气力输送与通风除尘

第一章  通风除尘与气力输送系统的设计 第一节  概述 在食品加工厂中，车间的通风换气、设备和物料的冷却、粉尘的清除等都需要通风除尘系统来完成。粉状、颗粒状的物料(如奶粉、谷物等)的输送都可借助气力输送系统实现。通风除尘和气力输送系统是食品加工厂的常用装置。 食品加工厂中粉尘使空气污染，影响人的身体健康。灰尘还会加速设备的磨损，影响其寿命。灰尘在车间内或排至厂房外，会污染周围的大气，影响环境卫生。由于粉尘的这些危害性，国家规定工厂中车间内部空气的灰尘含量不得超过10mg/m3，排至室外的空气的灰尘含量不得超过150mg/m3，为了达到这个，必须装置有效的通风除尘设备。 图1是食品加工厂常见的通风除尘装置。主要由通风机、吸风罩、风管和除尘器等部分组成。当通风机工作时，由于负压的作用，外界空气从设备外壳的缝隙或专门的风管引入工作室，把设备工作时产生的粉尘、热量和水汽带走，经吸风罩沿风管送入除尘器净化，净化后的空气排出室外。 气力输送系统的形式与通风除尘系统相似，但其目的是输送物料，主要由接料器（供料器）、管道、卸料器、除尘器、风机等部分组成。气力输送系统除了起到输送作用外，还可以在输送过程中对物料进行清理、冷却、分级和对作业机完成除尘、降温等。小型面粉厂气力输送工艺流程如图2。 气力输送具有设备简单、一次性投资低、可以一风多用等特点，与机械输送相比，气力输送的缺点主要是能耗较大，对颗粒物料易造成破碎。 通风除尘和气力输送都是利用空气的流动性能来进行空气的净化或物料的搬运的，因此，流体力学是本章的基础知识。有关流体力学的知识可参阅相关书籍资料，在此不再敷述。本章主要讨论食品加工厂通风除尘和气力输送系统的设计。 第二节  通风除尘系统的设计与计算 1 通风除尘系统的设计原则和计算内容 通风除尘系统也叫除尘网路或风网。通风除尘网路有单独风网和集中风网两种形式。在确定风网形式时，当： 1) 吸出的含尘空气必须作单独处理； 2) 吸风量要求准确且需经常调节； 3) 需要风量较大；或设备本身自带通风机； 4) 附近没有其它需要吸风或可以合并吸风的设备或吸点时应采用单独风网。 不符合上述任一条例的两个或两个以上的设备或吸点，应尽量采用集中风网，以发挥“一风多用”的作用。在把几台设备或吸点组合成一个集中风网时，应该遵循以下原则： 1）吸出物的特性相似。由于各种设备的工艺任务各不相同，它们产生的粉尘的五华特性及其价值存在差异。因此不同特性的吸出物，应根据情况尽可能分别吸风。 2）设备工作的间歇应该相同。以保持风机负荷的稳定，提高电气设备的效率。 3）管道配置要简单。同一风网中的设备之间的距离要短，连接设备的风管的弯曲和水平部分要少。 遵守上述原则就可以节省管道，减少压力损失，降低通风装置的投资和经常费用，使不同特性的吸出物能分别利用。在组合风网时，集中风网的总风量在2500~8000m3/h的范围内。过大或过小，在经济上和设备的选用、安排上都不适宜。 通风网路计算的目的主要是确定各段风管的尺寸全部网路的阻力，选择适宜的风机。通风网路计算的主要内容包括下列几项：1）确定设备或吸风点所需的风量和产生的空气阻力。2）确定风管中的风速。3）计算风网中各段风管的尺寸。4）选择除尘器的形式、规格和计算其阻力。5）计算风网的全部阻力。6）确定通风机的型号、转速和功率，确定电机的规格，传动方式等。 2 吸点和设备的风量和阻力 有些设备为了吸尘、降温、风选等工艺目的，常装有吸风装置。其吸风量的大小取决于工艺要求和设备形式。在确定时要考虑：1）在生产过程中所产生的灰尘、热量和水汽能被吸风带走或保证不向机器外扩散。2）吸风量应满足物料风选分离的要求。