（1）流化現象

在一個干燥設備中，將顆粒物料堆放在分布板上，氣體由設備下部通入床層，當氣流速度增大到某種程度時，固體顆粒在床層內就會出現沸騰狀態，這種床層就稱為流化床，而采用這種方法完成的干燥過程稱為流化床干燥。根據床層的幾何尺寸、固體顆粒物料特性以及氣流速度等因素的不同，流化可存在三種階段。

1）第一階段——固定床

當流體速度較低時，在床層中的固體顆粒雖與流體相接觸，但顆粒間的相對位置不發生變化，這時固體顆粒的狀態稱為固定床。若對流體通過床層的總壓力損失ΔP測定，對流體空塔速度v0（v0為體積流量除以空床橫截面積）在雙對數坐標紙上進行標繪，則ΔP和v0之間的關系如圖1所示的AB段那樣，ΔP隨v0上升，成一傾斜直線的關系。

2）第二階段——流化床

當處于固定床階段的流體流速繼續增加，達到B點并超過B點以后，各固體顆粒之間就會產生位置移動，若流體速度還繼續增加，而床層的壓力損失保持不變，固體顆粒在床層中就會發生不規則運動，此時床層就處于流態化，即為流化床。固體顆粒運動的劇烈程度隨著流體流速的增加而增加，在流速的一定范圍內，固體顆粒仍停留在床層內而不被流體所帶走。如圖2所示它是不定型的，能隨著容器的形狀而改變，具有液體的流動性。在固體顆粒物料的特性、床層的幾何尺寸和流速一定時，則該系統有確定的性質，如密度、導熱性、比熱容和黏度。而隨流速的增大，床層的高度和空隙率也隨之增大，但流體通過床層的壓力損失ΔP的大小卻與床層中固體顆粒的質量保持相當，基本上不隨流速的增大而發生變化，這時在床層中能保持一個能見到的固體顆粒界面。

固體顆粒在床層中開始蠕動，剛剛出現流化的一點（即圖2中的B點）稱為臨界流化點。而B點是ΔP和v0關系的轉折點，若再提高流速，其壓力損失基本上保持一定值ΔPmf，直到C點。

若從流化狀態開始降低流體流速，直到D點，床層就會轉變為固定床。D點和B點的差別甚小，這是由于經過流態化后，固體顆粒重新排列而較為疏松。若繼續降低流體流速，則遵循DE線的關系而變化。故通常把對應于D點的流速稱為臨界流速vmf。從工程上應用方便起見，可認為D點同B點是重合的。而DC是相當寬的流速范圍，在這一范圍內，固體顆粒在床層總是保持著流化狀態，當然，流體與固體顆粒運動的劇烈程度是隨流速的大小而不同。流化床與固定床階段相比，床層明顯地膨脹。常以空隙率ε表示床層膨脹程度。

3）第三階段——氣流輸送

在流化床內，若流速超過了圖2中的C點，即流體流速大于固體顆粒的沉降速度v，此時固體顆粒就會被氣流帶出容器，而不能繼續停留在容器內，這就是第三階段——氣流輸送。從分布板上方直到流體出口處，整個容器充滿著固體顆粒，它們相互間的碰撞和摩擦較小，而是以一個向上的凈速度運動。床層也失去了界面，而床層的迅速下降，ε增大，床層內的固體顆粒密度降低，此狀態也稱為稀相流化床。

（2）散式流態化和聚式流態化

1）散式流態化

較理想的流態化表現為固體顆粒在床層內均勻分散、平穩沸騰。此類流態化在液-固系統中常見，在氣-固系統中，當流速超過臨界流速vmf或接近沉降速度vt時，同樣也會出現散式流態化。圖2為散式流化床。

2）聚式流態化

固體顆粒不以單個的形式出現，而以顆粒團形式出現，識別不出顆粒的平均自由行程，此為聚式流化床。這時流體常以氣泡的形式通過床層并上升，氣泡在上升過程中慢慢長大、合并或有少數破裂現象，最后到達床層界面時會發生破裂，床層壓力損失波動，從外觀上看床層好像沸騰的液體。當在氣泡中夾帶有少量固體顆粒時，稱為氣泡相，氣泡相中平均含有0.2%～1%的固體顆粒。而當氣泡周圍存在大量固體顆粒時，則稱為乳化相。

