吴雪晴 王馨

摘要：振动流化床干燥技术的研发，扩大了流态化干燥的范围，改善了流化质量，提高了热质传递的强度，已广泛用于化工、食品、陶瓷、医药、聚合物等行业的干燥。本文通过研究目前世界上关于振动流化床干燥技术的专利文献，将有助于振动流化床干燥技术的应用以及改进。

关键词：振动流化床;干燥;专利

中图分类号：TQ174.6 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）09-0059-03

Abstract： The research and development of vibrating fluidized bed drying technology has expanded the scope of fluidized bed drying， improved the fluidized quality， enhanced the intensity of heat and mass transfer， and has been widely used in the drying of chemical， food， ceramics， medicine， polymer and other industries. It will be helpful to the application and improvement of VFB drying technology by studying the patent literature on VFB drying technology in the world.

Key words： vibrating fluidized bed; dry; patent

1 振动流化床干燥原理

振动流化床干燥是在普遍流化床干燥技术的基础上发展起来的，它是通过在床体的侧面施加振动源从而把振动能量引入普通流化床的一种气固流态化技术，物料在床内的流化是由振动和气流的综合作用产生的，即床层除受干燥气流外，再附以振动作用使之于流化状态下进行干燥[1]。由于引入了振动使得干燥过程中颗粒的化冲跳动更加活跃，气固两相、固固相之间的接触机会增加，粘结机会降低，从而有助于床层形成充分的流态化，提高传热传质传递效率，强化生产过程，最终达到节约流化介质消耗量和降低粉尘夹带的目的。它避免了普通流化床的缺点，而且可强化传热、传质过程。振动流化床目前已广泛用于化工、食品、陶瓷、医药、聚合物等行业。

2 振动流化床干燥的发展状况

在振动流化床干燥领域中，其主要分为装置、操作、应用三大部分，其中结构上主要是对进气以及振动方式的改进，其目的是增强物料的流化效果，以及减小装置的能耗，以提高系统干燥物料的能力以及减少能效损耗;而操作上主要是对根据干燥物料以及干燥的需求对设备的运行进行控制，其目的是在保證装置干燥能力的同时提高装置干燥效果的能效和可靠性;而在应用上主要是在化工、食品、陶瓷、医药、聚合物等行业。

2.1 申请量年度分布

从图1中可以看出，振动流化床干燥技术的专利申请最早出现在20世纪60年代初期，但是在进入21世纪之后才取得快速的发展，我国的专利申请最早出现在1986年以后，主要是由于引入了振动技术，增加了设备的复杂性，再加上国内缺乏这方面的技术资料，使得国内对振动流化床技术的研究一直都落后于国外。1986年在上海召开的全国第二次干燥技术交流会才揭开了对振动流化床理论方面研究的序幕。进入90年代后，国内的学者才开始对振动流化床技术展开了深入的研究。进入21世纪后，由于我国于2001年底正式加入WTO，从此实施了保护知识产权的TPIPS协议，我国涉及振动流化床干燥技术的申请数量开始逐步增长，虽然我国在这一领域起步较晚，然而近年来，特别是2006年以后发展异常迅速，自2009年起，我国的申请量已连续多年占到全球申请总量的八成以上，需要指出的是，图中显示2016年申请量出现下降，主要是因为2016下半年之后申请的专利申请部分尚未公开，无法纳入统计数据，并不能说明专利申请量在下降。

2.2 申请原创国分布

由图2可知，中国、欧盟、美国是专利申请的主要原创国家/地区，其申请量占到了全球申请总量的九成，其中中国占全球申请总量的约61%，是申请量最大的国家，由于振动流化床干燥主要应用在化工、食品、陶瓷、医药、聚合物等行业中，工业化的快速发展会对轻型输送带产生巨大的使用需求，而我国的申请量较大主要是由于近十年来我国在工业化进程中取得了飞速的发展。

