粉体料仓的设计.docx

粉体料仓的设计李志义王淑兰丁信伟大连理工大学 大连 116012摘要 介绍了料仓设计的基本方法 , 包括流型选择 、流型设计以及卸料口尺寸的确定方法等 , 最后给出一个应用实例 。关键词 料仓 流型 卸料口中图分类号tq24919文献标识码 a文章编号 1006 - 7906 (1999) 04 - 0011 - 051引言料仓是化工生产的重要设备 ,题作一简介 。2 料仓流型的选择料仓有两种基本流型 : 整体流和中心流 。在整 体流料仓中 , 卸料时料仓中的所有物料同时向卸料 口流动 (参见图 1a) ; 在中心流料仓中 , 流动的物料只限于料仓中心的 “漏斗”区 , 其周围则为流动 “死区” (参见图 1b) 。表 1 给出了这两种流型料仓 的优缺点比较 , 及其各自的适用场合 。图 2 给出了 料仓流型选择需要考虑的问题 。它不仅用作储存工艺粉体物料 (原料 、产品 、中间产品等) 和辅助物料 (如催化剂等) , 而且用作均化物料性能 、平 衡工艺物流以及事故情况下的物料紧急存放等 。早在 30 年 代 , 人 们 就 已 经 重 视 料 仓 的 设 计 问 题1 , 在 7080 年代取得了许多具有实用价值的研究成 果 。尽管这些成果还不能解决料仓设计的一些特殊 问题 (如偏心流动等) , 却形成了料仓设计基础 。据 此设计的料仓 , 应能满足一般工艺操作需要 。然投入使用的料仓至今仍屡见流动难问题 , 其原因主要 有两个 : 一是设计者重视不够 , 将料仓与常压液体 贮罐同等对待 ; 二是缺乏必要的设计参考资料 。现 有的关于料仓设计的研究成果 , 基本上分散在不同 的出版物上 , 缺乏系统性 ; 这些研究成果大都具有很强的针对性 , 缺乏通用性 ; 由于粉体流动问题本 身的 复 杂 性 , 有 些 结 果 尚 有 争 议 , 缺 乏 定 论 。因 此 , 设计者在利用这些结果时 , 有时觉得局限性很 大 。料仓设计首先要解决的问题是流型选择 , 然后 是确定一个合适的料斗半顶角 , 以实现所选择的流型 。对于整体流和中心流料仓 , 要分别确定合适的 卸料口尺寸 , 以防止因形成粘性拱 (又称架桥) 或 管流 (又称 鼠 洞) 等 , 造 成 无 法 卸 料 或 喷 泻 等 问 题 。本文根据现有的研究成果和设计经验 , 就此问a 整体流b 中心流图 1 料仓的基本流型【作者简介】李志义 , 男 , 1959 年 3 月生 , 1981 年毕业于大连理工大学化工机械专业 , 工学博士 , 教授 , 现主要从事化工装备 技术的教学与科研工作 。【收稿日期】1999 - 04 - 22 修回日期 : 1999 - 08 - 01图 2 料仓流型选择需考虑的问题12 化学工业与工程技术1999 年第 20 卷第 4 期表 1 整体流和中心流料仓的基本特性及适用场合比较项目整体流中心流稳定 不会出现管流 、喷泻等不稳定流动状态 。适用于需对卸料量进行计量和控制的场合 。不稳定 会出现管流、喷泻等不稳定流动状态 , 卸料速率变化很大。适用于对卸料量无严格要求的场合。不均匀 流速的波动会引起仓内压力 ( 动压力) 的变化 , 流动区与死区物料密度存在差 异 。适 用 于 对卸料量无需计量和控制的场合 。卸料速率均匀 仓内压力波动小 , 物料仓存时间基本相同 , 卸料口处物料密度基本保持一致 。适 用 于 通 过 卸料速率来控制卸料量的场合 。卸料密度先进先出物料同时向卸料口流动 , 料位均匀下降 , 物料的仓存时间基本一致 。适用于 对 料 位 需 要计量和控制 , 以 及 仓 存 时 间 会 对 物 料 性 质 有 较 大影响的场合 。一致 原因及适用场合同上 。先进后出 料仓中心形成一个 “漏斗”形流区 ,其周围为流动 “死区”, 流动区物料即进即出 , 死区 物料最后卸出 。适 用 于 仓 存 时 间 对 物 料 性 质 影 响 较小的场合 。不一致 原因及适用场合同上 。卸料顺序仓存时间不严重 即使进料时因粒度分散造成离析 , 但在卸料时因整体流动 , 同一料位上的渗混过程 , 使物料离析 减小或消除。适用于物料粒度分散较大的场合。较高 料斗半顶角较小 , 使整个料仓高度增加 , 同时增加了进料 系 统 的 费 用 。适 用 于 安 装 高 度 不 受 限制的场合 。较严重 卸料时的中心漏斗流会加剧物料离析 。适用于物料粒度分散较小或对粒度分散无严格要求 的场合 。离析程度较低 料斗半顶角较大 , 可减小料仓总体高度 ,节省空间 ,降低造价 。适用于安装空间受限制的场合 。料仓造价较短 内壁因受物料流动的冲刷 , 壁厚不断减薄 。适用于物料较软的场合 。差 针对某一物料设计的整体流料仓 , 一般不 适用于其他物料 , 除非对料仓流型没有 要 求 。因 此 经济性较差 。较长 流动区仅在料仓的中部 , 物料不直接冲刷内壁面 。适用于物料较坚硬的场合 。料仓寿命好 可用于储存不同物料 , 允许标 准 化 、系 列化设计 。因此经济性较好 。通用性3175 1101 (011- 3)3料仓流型的设计料仓流型设计 , 就是根据仓存物料的特性 (有 效内摩擦角 和壁面摩擦角) , 确定出一个料斗半顶角 (参见图 3) 。= e - (2)01725 (tg) 1/ 5式中 : 3000m) 的颗粒体 , 易 形成机械拱 。