3）在完成上述任务的前提下，要求吸风量达到最少。 因此，首先要求设备具有合理的风道结构和罩盖，并尽量做到密闭。粮食加工厂常见设备的吸风量可参见表1。定型设备的风量和空气阻力通常由设备生产厂家提供，阻力也可在机器的吸风管上测量全压来求得。在设备的结构形式一定时，阻力与风量有如下的关系： 式中：H机 ——设备的阻力，mmH2O ε——阻力系数，见表１ Q ——风量，m3/s 表1  粮食加工厂常见设备或装置的吸风量和阻力 名称 吸风量Q m3/h 阻力H机 kg/m2 阻力系数 ε 备注 下粮坑吸尘罩 2200 3 8 吸尘罩宽度1500mm，入口风速3~5m/s(粉料入口风速0.5~1.5m/s)。 振动筛 3600-4500 15~24 15 筛面宽1000mm，其它宽度的风量按比例推算。 吸式比重去石机 2200~3400 40~50     砻谷机 2000~3000 5   胶辊长356毫米，风选谷壳 米机吸糠 300 5     溜筛、圆筛、升运机底座、螺旋输送机、胶带输送机、荞子抛车进口 300~480 2~4     碟片精选机 600 3   φ630×27片 金钢砂打麦机 2400 26 60   铁皮圆筒打麦机 1200 25 220   立式刷麸机 400 5               3 通风除尘网路主要设备的计算和选择 3.1 除尘器 除尘器是使含尘空气净化的设备。空气的除尘净化一般有粗净化、中净化和精净化三种等级要求。食品加工厂常见空气除尘净化的方法、设备和效果见表2。 表２　食品加工厂常见空气除尘净化的方法、设备和效果 净化等级 临界粒径dpc m 设备 工作原理 净化后粉尘在空气中的含量 mg/m3 粗净化 >40~50 降尘室 重力沉降 - 中净化 >5，dpc50=1~2 旋风分离器 离心沉降 <100 精净化 >1，dpc90=0.5 布袋过滤器 截留 <1~2           3.1.1 降尘室的设计 依靠尘粒自身重力的作用，使灰尘从空气中分离出来的设备叫做降尘室，如图3所示。当含尘空气流入容器时，由于截面突然扩大，气流速度大大降低，灰尘因自身重力的作用降落到降尘室的底部。净化后的灰尘从出口排出。降尘室的截面积越大，含尘空气在其中移动的速度就越慢，灰尘就有足够的时间逐渐沉降下来。通常，降沉室的除尘效率只有40~70%。 (a) 重力降尘室                            (b) 多层隔板式沉降室 图3  降尘室 假定含尘空气的速度在沉降室截面上是均匀的；在空气的流动方向上，粉尘和气流具有同一速度，气流在沉降室内是层流（Re≤1）；当尘粒降落到降尘室底部后，不会被气流重新带走。则沉降室截面上含尘气体的平均速度为： 式中 Q——含尘气体流量，m3/h b，h——降尘室的宽度和高度，m 含尘气体在沉降室内的停留时间t为： 式中 l——沉降室长度，m 粉尘的临界沉降速度可用下式计算: 式中ρs，ρ——粉尘和气体的密度 dpc——粉尘的临街粒径 μ——气体的粘度，Pas 尘粒的沉降时间为： 则能使 分离出来，粉尘在降尘室的停留时间t必须大于沉降时间tc，即必须满足： 或 上式表明，能使粉尘分离出来的降尘室只要有足够的长度和宽度即可，与其高度h无关。为获得较好的沉降效果，节省降尘室尺寸，通常将降尘室设计成扁平形或在一室内设置多层隔板，但设置多层隔板后清理较困难。 降尘室的设计目的是在满足工艺流量的前提下，确定其长、宽、高的尺寸。处理风量由工艺给定。为了获得较好的设计效果，通常取含尘气体的速度为0.3～3m/s。