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双辅管炭黑密相气力输送系统设计及实验研究 摘要 气力输送是利用气体( 空气) 将物料从一处搬运到另一处的输送方式。随 着科技的发展，气力输送系统被广泛应用于工业中，由于气力输送为气固两相流， 内部流型复杂，本文针对粉料的流动性和气力输送理论进行了分析研究，设计了 新型双辅管炭黑密相气力输送系统，以炭黑这种粉料为被输送物质，提出了炭黑 气力输送工艺流程，分析了影响输送过程的几种因素，并进行了炭黑气力输送实 验及实验数据的分析。本文主要进行了以下卓有成效的研究并取得了满意的结 果： 1 、分析了气力输送发展趋势及意义，叙述了当前的状况及存在的问题； 2 、气力输送基本理论及气力输送系统的特点，按照不同的方式进行 了气力输送系统的分类； 3 、论述了粉料的基本性质如粒子尺寸、粒子密度、粒子形状等与气力输送 系统类型的选择的关系，并对颗粒群在管道中运动方程进行了分析研究； 4 、在进行气力输送系统的设计前，首先要分析物料的物性、了解现场的使 用要求及土建厂房布局，然后根据设计参数及实际情况进行计算，再进行气力输 送装置选型及设计，并进行安装调试和实验； 5 、为了更好地设计双辅管炭黑密相气力输送系统，本论文提出了设计必须 考虑的几个主要基本参数，如输送速度、料气比、输送压力损失等。由于弯管磨 损、输送物料的流态化及除尘装置对气力输送系统使用有影响，因此在设计时要 一并考虑： 6 、通过炭黑实验，与单辅管密相气力输送系统相比，双辅管密相炭黑气力 输送系统的性能有了进一步的提高，具有输送能力提高、耗气量减小、料气比增 大、炭黑破碎率降低等很多优点； 7 、本文设计的双辅管密相气力输送系统，是以炭黑为被输送物料，分析认 为该系统可以推广到与炭黑物性类似所的物料的输送。 最后，对本文的研究工作进行了总结陈述，对以后双辅管密相气力输送在气 力输送中得到进一步的优化研究提出了展望。 关键字：炭黑密相气力输送设计运动方程压力损失 青岛科技大学研究毫学位论文 d e s i g n 玳go ft h et w o b v p l a s sd 目q s ep h a s e p n e im a t i cc o n y i n ga n de x p e 】r i m e n t a l r e s e a r c h t a b s t r a c t t h ep n e u m a t i cc o n v e y i n gu s e sg a st ob l o ws o l i d sf r o mo n ep l a c et oa n o t h e rp l a c e w i t ht h es c i e n t i f i cd e v e l o p m e n t ，t h ep n e u m a t i cc o n v e y i n gi sw i d e s p r e a da v a i l a b i l i t y i ni n d u s t r y b e c a u s et h ep n e u m a t i cc o n v e y i n gi sg a s - s o l i dt w o - p h a s ef l o w , t h ei n n e r f l o wp a a e mi sc o m p l e x t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ef l o w i n gp o w e ro ft h ep o w d e rl o ta n d t h ep n e u m a t i cc o n v e y i n gt h e o r y t h en e ws i z et w o b y p a s sd e n s e - p h a s ep n e u m a t i c c o n v e y i n gs y s t e mi sd e s i g n e di np a p e r , a st h ec a r t o nb l a c kf o rc o n v e y i n gp o w e r , t h e p n e u m a t i cc o n v e y i n gm a i nd e v i c eo fc a r t o nb l a c ki sd e s i g n e d t h i sp a p e ra n a l y z e s p n e u m a t i cc o n v e y i n gc a r b o nb l a c k f l o wc h a r ta n ds o m ef a c t o r si np n e u m a t i cc o n v e y i n g ， d ot h ee x p e r i m e n to ft h ec a r t o nb l a c ka n dt h ee x p e r i m e n t a lr e s e a r c h i n 瓤sp a p e r , i t d i s c u s s e st h ef o l l o w i n gf r u i t f u lr e s e a r c ha n dh a sa c h i e v e ds a t i s f a c t o r yr e s u l t s 1 。