2.3 专利技术发展趋势

早期的专利申请主要是涉及采用电机实现振动、整床都参振以及空气自下而上穿过布风板的振动流化床干燥装置。1980年以后，才开始出现关于真空振动流化床干燥装置以及从布风板上方进气的振动流化床干燥装置的研究。同时，由于将振动增加到流化床干燥装置上，必将会引起能耗的增加以及装置运行的不稳，因此，就有了关于减少振动流化床装置能耗以及增强装置运行的稳定性的研究，即在同一时期出现的关于只让振动流化床装置的部分装置参与振动的专利申请，而关于振动流化床装置的振动源，从最开始的采用电机和弹簧，发展到后面的电磁感应、曲轴、液压，以及偏心轮的多振源的研究，而且，在振动流化床的应用方面也取得了重大突破，从最初的用于对煤粉的干燥，到1980年后，用于对食品、矿物等的干燥分选，以及2000年以后的对陶瓷粉以及对振动流化床装置的余热的回收利用。由此可见，对于振动流化床装置的应用范围越来越广。

3 振动流化床干燥技术专利分析

3.1 振动流化床的节能技术

3.1.1 上盖不参与振动的振动流化床技术。中国铁岭精工机器厂在1989年提出了使振动流化床干燥装置的上盖不参与振动的专利申请，该专利号为：CN2077531，该专利主要涉及通过减少振动流化床参振的部分，以达到节能的目的。CN2077531公开了一种上盖不参振的振动流化床干燥机，其主要由上盖、流化床板、下箱体风室，软连接，振动电机，隔振簧等组成。上盖通过支架座在基础上，下箱体上装有振动电机，上盖与下箱体之间由软连接。由于上盖不参振，可大幅度节省原材料，降低功耗，并使振动更趋平稳。适用于粉、粒、片、块状物料的干燥，尤其适用于分离段高度较大的物料。

3.1.2 外壳全不参振的振动流化床技术。专利权人赵金兆在1994年提出了使振动流化床干燥装置的外壳全不参与振动的专利申请，该专利号为：CN2220623，该专利主要涉及通过使振动流化床参振的部分进一步减少，以达到节能的目的。CN2220623公开了一种外壳全不参振的振动流化床干燥机，其主要包括振动电机、电机支座、振动弹簧、流化床、振动架、基座，流化床由振动架支承，振动弹簧由基座支承，安装在外壳内，外壳配有保温层，与基座连为一体。由于该振动流化床干燥机的外壳全不参振，因此从根本上减轻整机参振负荷，提高振动电机的效率，优化整机结构，满足制作超大超长结构的流化床干燥设备的要求。

3.1.3 仅布风板振动的振动流化床技术。中国成都工业科技开发公司在1988年提出了仅驱使振动流化床干燥装置的布风板参与振动的专利申请，该专利号为：CN2042584，该专利主要涉及通过减少振动流化床参振的部分，以达到节能的目的。CN2042584公开了一种振动流化床干燥机，主要由分布板、振源、角形密封、环形密封、轴密封、板密封、侧密封以及机座、机体、机盖组成，其特点主要是在保证流态化产生条件得到满足的前提下，将分布板与其他装置分离，即振源只驱动分布板而不驱动其他装置，以达到节能和改善环境品质的目的。

专利文献CN203586679公开了一种风室不参振的多层振动流化床干燥机，其主要包括设有进料口和排风口的上盖、至少两层振动流化床、风室和出料口，振动流化床设有激振器、床体、弹性支撑装置、布风孔板和下料口，出料口的进料端与最底层振动流化床的下料口连通，上盖与振动流化床之间通过软连接相连接，振动流化床与风室之间通过软连接相连接。由于上盖、各层振动流化床及风室之间均采用软连接，各层振动流化床独立振动，互不干扰，物料依次流过各层振动流化床，最后通过出料口排出，排出的物料即为被干燥好了的物料。由于本实用新型风室不参振，降低了参振质量，降低了机器成本，也降低了对地基和厂房的要求。

3.2 振动流化床干燥装置振源分析

3.2.1 振动源为活塞。专利GB937461公开了一种以活塞为振动源的振动流化床干燥装置，其包括进料口4、卸料口5、带孔的筛板1、活塞泵8和两个振动活塞单元7，热空气从进气口14进入，穿过筛板1对其上的待干燥物料进行干燥，同时，筛板1在活塞泵8与振动活塞单元7的作用下进行振动，使待干燥物料在流化状态下进行干燥。