氣泡相和乳化相組成不均勻的聚式流化床（圖3）。一般，固體顆粒和流體密度相差較大的流化系統多趨于聚式流態化；反之，固體顆粒和流體密度相差較小的流化系統多趨于散式流態化。在流化床干燥機中，由于干燥介質的流體密度較小（如熱空氣、煙道氣、惰性氣體），其固體顆粒密度和流體密度相差較大，故在流化床干燥中所遇到的流化狀態大都是聚式流態化。

（3）聚式流化床中常見的幾種不正常現象

1）溝流

在流體通入固定床層時，由于各種原因導致流體在床層中分布不均勻，在床層的局部地方產生了短路，使相當多的流體通過短路流過床層，此時即使通過床層的氣流速度大于臨界速度，床層卻也不會發生流化，見圖4。在流化床干燥機中若產生溝流，會使干燥介質與被干燥的污泥接觸不良，從而降低干燥效率。若要使其發生流化，流體流速就必須比臨界速度大很多，才能使料層“開鎖”。此“開鎖”點即為圖5中的K點，此時床層開始沸騰流化，床層壓力突然下降，即由K點降到C點。此后壓力損失可能隨著流速的增加而出現回升，但達不到理論的壓力損失值。

產生溝流的原因一般有：a.物料潮濕，易結塊，在床層中料層厚薄不均勻，從而在床層薄、結塊少的局部產生溝槽；b.料層顆粒度的分布不均，其中細小顆粒含量過高，且流體流速較低；c.由于氣體分布板設計不合理或孔板上的開孔數較少，故氣體分布不均勻。

欲消除溝流現象，一般必須增加流速或改善分布板設計，而且污泥不能太濕，必要時可在床層內加設攪拌裝置。在工藝操作上，可以采用先送氣后加料的方式。

2）騰涌

在流化床內固體顆粒大小分布不均勻、氣體通過分布板不均勻、流化床的高度與直徑比值較大等因素，會使床層內的氣泡匯合長大，直至氣泡直徑大到接近于床層內徑時，由于氣速較大，固體顆粒在床內就會形成活塞狀向上運動，當氣泡在密相界面上破裂時，顆粒會被向上拋出很高，小顆粒被氣流所夾帶，然后較大的顆粒紛紛落下，如此往復循環，就會使固體顆粒與干燥介質流體接觸不良，干燥效率降低，這種現象即稱為騰涌，見圖6。

在流化床干燥中，騰涌會使床層受到較大的沖擊，從而損壞床內構件。而且騰涌常會使污泥固體顆粒加劇磨損，大量的污泥細粉被氣流帶出，需要避免騰涌現象的產生。而要避免騰涌現象，可將流化床干燥機的高度適當地加高，直徑適當地加大，并且使H/L<1，必要時可在床層內加設擋板或擋網等內部構件，以破壞騰涌的產生。

（4）流化質量

在氣-固兩相的流化床干燥機中如圖 7所示，流化質量的好壞可從以下幾個方面進行鑒別。

① 流化質量好時，床層壓力損失波動一般小于±3%。若壓力損失波動超過±10%，則是不正常流化。

② 流化質量好時，床層溫度（軸向、徑向）分布均勻，溫差一般小于2℃。

③ 用聽音棒沿熱電偶保護管聽床層內流體及固體顆粒流動的聲音或用儀器測定起泡頻率，頻率高者說明氣泡小，流化均勻。當流化很差時，設備和支架會出現明顯的振動。

在通常情況下，當流化床中流體空床流速超過臨界流速不太大時，床層內可產生較為劇烈的攪動，此時氣、固兩相就可以進行良好的接觸，故流化速度一般不宜過大。此外，為了改善流化質量，還可通過選取較寬的固體顆粒粒度范圍和較低的床層來實現。

（5）流化床干燥特點

① 溫度分布均勻，由于流化床內溫度均一避免了局部過熱，并能自由調節，故可得到均勻的干燥產品。

② 傳遞效果好，由于與物料的接觸面積大同時物料不停攪拌，熱傳遞迅速，所以處理能力大。

③ 停留時間可調節，由于滯留時間可在幾分鐘到幾小時范圍內任意選定，可以按需調節，控制物料的含水率。

④ 處理容易，因流化床具有相似于液體的狀態和作用，所以處理容易，物料輸送簡單。

⑤ 設備結構簡單，便于制造和維修，并易于根據工程實際進行放大。

⑥ 在同一設備內，既可進行連續生產操作，又可進行間歇生產操作。