t h ep n e u m a t i cc o n v e y i n gs e t t i n ga n dm e a n i n gi sa n a l y z e d 。t h ec u r r e n t c o n d i t i o n sa n de x i s t i n gq u e s t i o n sa r ed i s c u s s e d 2 t h ep a p e rs t u d i e sb a s i cp n e u m a t i cc o n v e y i n gt h e o r i e sa n dp n e u m a t i c c o n v e y i n gs y s t e mf e a t u r e s i na c c o r d a n c ew i t ht h ed i f f e r e n tw a y s ，t h e p n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e mh a sb e e nc l a s s i f i e d 3 t h eb a s i cp r o p e r t i e so f t h ep o w d e rl o ti ss t u d i e d ，f o re x a m p l e ，p a r t i c l es i z e 、 p a r t i c l ed e n s i t y 、p a r t i c l es h a p e ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e ma n dt h e c h o i c eo ft y p e so fp n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e m t h ee q u a t i o no fp o w d e rl o t m o t i o ni nt h ep i p e l i n eh a sb e e na n a l y z e d 4 b e f o r et h ed e s i g no ft h ep n e u m a t i cc o n v e y i n gd e v i c e s ，f i r s t ，t h i st e x t d i s c u s s e ss o m eb a s i cp a r a m e t e r s ，k n o wt h er e q u i r e m e n t so ft h es p o t e m p l o y m e n ta n dt h el a yo fw o r k s h o p t h e n ，a c c o r d i n gt od e s i g np a r a m e t e r s a n dt h es p o tf a c t s ，w ec a nc o u n t i ne n d ，t h el e c t o t y p ea n dd e s i g no ft h e p n e u m a t i cc o n v e y i n g , a tt h es a m et i m e ，i n s t a l m e n t ，s e t t i n ga n de x p e r i m e n t 5 i no r d e rt ob e t t e rd e s i g no ft h et w o - b y p a s sd e n s e - p h a s ep n e u m a t i c c o n v e y i n gs y s t e m ，t h i sp a p e rp r e s e n t ss e v e r a lm a j o rb a s i cp a r a m e t e r st h a t i i i 毒蓦群壤文学饕究奎擎叠谂交 t h ed e s i g nm u s tt a k ei n t oa c c o u n t ，s u c h 龋t r a n s p o r t i n gv e l o c i t y , t h e g a s - s o l i dr a t i o , t r a n s p o r t i n gp r e s s u r ed r o pa n ds oo r 。b e c a u s eo f e l b o w w e a l , t h ef l u i d i z a t o no fc o n v e y i n gm a t e r i a la n da s hh a n d l i n ge q u i p m e n t s t h a th a v ea l le f f e c to np n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e m s ow em u s tc o n s i d e r t h e m 。 