此时 , 卸料口尺寸可由下式确定5 :(3)b 6 dp式中 , dp 为平均颗粒直径 。对于平均直径较小的粉体物料 , 不产生粘性拱的最小卸料口尺寸可 由下式确定6 :() 3hc(4)b g式中 , 为粉体密度 , kg/ m3 ; g 为重力加速度 , m/ s2 ; 3 为 粉 体 物 料 的 临 界 开 放 屈 服 强 度 ,cpa ; h()由下式确定 :165) i ( 200 ) 1 - i( 130 + 200 + (5)() =h式中料斗半顶角的单位为度 ; 对于圆形和方形卸料口 , i = 1 ; 对于缝形卸料口 ( l 3 b) , i = 0 。 为了理解临界开放屈服强度 , 首先要明确如下几个概念 :(1) 最大主应力1 。该应力与料仓中的料位高度h 有关 (见图 7) , 在筒仓部分 , 1 随料深按指数规律 增加 ; 在筒仓与料斗的相接处 , 1 达最大 ; 在料斗部分 , 1 线性递减 , 至料斗顶角处 , 1 降至零。(2) 开放屈服强度 c 。若粉体物料在料仓 中 形成了稳定的粘性拱 , 该料拱的密实强度 , 即在其 自由表面上的强度 , 称为开放屈服强度 c 。c 随1 的增加而增加 ( 参见图 7) , c 在 h = 0 和 h =h 处并不等 于 零 , 这 是 由 粉 体 的 粘 性 所 致 。粉 体 物料的开放屈服强度 c , 可由剪切试验确定3 。(3) 料拱脚处的支承反作用主应力 , 简称反 作用主应力 , 又称破拱主应力 。它主要取决于料斗半顶角 和料拱跨度 w 等 。由于 正比于料拱跨 度 w , 故在筒仓部分 为一常数 , 在料斗 部 分 线性减至零 (参见图 7) 。图 4 圆锥形料斗的流型设计图 5 楔形料斗的流型设计4卸料口尺寸的确定411整体流卸料口尺寸对于整体流料仓 , 卸料口尺寸太小 ,将会形成料拱 (或称架桥) 。设计计算时 , 用一定性尺寸 b来描述卸料口 的 大 小 。对 于 圆 形 卸 料 口 , b 等 于 卸料口直径 (图 6 a) ; 对于方形卸料口 , b 为对角 线长度 (图 6 b) ; 对于缝形卸料口 , b 为缝宽 ( l3 b , l 为缝长 , 见图 6 c) 。图 7 料仓中的最大主应力分布图 6 不同卸料口形状的卸料口尺寸 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 14 化学工业与工程技术1999 年第 20 卷第 4 期粉体物料的临界开放屈服强度 3 ,指的是相应于c图 8 两条曲线 = f(1 )与 c = f(1 )的交点的开放屈服强度 。典型粉体物料的 c = f(1 )关系如图 8 所示 , 它可由剪切试验给出3 。对于圆锥形料斗 , 破拱主应力 与最大主应力1 的关系可 近似表示为 := ( 2 + 01015) si n1(6)1 + sin式中 : 破拱主应力 和最大主应力1 的单位均为 pa , 料斗半顶角 和有效内摩擦角的单位 为度 。将式 (6) 表示的1 与的关系和由试验确定的 1 与 c 的关系 , 按图 8 的方式作图 ,即可求得图 9 有效内摩擦角 与 f 的关系粉体物料的临界开放屈服强度 3 。c5应用实例需要设计一台圆形整体流料仓 , 确定料斗半顶 角 和卸料口直径 b 。已知粉体物料的有效内摩擦角 = 40, 壁 面 摩 擦 角 = 23, 平 均 密 度 =960 kg/ m3 。解 : (1) 由式 (1) 求料斗半顶角 。1 - sinsin = 1 1(180- )-arccos ()+ arcsin () 2122sinsin 11 - sin40sin23-arccos (=(180- 23)+arcsin ()222sin40sin40= 23(2) 确定临界开放屈服强度 。图 8 粉体物料的临界开放屈服强度412中心流料仓卸料口尺寸 对于中心流料仓 , 若卸料口尺寸太小 ,由剪切试验得出 c =(1 )如图 10 曲线 1f则会出所示 , 将式 ( 6)表示在图 10 中 ( 曲线 2) , 由这现管流 (又称鼠洞) , 使卸料流动不稳定 。防止管3两条 曲 线 的 交 点 确 定 临 界 开 放 屈 服 强 度 c2100 pa 。=流的最小卸料口尺寸 b 0 可由下式确定7:fpv(7)b 0 = g式中 , f 为有效内摩擦角的函数 ,由图 9 查取 ; pv 为料仓轴向压力 , pa 。 pv 可由下式求得 :pv = ga- kch)(1 - e(8)akc式中 , 为料仓内壁面摩擦系数 , = tg; a为料仓横截面积 , m2 ; c 为料仓横截面周长 , m ; h为料位深度 , m ; k 为压力系数 , 由下式确定 :k = 1 - si n(9)1 + sin其余符号同前 。中心流料仓防止形成料拱的最小卸料口尺寸 b的确定方法 , 与整体流料仓相同 。一般情况下 , 如 果不出现管流 , 就不会形成料拱 。图 10 算例中的临界开放屈服强度(3) 由式 (5) 确定 h () 。 