化工过程强化系列11：撞击流气固强化设备

上一讲我们说过流化床实际上就是一种传统的气固强化设备，一般情况下可以满足大部分工艺流程的需要。比如说流化床干燥，其生产能力就已经可以达到传统干燥设备的3-4倍。排除上一期说到的各种局限，如果能对其进行普及就已经具有了一定意义。

而撞击流气固强化设备可以说进一步放大了流化床的优势与局限性。相对于流化床，撞击流接触设备，气流速度更快，气固传质效率更高，颗粒破碎效果更好。于此同时带来的问题就是能耗与流化床相比稍低，但是在同一级别。从效率上来说，撞击流的传质效果更好，对于干燥工况，部分颗粒可以在分钟级甚至秒级的停留时间内完成干燥。由于传质效率增大，热量与气量的损失小于流化床。但是这不能从根本上解决气固强化设备的大气量以及较高能耗的问题。

我们来看撞击流设备的原理，之前在专栏文章中有过介绍，在这里重复一下，撞击流的基本结构是两个相对的流道或者喷射器。在相对的流道中流体以高速通过对于气体这个速度在10-30s之间，这这一段中固体随着气体一起被加速。喷口之间的区域就是撞击区，从喷口喷出的流体速度相等，因此在撞击区内相互撞击，沿喷口方向速度变为0，最后从垂直喷口的方向离开撞击区。

撞击流过程的基本描述

与气体不同，固体颗粒密度较高，惯性较大，会继续向前运动，在反向气流的作用下逐渐减速，然后被方向加速。如此几次，固体颗粒可以在撞击区内做若干次阻尼振荡。随后失去动量脱离撞击区。

从流体力学的角度来看，由于存在固体与气体的反向运动，气体与固体间的平均速度很快，同时气体的撞击是一个耗散过程，在撞击区内会形成剧烈的气体湍流，气体与固体间的传质传热可以非常高效的进行。另外颗粒会在撞击区发生相撞，导致颗粒进一步破碎提高效率。

目前从撞击流设备的实现角度来看有多种实现形式，比较常见的是直接撞击形式，这种撞击形式主要用于煤粉干燥以及燃烧，是撞击流设备中最为原始与经典的应用，这个结构看似简单但是容错率非常低，两个喷射器要完全对中，同时对气路的控制要求也较高。为了实现未燃烧的煤粉回用还需要采用旋风分离器，整个体系的设计与配置都有一难度，主要的问题就是气体流动手压强影响很大。

另外一种形式就是旋转撞击形式，这种撞击形式解决了对喷射器对中的要求，在一个类似旋风分离器的空腔内将两个流体以切线形式引入，在空腔内实现撞击。这种形式结构更加简单，但是在对控制要求不高，但是无法将出口粉体引入旋风分离器，导致这种设备只能适用于停留时间较短的干燥过程。

旋转式撞击流

最后就是喷动流化床形式，这种形式操作条件要求最低，类似于传统流化床。喷动流化床中不需要保证两根加速管内流体速度与固体含量一致，甚至不要求撞击面在撞击区的中心。颗粒经过撞击后自动下落回到流化床底部。这样一来有利于颗粒在反应器内的长时间停留，适用于干燥需求时间较长的情况。喷动流化床从流程上是最容易实现气固撞击流的结构。

喷动流化床形式的撞击流干燥系统

从目前来看，无论采用何种气固强化的形式，都面临着市场应用的问题，还是之前提到的一点，干燥在化工整体流程中并非一个重要的核心流程，其效率对整体影响不大，有大量操作方便的设备可以凑合，因此应用上并非特别广阔。至于气固燃烧器由于是燃烧，燃烧效率提高会带来一系列的好处，因此在这方面有一定应用。整体来看气固反应的强化并不是过程强化的重点。

免责声明：文章来源知乎  作者：法式滚筒YEboss公众号：YEBOSS的化工大杂烩 转载仅供参考学习及传递有用信息，版权归原作者所有，如侵犯权益，请联系删除。