6 t h r o u g he x p e r i m e n to fc 沁m nb l a c k ，c o m p a r e ds i n g l eb y - p a s sd e n s e # a s e p n e u m a t i cc o n v e 4 n gw i t ht h i ss y s t e md e s i g n 。嚣端c a r b o nb l a c ks y s t e m c a p a b i l i t yo ft w o - b y - p a s sd e n s e - p h a s ep n e u m a t i cc o n v e y i n gh a sb e e n f u r t h e re n h a n c e d s u c h 躺t h ec o n v e y i n gc a p a b i l i t yi s i m p r o v e d ，t h e 褒爨鞠糌嬲斌g a s i sr e d u c e d , t h eg a s - s o l i dr a t i oi n c r e a s e sa n d 辩o n 。 zi nt h ec a r b o nb l a c ks y s t e md e s i g no ft w o * b y - p a s sd e n s e - p h a s ep n e u m a t i c c o n v e y i n g , 曩蒜c a r b o nb l a c kf o rc o n v e y i n gm a t e r i a l ，i tc a l lb es p r e a d l y a p p l i e da n dc o n v e yo t h e rm a t e r i a l st h a th a v et h es a m ec h m a e t e r s 醛撼 c a r b o nb l a c k i ne n d , w eg e n e m l j z er e s e a r c hj o b , a n db r i n gf o r w a r de x p e c t a t i o n si ns y s t e m d e s i g no p t i m i z a t i o n so f t w o ：u y - p a s sd 鞠s e - p h a s ep n e u m a t i ce o n v e ) 4 n g i nl 建a t u r e 娜w o r d s ：c a r b o nb l a c kd e n s ep h a s ep n e u m a t i ec o n v e y i n gd e s i g n e q u a t i o n so f m o t i o np r e s s u r el o s s 青岛科技大学研究生学位论文 符号说明 符号说明单位 y 口管中气流速度 m s 一1 毪 l 处颗粒群速度m s l 加速段，胛肌 p输送管径班搬 九 阻力系数无量纲 攻 颗粒群的悬浮速度m s l g 弘 固气混合物质量流率 堙s 。1 p 缸固气混合物密度 姆m 。3 u j粒予速度 m s 一1 d ， 粒子直径 耀箨 z栓柱长度m m k 耐 气体穿过物料的渗透率无量纲 p 固体摩擦系数无量纲 太 附加压力损失系数无量纲 以 气体摩擦系数无量纲 置 柱塞震端的压力内 最 柱塞前端的压力砌 掰尹 柱塞移动速度m s l l p 单一柱塞长度m s 一1 r气体常数无量纲 丁绝对温度 k 壤 管道倾斜角 乱 管道壁摩擦角 重力系数无量纲 驴悬浮流所占面积与管道截面积之比无量纲 双辅管炭黑密相气力输送系统设计及实验研究 线条流层空隙度，一般取为0 4 无量纲 s t u 线条流层料气比 无量纲 口气体体积流量m 3 h 一1 m s 气体质量流量 魄s 一1 m s 固体质量流量 k e , s 一1 g 输料量 k g s 一1 空气流量m 3 s 一1 m料气比无量纲 u g 气体真实速度m s l p g 气体密度m s 一1 彳 管道的横截面积，押，刀 4 固体占据管道的横截面积m m 2 u ， 滑移速度m s 一1 f 。空气的运动粘性系数 无量纲 空气的动力粘性系数无量纲 形 空气重度 堙m 3 九 空气流动摩擦系数无量纲 目减压阀每平方厘米阀孔截面的实际流 k e , c m h 一1 且 里 弘f 阀孔流量系数 无量纲 p 3 阀前流体压力( 绝压) m p 伍 p 4 阀后流体压力( 绝压)m p a h 阀前流体比容 m 3 培。 减压阀孔计算截面 c m 2 y 颗粒体积m 3 s 颗粒表面积m 2 吼 弯管的弯曲角 b 系数无量纲 九 最大速度比无量纲 厅指数( 随弯管材料而定，一般取2 3 )无量纲 青岛科技大学研究生学位论文 y 弯管垂直尺寸( 初始值y h = 8 d 。)