降尘室的设计步骤为： 1） 确定高度h(可取h=(1/3~1/5)b)一定，则可计算出宽度： 2） 计算长度： 3） 为了不使沉降下来的粉尘重新被卷走，最后还应验算风速 ,其中 f—摩擦系数；ξ—流体对颗粒的阻力系数；dp—颗粒的直径；ρs—颗粒的密度；ρf —流体的密度；ρf—流体的密度 。 降尘室经久耐用，空气阻力低，没有传动机构，管理方便，但占地面积大，除尘效率低，只能除去粗大尘粒。 3.1.2 旋风分离器的设计 3.1.2.1旋风分离器的工作原理 旋风分离器（也叫沙克龙）是利用离心力的作用分离含尘气体的设备。主要由内外两个圆筒、一个圆锥筒和进气管组成。其工作原理见图4所示。含尘空气以较高的速度沿外圆筒切线方向进入后，在内外圆筒之间和锥体部位作螺旋运动。在旋转过程中，由于尘粒的惯性离心力比空气大很多倍，因此被甩向器壁，并沿器壁作下螺旋运动，经排灰口排出。自上向下的旋转气流，除其中一部分在中途逐渐由外向内而经内圆筒排出外，其余部分则随着圆锥筒的收缩而向锥体中以靠拢，在接近锥体下端时，又开始旋转上升，形成自下向上的旋转气流，然后经内圆筒向外排出。 3.1.2.2 旋风分离器的计算（见讲义） 由上式可以看出，离心力的大小与尘粒的性质、气流的速度和集尘器的直径有关。若集尘器入口的空气速度不变，旋转半径或集尘器直径愈小，尘粒愈大，离心力也愈大，除尘效率就愈高。不过根据实验表明，当速度提高到一定程度后，除尘效率的增加就很少，而集尘器的阻力却继续增加。 由于气流的旋转而形成一定的负压，容易从排灰口将已沉降的灰尘卷走。因此必须想方设法防止漏风。为了防止漏风和提高净化效率，可在排灰口装关风器，或装贮灰箱。 旋风分离器的阻力通常按局部阻力公式进行计算，即： 式中：Ｈ ——旋风分离器的阻力，kg／m2 —— 旋风分离器的阻力系数 H动——对应于集尘器进口风速的动压力kg/m2 常见旋风分离器有下旋型沙克龙、内旋型沙克龙、扩散型沙克龙等，目前国内已有定型产品。其特点见表2。 表2 常见旋风分离器的结构特点 名称 简图 主要技术参数 特点 下旋60型   d=0.6D，h1=2.17D，c=0.57 D，h2=2 D，b=0.2 D，h=4.17 D， e=0.77 D，a=0.14 D 外圆筒上部呈向下的螺旋形，使空气进入后即向下旋转以减少涡流的大小以外圆筒的直径D表示，其它各部分的尺寸按一定比例随D而变化。除尘效率在95%以上。 圆筒部分比圆锥部分长，总高度较高。阻力系数ξ=4.5，其值不随沙克龙的直径而变化。 下旋55型   d=0.55D，,h1=0.8D，c=0.45 D，h2=2 D，b=0.225 D，e=0.1 D， a=150-200mm 与下旋60型相似。圆筒部分较短，外形尺寸较小。阻力系数为ξ=5.7。 外旋型   d=0.45D，h1=0.8D，c=0.35 D，h2=2 D， b=0.3 D，e=0.3 D，a=0.15 D， R=(D+b)/2 通常是单个使用。阻力系数随直径的增大而增大，因此，直径不宜做得过大。作为卸料器使用时进口螺旋处容易被物料堵塞 内旋型   d=0.5D，h1=0.75D， c=0.5 D，h2=1.5 D，b=0.25 D，e=0.1 D， a=100-150mm 进风口沿外圆筒的内壁切线进入，但不呈螺旋状。高度尺寸较小，结构简单，制造方便。但阻力较大，除尘效率较低。 扩散型 d=0.5D，h1=2D， c=1 D， b=0.26 D，h2=3 D，D1=1.65D， h3=1.5 D， D2=1.4 D，h4=1.1D，D3=0.1 D 下部呈上下大的扩散倒锥体，并在其中设置有圆锥形反射屏，内有透气孔，从而避免了由于返卷气流而带走灰尘的现象。体积大，阻力高。