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 15 李志义等粉体料仓的设计 1 65 ) i ( 200 ) 1 - i = 65 = 1 参 考 文 献j eni ke a w1bulletin no1108 , utah eng1 experimentalstatio n , salt l ake city , 1961 , 132amold p c , mcl ean a g , robert s a w1bul k solids : storage , flow and handling1 tu n ra publicatio ns ,1980 , 156159schulze d1chem1 ing1 tech1 , 1995 ; 67 (1) : 6068h() = (130 + 200 +130 + 23 21351(4) 由式料口直径 。(4)确定不形成粘性料拱的最小卸2h ()32135 2100c= 0152 mb =g960 918134ter borg l 1chem1 ing1 tech1 , 1986 ;592harmens a1chem1 eng1sci1 , 1963 ;30658 ( 1) : 5906结语粉体料仓设计绝非液体贮罐那样简单 ,仅在与18 ( 4 ) : 297 5料仓结构有关的流动问题上 , 就有许多方面 (如时效固结 , 偏心流动等) 尚待深入研究 。本文介绍的 流型和卸料口设计计算方法 , 是料仓设计的基础 。wilms h1chem1 ing1 tech1 , 1993 ; 65 ( 3 ) : 284 292j eni ke a w1bulletin no1123 , utah eng1 experimentalstatio n , salt l ake city , 1964 , 12667用这些方法设计的料仓 ,一般能够满足使用要求 。 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 1999 vol120 no14jou r n al of chem ical i n d ust ry & en gi neeri n gabstract direct substit utio n and l agrangian multiplierswere used for t he op timum design of t ube2shell successive heat exchange systems1u sing t he co mp uting p rogram , t he highest outlet temperat ure of t he p rocess st reams was obtained when t he total heat2t ransfer area was co nstant and t he heat2t ransfer area of each heat exchanger was also obtained1key wonds heat exchange system design op timiza2tio nstudy on catalyt ic oxidat ion a mmon ia leachingof copper sulf ide concentrates u n j i a2s hou b a o zhi2hongabstract the met hod for ext racting copper f ro m coppersulfide co ncent rate by catalytic o xidatio n ammo nia leaching was p ut forward1u nder t he co nditio ns t hat t he co ncent ratio n ofclc number tq02118document code an h + was 300g/ l , sn22 o xidant was 60 kg/ t , t he amount ofarticle id 1006 - 7906 (1999) 04 - 0007 - 044an31 catalyst was 012 kg/ t , t he ratio of liquid to solid was 5 , t he stirring time was 4 h in normal at mosp heric temperat ure ,t he leaching efficiency of 80125 % for copper was reached1key words copper sulfide co ncent rate catalytic o xida2tio n ammo nia leachingdesign of silosl i zhi2yi w a n g s h u2l an d i n g x i n g2w eiabstract the basic met hods of designing silos were int ro2 duced ,including selecting and designing flow t ypes in silos ,and sizing t he silo outlet s for selecting flow t ypes1an example was finally given to illust rate t he applicatio n1key