m x 弯管水平尺寸( 初始值x n - 3 d 。) m 2 弯管当量直径 m k系数，一般不超过1 2 5 无量纲 z 登夜实际工作时间 h g 平均昼夜输送量 f 青岛科技大学研究生学位论文 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请 的论文或成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了 明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：日期：年月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解青岛科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人离校后发表或 使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为青岛科 技大学。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 本学位论文属于： 保密口，在年解密后适用于本声明。 不保密口。 ( 请在以上方框内打“ ) 本人签名： 导师签名： 日期： 日期： 1 0 1 年月 日 年月日 裔岛科技大学研究生学位论文 1 。1 课题的研究背景 1 绪论 气力输送是利用空气( 或气体) 作为输送动力，在管道中搬运粉、粒状固体物 料的方法。空气或气体的流动直接给管道内物料粒子提供移动所需要的缝量，管 内空气的流动则是由管道两端压力差来推动。气力输送系统要求有空气或气体源 把物料加入管内的设备、输送管道以及从输送空气中分出被输送物料的分离设备。 这些部件的合理选择和布置可使工厂的布局及操侮更为灵活。物料的流动速度可 以记录和控制，可以将气力输送系统设计成全自动控制系统。 气力输送在工业上应用始予1 9 世纪前半叶。第一次气力输送的实际疲用是焉 风扇驱动的真空系统，广泛用于处理木屑和谷物。2 0 世纪初则更多地使用正压系 统。输送的速度比较高，被输送的粒子呈低浓度悬浮予气体中，这就l l 作稀相输 送。有记载的公开发表的文章是 g a s t e r s t a d t n3 于1 9 2 4 年发表的论述，他提出 了描述空气流动及气一固混合物在管道流动压力损失的理论规律。他的主要研究工 作是颗粒固体及谷物翁输送( 篦如小麦) ，他的经验公式当用于输送这类特性的物 料时仍是比较正确的。 鲁1 9 4 0 年以赢，国体流态优技术得到了很大的发展。现在工业中使用气力输送 颗粒物料已成为普遍的方法，像制药、食品、塑料、水泥、化工、玻璃、采矿及 会属工业部门等，一般用在物料的存储、运输、受料及计量等工序。 尽管气力输送系统已在各工业部f j 广泛采用，并且它的生产厂和使用者也作了 多年的研究和调查，但至今这种输送固体的方法仍没有形成完善的一门科学，理 论研究大大滞后予实际应黑。许多气力输送的理论只麓应用于特殊输送系统中少 数有选择的物料输送，比如某些适用于稀相单管连续输送和脉冲单管输送方式。 稀相气力输送装置的理论计算，是把气一固豫棚流过程看成是两相流态化的过程操 作，据此进行研究和实验，我国学者秦雯光等船3 、李洪钟1 等对颗粒在垂直输送管 道和水平输送管道中的流动进行了较深入的研究。国外学者z e n z h l 、狩野武嵋1 等 也做过大量酶研究工作。他们对一些物料最佳料气眈、管道压力损失、空气耗量 进行计算。对于稀相输送，已经有了较为全面的、能用于实际工程的理论计算公 式。当然翻于物性参数不同，理论计算公式差异很大，根据物料特性选择合适的 计算公式和参数是设计的关键。 对于密相动压、密相静压输送( 脉冲输送) ，经过实验已经认识到输送的功率 消耗与空气速度的平方成正比、输送物料和管道的摩擦损失与输送速度的2 3 次 双辅管炭黑密相气力输送系统设计及实验研究 方成j 下比，所以，对于这类输送装置，降低气速，提高料一气比是提高输送效率的 关键。这类气力输送的压力损失计算公式也很多，但大多数是计算水平输送管道 或垂直输送管道压力损失的经验公式和经验数据，其适用范围有一定的限制。 对于双管( 内旁通管或外旁通管) 间隙式压送哺1 ，由于其输送的不连续性和 输送管中间随机补气等非稳态特性口】，尚未发现任何理论报道。但由于它的一系 列优点，该项技术得到迅速的发展。它的设计大多数仍是以实际经验公式或实验 曲线为基础。通常，生产厂家在设计新物料输送系统前要在中试装置进行输送试 验。用户的选择只能根据生产厂所推荐的系统或采用著名厂家的产品，特别是从 事多年气力输送研究、在气力输送系统调试中积累了丰富经验的厂家，他们有足 够的能力和经验为用户提供全面的服务，来保证输送系统的性能和输送能力。 1 2 气力输送研究的最新发展 上个世纪9 0 年代以来，大量的科技工作人员不断地对气力输送系统进行深 入的研究，取得了一系列的成果。特别是在提高气力输送效率和降低能耗等关键 问题以及压力损失的计算、减少输送管道的磨损等方面，成绩尤为突出。p a n ，r 和c h a m b e r s ，j 阴3 提出气力输送系统中两个主要问题：压力损失和最小传送条件， 并指出流动特性和散装颗粒原料的特性对这两个参数的影响。 