡單但是容錯(cuò)率非常低，兩個(gè)噴射器要完全對中，同時(shí)對氣路的控制要求也較高。為了實(shí)現(xiàn)未燃燒的煤粉回用還需要采用旋風(fēng)分離器，整個(gè)體系的設(shè)計(jì)與配置都有一難度，主要的問題就是氣體流動(dòng)手壓強(qiáng)影響很大。

另外一種形式就是旋轉(zhuǎn)撞擊形式，這種撞擊形式解決了對噴射器對中的要求，在一個(gè)類似旋風(fēng)分離器的空腔內(nèi)將兩個(gè)流體以切線形式引入，在空腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)撞擊。這種形式結(jié)構(gòu)更加簡單，但是在對控制要求不高，但是無法將出口粉體引入旋風(fēng)分離器，導(dǎo)致這種設(shè)備只能適用于停留時(shí)間較短的干燥過程。

旋轉(zhuǎn)式撞擊流

最后就是噴動(dòng)流化床形式，這種形式操作條件要求最低，類似于傳統(tǒng)流化床。噴動(dòng)流化床中不需要保證兩根加速管內(nèi)流體速度與固體含量一致，甚至不要求撞擊面在撞擊區(qū)的中心。顆粒經(jīng)過撞擊后自動(dòng)下落回到流化床底部。這樣一來有利于顆粒在反應(yīng)器內(nèi)的長時(shí)間停留，適用于干燥需求時(shí)間較長的情況。噴動(dòng)流化床從流程上是最容易實(shí)現(xiàn)氣固撞擊流的結(jié)構(gòu)。

噴動(dòng)流化床形式的撞擊流干燥系統(tǒng)

從目前來看，無論采用何種氣固強(qiáng)化的形式，都面臨著市場應(yīng)用的問題，還是之前提到的一點(diǎn)，干燥在化工整體流程中并非一個(gè)重要的核心流程，其效率對整體影響不大，有大量操作方便的設(shè)備可以湊合，因此應(yīng)用上并非特別廣闊。至于氣固燃燒器由于是燃燒，燃燒效率提高會(huì)帶來一系列的好處，因此在這方面有一定應(yīng)用。整體來看氣固反應(yīng)的強(qiáng)化并不是過程強(qiáng)化的重點(diǎn)。

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