3.2.2 振动源为电机。电机为振动流化床领域最常见的振源，CN2324509公开了一种内热式振动流化床干燥器，主要由支架、弹簧、床体、多孔气体分布板、振动电机和内加热构件组成。工作时，物料在气流和振激力的双重作用下处于流化状态，以实现对物料的干燥。因此，此种干燥器热效率高、能耗低、适用范围广。

3.2.3 振动源为磁铁。电磁感应被用于作为振动流化床的振源是在专利文献：CN203824231中，其公开了一种用于制备微丸的流化床，其在布风板底部设置衔铁，衔铁下方设置电磁铁，通过电磁铁和衔铁来实现布风板的快速小幅度振动。

专利文献CN106643091公开了一种低能耗的磁性矿红外线干燥器，其在布风板底部设置衔铁，衔铁下方设置电磁铁，通过电磁铁和衔铁来实现布风板的快速小幅度振动。

3.2.4 振动源为空气脉动。专利文献CN101468329公开了一种空气脉动重介流化床及其分选方法，在按某一规律周期交替变化的非恒定上升垂直气流中混入微细颗粒的固相加重质，形成一个在一定密度范围内波动的气固流化床层，不同密度组成的被分离矿物进入流化床层后，轻者上浮，重者下沉，并在脉动运动中更好的实现了按密度分层，从而实现分选的。工作中所述非恒定气流还可以是不间断的脉动气流，也可以是不间断的其他周期气流，同样还可以是间断的脉冲气流，也还可以是间断的其他周期气流，甚至还可以是与跳汰选煤脉动相似的脉动气流等等。工作中所述非恒定气流的频率可按需要调节，根据对象的变化，找到需要的最佳脉动频率，不同情况下均保持高效工作。工作中所述非恒定气流的上升时间、顶部稳定时间、下降时间、底部稳定时间的长短可按需要调节，针对千变万化的对象，找到其最适宜的脉动波形，保持高效工作。

3.3 多层振动流化床干燥

专利文献CN2359644公开了一种多层振动流化床干燥机，其主要由上床罩、中床体、下床体、筛板及加料装置组成，它们之间是通过法兰连接，中床体与下床体之间设多层筛板，上、下层筛板之间通过落料阀组连接，下床体的侧面安装热风进口，两台振动电机安装在下床体中部对称部位或其下部或干燥机的其他部位，加料装置设在料斗的下部，优点是节能，热效率提高15%～20%，设备占地面积可减少25%～30%。

专利文献CN203857774公开了一种蔗渣振动筛分流化干燥装置，其包括进料皮带、蔗渣入料口、筒体、烟气排气口、一级振动流化床、二级振动流化床、三級振动流化床、四级振动流化床、五级振动流化床、蔗渣出料口以及烟气进气口。所述的一级、二级、三级、四级、五级振动流化床由激振电机、弹簧减振装置、支架、流化床体所组成。在筒体内安装至少一级振动流化床，在振动流化床上方安装有蔗渣疏松装置。该装置采用振动流化床与蔗渣疏松装置相结合的方式，对蔗渣进行振松和疏松及分类，可根据蔗渣大小控制干燥时间，高效的利用锅炉烟道废气进行干燥;利用机械搅拌与直筒悬浮式干燥相结合的方式，能够有效地解决蔗渣结团、堵塞、出料不顺，锅炉热效率低下等问题。

4 结语

本文详细梳理了振动流化床干燥技术的分类，对振动流化床干燥技术领域的专利申请量随年度的变化、技术来源国以及核心专利进行分析。振动流化床干燥技术的专利申请最早出现在20世纪60年代初期，在最近几年才进入飞速发展阶段，而我国的申请量已经达到了第一位，说明我国关于振动流化床干燥技术的研究已经进入了重要阶段。

参考文献：

[1] 于春生.振动流化床干燥机的基础特性研究[J].机械设计与制造，1996（4）：3.