压力损失是决定功率的主要因素，对压力损失成功的预测可以极大地提高气 力输送系统的效率，它是气力输送系统最为关键的参数之一，近年来很多人都在 这方面做了很多有意义的研究。s l a o u a r 呻1 对低速密相气力输送系统中的压力损 失做了实验性的描述，并指出在长输送管道中，由于气体有显著的轴向膨胀现象， 这就使得压力损失变化呈非线性；由于压力损失没有通用的公式可以引用，一般 都是依靠经验和实验数据，而由于实验成本的限制，不可能对每种形式的气力输 送都有比较详细的数据记录。k h e t t i a r a t c h i u 们提出在有限的数据条件下，对水 平输送和垂直输送做一比较，根据这些比较可以得出不同形式气力输送的压力损 失，这些研究使我们对压力损失的认识有了深一步的了解，为压力损失预测提供 了必不可少的依据。 气力输送系统中磨损和流动形式也一直是研究的重点，h k a l m a n 1 提出了气 力输送磨损控制的一些研究成果，可以通过机械结构的设计及流动形式的选择来 控制磨损，其机械结构的设计包括管道的材料及处理、管道的布置等；根据颗粒 的特性，需要选择合适流动形式进行气力输送。b i l i r g e n u 纠利用c f d 软件来预测 气力输送的流动现象，然后再选择合适的流动形式。 对于密相气力输送，由于其颗粒浓度范围从低浓度变化到密相，在研究时要 2 青岛科技大学研究生学位论文 考虑颗粒相为分散相。颗粒的形状、大小不同，其运动规律也不同；由于颗粒间 的浓度不同，颗粒间及颗粒与管壁之间相互碰撞对运动有较大影响；在湍流工况 下，气流脉动对颗粒运动规律的影响及颗粒的存在对气流脉动速度也有影响；由 于存在着颗粒各自运动规律的相互影响、静电效应和升力效应等现象，因此，密 相气力输送的两相运动规律是十分复杂的，从前述研究状况来看，对密相气力输 送的气固两相流动特性的研究还很不充分。虽然有对栓塞流动的数值模拟研究， 得到了一定条件下栓塞运动的情况，也讨论了影响栓塞的因素，但从流体动力学 特征方面来看，对于密相气力输送的压力预测、输送速度确定的研究远不如稀相 输送充分。低速密相的气力输送系统有内重管式、外重管式、螺旋重管式和脉冲 气刀等栓塞流气力输送系统和湍流双套管、流化罐式、螺旋气力输送泵等非栓塞 气力输送系统。关于这些系统的流动特性的研究还很缺乏。栓塞流气力输送系统 以及湍流双套管气力输送系统均是利用引入二次气流的原理来实现低速密相气 力输送的。但迄今为止，未见关于对于二次气流的引入及其产生的影响的研究报 告。 再者，对于密相气力输送系统过程控制的研究也不充分。现有研究主要集中 在对各种物料的输送试验和系统压力预测方面，报道了关于水稻、糖、玻璃珠、 煤粉、水泥等材料的输送试验，在特定系统下研究涉及各物料的物性( 透气性等) 、 系统几何参数等对输送的影响，也得到不少的经验关系式。这些研究对选择气力 输送系统意义重大。已有的试验大多在短距离( 不超过1 0 0m ) 系统下得到，由 于费用关系，关于中、长距离的输送试验还是很少。随着气力输送技术的发展， 系统设计的要求也越来越高，不仅要求疏松稳定，还必须高效节能，这都必须基 于对系统过程控制的研究，因此要明确系统操作参数对系统实际运行效果的影 响，寻求最佳运行参数，利用在已有试验条件下得出的参数，实现对新系统的预 报。 对于气力输送的流动场研究，尽管已有大量的有关湍流中固态颗粒运动的研 究结果，但关于非圆球固态颗粒在湍流场中运动的研究却很少，虽然有关于圆球 固态颗粒的报道，但非圆球固态颗粒对于湍流场的作用还是一个未开辟的领域。 而对于气力输送来说，特别是密相输送，气流对固态颗粒以及固态颗粒对气流的 双向耦合是十分重要的，是形成非球形物料气力输送系统的独立的设计体系的理 论基础。在实际应用中，存在着大量的非球形物料，以往的设计只是在球形物料 的基础上进行修正，将来有可能通过对非球形物料的理论研究，建立相应的设计 计算体系。 解决低速密相运行过程中的稳定性和可靠性问题，已成为气力输送系统工作 的关键。气力输送系统的堵塞问题普遍存在于每套气力输送系统中。从目前的生 3 双辅管炭黑密相气力输送系统漫计及实验研究 产现状来看，世界各地的气力输送系统在运行过程中均存在堵塞问题，差异只在 于堵塞发生的机率和堵塞的严重程度不同，因此对堵塞控制的研究有直接的现实 意义。引入二次气流，是对提高输送稳定性和效率、消除气力输送系统堵塞的重 要手段。现有的报导仅局限予对二次气流的引入结构，诸如支管的类型、结构以 及引入后所产生效率的直观定性描述，未见对二次气流引入后的流动特性控制堵 塞的研究报导。 降低气力输送的磨损，主要是减轻颗粒对输送装鬻和设备的磨损，提高使用 寿命。气力输送的磨损主要出于固态颗粒的高速运动弓| 起，包括两个方面，物料 的磨损和管线过流设备的磨损。物料的磨损是评价气力输送系统的重要指标。磨 损与系统的流动特性密切相关，并且不同的物料、不同的系统差异很大。这方面 的研究往往与流动特性酶研究融合在起。 1 3 存在的不足及待研究的问题 气力输送的研究和管道气力输送装置的出现，虽有近两百年的历史，但它仍 是一 】年轻的学科。管道中物料运动的多相流理论涉及到流体力学( 空气动力 学) 、颗粒学、机械学、热力学、电子学等多学科，是一门较复杂的边缘学科， 有许多理论问题和应用技术需要深入研究。