words silo flow t ype outletclc number t h11113document code aarticle id 1006 - 7906 (1999) 04 - 0001 - 02a commerc ial side2strea m test of nb207 typecatalyst f or lo w temperature shif t react ion with lo w stea m to carbon rat ioz ho u l i an2f eng s h e x i an g2l i an c h en s h u n2h u afa n guo2j u n z ha o x i n2l i n cu i fa2keclc number tq24919document code aarticle id 1006 - 7906 (1999) 04 - 0011 - 05revie w of conversion processes on methanol plantm a b i n gabstract a side2st ream test of t he nb207 type catalyst for co shif t reactio n was carried out in t he co mmercial co ndi2 tion1 the result s showed t hat t he activity and stability of t he catalyst were bot h excellent , and t he met hanol by p roduct was lower1 the catalyst could meet t he needs of t he running co ndi2 tio ns for t he energy2saving n h3 synt hesis plant s1abstractproducting met hanol f ro m nat ural gas , t herehave been t hree co nversio n p rocesses : ( 1 ) catforming wit h vapour , including t raditio nal type , united type and p re2co nver2 sio n t ype1 (2) partial o xidative co nversio n wit h or wit hout cata2 lyst1 (3) heat exchanger t ype1 the p rinciple ,p rocess ,applicatio n and mainly technical target of every co nversio n p rocess were re2 viewed1key words met hanol plant co nversio n p rocess re2viewkey words catalyst low steam to carbo n ratiotemperat ure shif t side2st ream testlowclc number tq4261807document code aarticle id 1006 - 7906 (1999) 04 - 0003 - 02clc number tq223112 + 1document code aperf ormance test of accelerant f or phosphat izat ionin normal atmospheric temperatures h en y u2m i n garticle id 1006 - 7906 (1999) 04 - 0016 - 05the three way conversion catalyst f or purif icat ionof ta il ga s of a utomobilezo u y u n2h uabstract the t hree way co nversio n catalyst ( twc) was p rovided wit h t hree f unctio ns of catalytic o xidatio n ,catalytic re2 ductio n and catalytic o xido2reductio n , which co ntained rh , pt , pd as active co nstit uent s ,ce ,l a ,ba , zr as coagent1 the shape of it s supporter can be entirety or granular1 the co mpositio n and performance of active co nstit uent , coagent and supporter were int roduced and discussed respectively1adding rare2eart h ele2 ment s was co nduced to imp roving t he