特别是在输送像炭黑这类粉料时，仍 存在如下 醚多问题： 1 、管道堵塞。由于有些品种的粉料存在粘性大或者空气流量发生变化，各种 过滤装置、过滤扳透气性下降，除尘器滤袋丧失过滤功能，控制阀门失灵，发送 罐顶部憋压压力波动等因素的影响，都可引起输送管道堵塞； 2 、粉料破碎n 铷。由于输送气速、管道布置、管径、输送压力、粉料物性等因 素引起的破碎率超标问题； 3 、输送管道磨损。不管选用何种材质的管道，是单一材质还是在管道内衬橡 胶，特别是弯管存在很多现在还无法可以解决的问题，比如压力损失大，磨损严 重等； 4 、对于粉料的物性变诧反应敏感，粉料特性的微小变化( 堆密度、颗粒大小 分布、硬度、休止角、爆炸的潜在危险) 都可能引起操作上的困难； 5 、现在虽然气力输送爨动化程度有了很大的进步，但是控制系统仍然存在很 大的不足，如需要实现故障预报警、器件使用寿命到期预报警、各种输送参数的 实时报表等还有待于进一步的完善； 6 、压力损失在实际应用中很难实现精确计算，大多计算公式都是在试验和经 验的基础上得到的。因此，有待进一步的研究； 4 青岛科技人学研究生学侥论文 7 、对于气力输送设备磨损的研究还比较少，利用气固两相流控制磨损的研 究尤为稀少。对于弯管等虽已有人着手研究，但还有许多问题尚未解决。系统中 过流设备的磨损n 铂和系统的可靠性问题n 5 3 涉及巨大的经济效益，是十分值得进 一步加以深入研究的课题。除了前述提及的输送管道的磨损影响气力输送系统的 正常运行，气力输送系统中的关键设备如风枫、喷嘴等气源设备、进料设备的磨 损对气力输送系统的正常运行同样有影响。由于其结构的复杂性和在系统中的重 要性，更需要加强研究。 1 4 本课题的研究目的、研究内容 本课题的研究网的就是通过对密相气力输送全面的分析，研究国内外最新的 动向，以达到对气力输送粉料有全面的理解。通过加强气固薅相流理论研究，特 别是关于炭黑密相流动的机理研究，可以正确指导炭黑气力输送的设计，逐渐摆 脱经验和近似的算法，增强设计的科学性、合理性和准确性，以减少成本，提高 系统效率。 研究内容包括：炭黑的物性对气力输送的影响、引起管道压力损失因素及计 算、管道布置和管径对气力输送的影响、弯管酶磨损及防范措施等。输送工艺参 数的选取对气力输送的影响。基于前入研究的成果，对气力输送有了更深一步的 研究，设计新型双辅管炭黑密相气力输送系统，包括设备的工艺流程图及设备图， 并进行气力输送炭黑实验，对数据进行了分析，得出结论。 在现实生活中，密相气力输送系统已经证实了比稀相气力输送系统更适合输 送粉料，在工业中已经被广泛的应用，并且玻褥了很大的进步，克服了稀相存在 的许多不能解决的问题，如：动力消耗大，由于输送风速高，易产生管道磨损和 被输送物料的破碎等。双辅管气力输送系统与单辅管气力输送系统有很多的不同 点，双辅管炭黑密相气力输送系统使气力输送系统进一步优化，在降低破碎率、 节省能耗、提高输送效率和避免管道堵塞等多方面特点明显。 5 双辅管炭黑密相气力输送系统设计及实验研究 2 气力输送系统概述 气力输送的种类较多，但是气力输送系统一般都是豳源动力部分，加料、混 合、加速部分，输送部分，气固分离部分组成。各部分装置形式的不同形成了不 同类型的气力输送系统，各有不同的特点。 2 1 气力输送的特点 2 。 。 气力输送与其它输送方式的 较 在教料输送n 6 1 上，有多种输送方式，见表2 一l 输送方式特点比较 表2 - 1 输送方式特点比较 i 输送 运动 特 输送能力线路自由度污染程维护特性 | 撵度 长度( 委)输送鬃( t h ) 方囊弯麓嚣 粉 检零输动 3 - 3 03 0 3 0 0 -0 3 3 3 0 - 水斜垂水难弯境料 查部送 力 3 0 03 0 0 033 03 0 0平 向直平直曲 污污点件速消 上向面暖数染染 数 损度 耗 输送上量耗 装越 带式 2l232ll3444432422l 输送 斗式 王 3 4 3 2王44 l 4424332 提升 ， 埋刮 123321l34433344333 板输 送 螺旋 244323王234哇4222333 输送 振动 23412313 3 4443lll43 输送 气力2122l111l11111l313 输送 注：性能吃较等级：l 一好；2 一可；3 一差：4 一不能 6 青岛科技大学研究生学位论文 表2 - 2 散料输送装置的单位功率消耗比较 气力输送机械输送 稀相输送埋刮板 输送方式 密相输带式输送振动输斗式提输送、 压送吸送 送送升螺旋输 送 单位功率消耗0 0 0 2 0 0 3 0 0 0 1 0 0 0 0 3 0 0 0 2 0 0 0 3 0 0 l k w ( t h ) - 1 i n 一 0 31 00 0 2 0 0 0 6 0 8 0 0 3 0 1 从表2 一l 可以看出，气力输送在各种连续输送方式中优点较突出。即使现在 已经淘汰的稀相气力输送方式，除了部件的磨损显著和动力消耗大( 表2 - 2 ) 以 外，都比其它输送方式优越。密相气力输送的功率消耗已经大大降低，部件的磨 损也明显降低。正因为气力输送具有上述优点，所以其应用日益广泛。 气力输送优于其它输送方式的另一个明显的特点是：它的输送管路占用空间 小且线路布置灵活。一台螺旋输送机主要在一个方向上输送物料，如果物料搬运 路线的方向有大的改变或者要变为提升的话，往往需要第二台独立的输送机。对 气力输送系统来说，只要成功地设计出含有适当的弯管的输送管道，就可以任意 改变输送方向。由于可以使用灵活的软管和快速接头，很容易控制和改变物料的 进出口位置，从而可以灵活地装卸。气力输送系统都可以在中心控制室自动操作 控制，从而大大改善操作人员的工作条件，提高劳动生产率和降低成本。 在选择和设计物料气力输送系统时，首先应满足物料输送能力、输送距离等 主要条件参数的要求，且同时要考虑能耗和经济性等问题。表2 - 2 是多种散料输 送系统的单位功率消耗比较。系统的单位功率消耗固然是重要因素之一，但应根 据被运送物料的物性、输送路线的配置要求、前后的工艺流程衔接以及维护检修、 环保卫生安全等要求综合考虑，提高系统的稳定性和经济性。 2 1 2 气力输送优点 从气力输送的输送机理和应用实践均表明它具有一系列的优点：输送效率较 高，设备构造简单，维修管理方便，易于实现自动化以及特别有利于环境保护等。 尤其是用于工厂车间内部输送时，可以将输送过程和生产工艺过程相结合，这样 有助于简化工艺过程和设备。为此，可大大地提高劳动生产率和降低成本。 概括起来，气力输送有如下的优点： 1 、所有的固体输送设备与气力输送系统相比，气力输送系统可能是小颗粒固 体物料连续输送的最合适的方法，同样也适合间断地将大批量颗粒物料从罐车、 7 双辅管炭黑密福气力输送系统设计及实验研究 铁路车辆和货船输送至储仓； 2 、气力输送系统对充分利用空间的设计有极好的灵活性。带式及螺旋、埋刮 板输送机在实质上仅为一个方向输送。气力输送机可向上、向下或围绕建筑物或 大的设备及其他障碍物输送物料，可以使输送管道高文或避开其他操佟装置所占 用的空间： 3 、气力输送系统所采用的各种固体输送发送罐、流量分配器以及接收器非常 类似于流体设备的操作，因此大多数气力输送装置很容易实现囱动化，由一个中 心控制台操作，可以节省操作人员的费用； 4 、与其他固体物料输送方法比较，气力输送着火和爆炸的危险性小，因此具 有安全的优点； 5 、一个设计比较好的气力输送系统常常是干净的，消除了对坯境的污染。在 真空输送系统的情况下，任何空气的泄露都是内向的。因此物料的污染就可限制 到最小。主要粉尘控制点一般在供料机进口和固体收集器的出嗣，可设计成无尘 操作； 6 、对于化学性能不稳定的物料，可以采用惰性气体输送； 7 、可以进行由数点集中送往一处或由一处分散送往数点的远距离操作； 8 、运动部件少，维修保养方便。 2 1 3 气力输送缺点 但是气力输送也存在很多缺点： l 、动力消耗大。仅就输送单项相比，它超过其它输送形式动耗的数倍，然而 它对改善工艺条件，提高工艺效果是有利的； 2 、被输送物料的粒度、粘度、湿度受到一定的限制，易破碎的物料也不宜采 用气力输送； 3 、物料特性的微小的变化( 像倾注密度、颗粒大小分布、硬度、休止角、磨 琢性等) 都可能引起操作上的困难； 4 、气力输送磨削性大的物料时，弯管等部件容易磨损，增加了材料消耗和维 修工作量。 2 2 常用气力输送的类型 物料在输送管道中的流动状态实际上很复杂，随气流速度及气流中所含物料 量和物料本身物性等不同而显著变化。通常，根据管道中气流速度及输送物料量 多少，物料在管道中的流动状态，可分为二大类，一类为悬浮流，物料颗粒是依 8 青岛科技大学研究生学位论文 靠高速气流的动压推动的；另一类为集团流或栓流，物料颗粒是依靠气流的动压 或静压推动的。 按照在管道中形成气流的方法，气力输送分为负压输送、正压输送和混合输 送三类；按输送压力的高低又可将气力输送分为低压式气力输送和高压式气力输 送；按发送装置不同又可将气力输送分为机械式气力输送和仓压式气力输送；按 输送管的形式又可将气力输送分为单管输送和双管输送，双管输送按气管位置可 将气力输送分为内管式( 气管在输送管内) 和外管式( 气管在输送管外) ：按辅管 形式可将气力输送分为单辅管输送和双辅管输送；按气源提供方式有在输送过程 中连续供气和脉冲供气。详见表2 - 3 、表2 - 4 。 表2 - 3 气力输送分类 划分依据类型 料气比值稀相 2 5 气流方式 吸送( 负压) ；压送( 正压) 高真空一0 0 5 一0 0 2 气源压力低真空一0 0 2 o ( m p a ) 低压0 0 0 5 高压0 1 - - 0 7 作j j 机理动压( 速度能) ；静压( 压力能) 流动状态悬浮流；集团流；栓流 表2 - 4 各种不同形状物料气力输送系统使用比较 输送形式 输送物料的形状 稀相输 密相动压、流态柱流密相静压 脉冲栓流静压输送 化输送输送 块状2432 圆柱形颗粒 2322 球形颗粒2 322 方形结品颗粒 3412 微细粒子3 23 1 粉末 313l 纤维状物料 1 44 4 叶片状物料 14 4 4 形状不一的粉粒3 331 混合物 9 双辅管炭黑密相气力输送系统设计及实验研究 注：性能比较等级：1 一好；2 一可；3 一差；4 一不适 2 2 1 负压输送系统 负压输送系统利用输送系统终点的风机或真空泵n 7 1 抽吸系统内的空气，在系 统中形成低于大气压的负压气流，物料与空气一起从吸嘴进入到达系统内并随气 流到达系统终点，最后经过滤分离将空气排放到大气中。负压输送系统主要用于 将物料从一个或几个料仓输送到一个贮仓的工况。这种输送方式能够有效地收集 物料，但输送距离受到一定地限制。负压输送广泛的应用于输送具有毒性和潮湿 性的物料，这种系统可保证无尘加料，并且可以保证不会由于管道的泄漏而引起 对周边环境的影响，由于对系统无尘运行的需求越来越大，负压系统已经在许多 工业部门被广泛应用。负压输送的应用范围十分广泛，从小型的除尘操作到大型 的一般每小时输送几千吨的卸船系统都有应用。图2 1 表示的是负压输送系统示 意图。 图2 - i 负压输送系统结构示意图 卜发送罐；2 一旋转阀；3 一输送管；4 一二位分配器；5 一压力开关； 6 一除尘器；7 一料位计；8 一贮仓；9 一罗茨风机 f i g2 - 1t h ec o n f i g u r a t i o no fv a c u u mc o n v e y i n gs y s t e m 1 - e x p e d i t i o nt a n k2 - r e v o l v i n gv a l v e3 c o n v e y i n gp i p e4 - t w o 。w a yd i s c h a r g i n gv a l v e5 - p r e s s s w i t c h6 d u s tc a t c h e r7 1 e v e lm e t e r ；8 一s i l o ；9 一r o o t sb l o w e r 2 2 2 正压输送系统 正压输送输送是气力输送最基本的形式，在系统中，利用系统输送起点的输 送风机或空气压缩机n8 1 ，将高于大气压的压缩空气通入输送系统中，物料定量送 入高速运行的气流中，在气流的带动下物料到达输送系统终点，经过滤物料与空 1 0 青岛科技人学研究生学位论文 气分离后气体排入大气，物料留在贮仓。正压输送主要应用于将物料输送到一个 或几个贮仓的工况，多料斗卸料是由多口转向阀实现。由于j 下压系统是在高于标 准大气压力的情况下进行工作，因此能够承受一定压力的加料设备是正压输送系 统正常运行的关键。如果合理的进行设计，正压输送也可以实现多点取料输送。 与负压输送相比，正压输送系统具有较高的容量并且适合于较远距离的输送。图 2 2 表示的是正压输送系统示意图。 图2 2 正压输送系统示意图 卜解包装置；2 一压送装置；3 一消音器；4 一罗茨风机；5 一旋转阀；6 一喷嘴；7 一输送管；8 一压力 开关；9 一二位分配器；i o 一除尘器；i 卜料位计；1 2 一贮罐；i3 一风机；1 4 空气净化装置 f i g2 - 2t h ec o n f i g u r a t i o no fp n e u m a t i cc o n v e y i n gs y s t e m 1 u n p a c kd e v i c e ；2 - e x p e d i t i o nd e v i c e ；3 一m u f f l e r ；4 一r o o t sb l o w e r ；5 一r o t a r yv a l v e ；6 一n o z z l e ；7 - p i p e l i n e ；8 p r e s s u r es w i t c h ；9 2d i s t r i b u t o r ；1 0 一d u s tc a t c h e r1 1 一l e v e lm e t e r ；1 2 一t a n k ；1 3 - f a n ；1 4 - a i rc l e a n i n gd e v i c e 按照供料装置的不同，正压输送系统细分为如下形式： l 、批次( 间歇式) 输送 无论是采用旋转叶片供料器、螺旋式供料器还是文丘里式供料器都可以实现 连续输送，可以一天2 4 小时不问断地进行输送，常用于中低压稀相气力输送。 然而，在很多情况下，这并不能满足一些特殊物料输送的要求，这就出现了由发 送罐作为供料器的高压批次气力输送系统。 高压气力输送系统采用“密相”及气体进入固体的系统概念，以及增加在高 压下操作的料气比，这样散装物料就能在更大的浓度下输送，可使能耗下降。因 此高压气力输送系统可用于较大的距离的输送，输送距离可达3 0 0 0m 。 2 、单罐间歇式输送 在高压气力输送系统中，供料器仅限于发送罐，气源机械采用空气压缩机。 一个工作循环周期分为装料、充气、排料、排气四个过程，因而送料是间歇式的， 图2 3 给出了时间与料速的关系。如果采用两个发送罐交替操作，这样在输送管 道内就可以得到近于连续的物料流( 半连续输送) 。 瑕辅管炭黧密相气力输送系统设计及实验研究 m a x i m u mo rs t e a d y 一钠l 踟一”7 ” 八代产守 l i m e 图2 - 3 输送周期申时间与料速的间歇关系 f i g2 - 3i n t e r m i t t e n tr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt i m ea n dm a t e r i a lr a t ei nt h ec o n v e y i n gc y c l e 发送罐是一个封闭容器，可交替