重力掺混料仓均化原理及结构设计.pdf

静设备 石油化工设备技术 2 0 0 3 2 4 2 5 P e t r o C h e m i c a lE q u i p m e n tT e c h n o l o g y 重力掺混料仓均化原理及结构设计 胡伟璇 中国石化工程建设公司 北京 1 0 0 1 0 1 摘要 介绍了重力掺混料仓的均化原理和掺混管的工作原理 通过采用内部掺混管结构 使聚烯烃物 料的最终产品各项物性参数保持稳定 保证了产品质量 关键词 重力掺混料仓 均化原理 掺混管 中图分类号 T Q 0 5 3 2文献标识码 B 文章编号 1 0 0 6 8 8 0 5 2 0 0 3 0 2 一O 0 0 5 一0 3 1 概述 在聚烯烃的生产过程中 由于原料组成的波 动或反应条件的变化 而引起最终产品性能的波 动 由此可能导致最终产品质量的不稳定 甚至不 合格 为了得到性能稳定的产品 一般在包装前 对一个时期内的产品进行掺混使其均化 这就是 聚烯烃类产品需要掺混的主要原因 1 早期所采用的是外掺混技术 就是将料仓底 部卸出的物料 用风机等输送设备 将其再送回到 料层的顶部 但由于物料的流出顺序仍然是先进 先出 要得到理想的掺混效果 往往要经过多次循 环 外掺混的主要缺点如下 1 设备投资大 能耗高 掺混效率低 2 物料经过多次循环 磨损较大 杂质含量 增高 3 由于长时间的循环 会产生大量的静电和 粉尘 非常容易引起闪爆及火灾 严重地危害安全 生产 为了提高物料的掺混效果 减少外循环次数 提出了内掺混即重力掺混技术 由于它具有掺混 效率高 能耗低 静电及粉尘危害小等优点 目前 已广泛应用于聚烯烃装置的后处理工段 重力掺混的原理就是利用物料在空间依靠本 身自重 沿着预先设计好的流道而产生的一种复 杂的流动 进而达到掺混的目的 实现重力掺混的设备主要包括料仓和掺混 件 料仓的作用是储存物料 为物料聚集重力流动 所必须的势能 内掺混件是实现物料内部掺混的 重要元件 它的作用是拾取在不同料层处的物料 并将其送至底部的掺混室 从而实现物料在设备 内部的掺混 均化 2 仓体内物流形态 料仓中的物料流动形态主要有两种 1 整体流 整体流是指当料仓内任何一部分的物料流动 时 整个仓内的物料同时也都在流动 虽然在下锥 段内的物料流动速度要快一些 但他们都处在流 动之中 整体流的优点是 流动均匀而平稳 仓内没有 死区 不利方面是 需要陡峭的仓壁而增加了料 仓的高度 从而增加了物料与仓壁间的磨损 2 漏斗流 漏斗流是指发生在料仓中心的流动形态 只 有料仓中心的物料在流动 它的优点是对仓壁的 磨损小 缺点是存在大量的死角从而减少了料仓 的有效容积 而且会使粉体分离 产生所谓的离析 现象 通过以上分析可以看出 整体流的流动形态 对重力式掺混是必不可少的 3 掺混料仓的均化原理 重力掺混料仓的设计要求是 物料顺序装入 料仓后 在料仓内形成物性不尽相同的多个料层 通过掺混件的多点均匀取料 在出料口得到组成 均匀的物流 假设内掺混件在任意截面沿径向能均匀取 收稿日期 2 0 0 2 一1 2 1 0 作者简介 胡伟璇 1 9 6 9 一 女 天津市人 1 9 9 1 年毕业于 西安交通大学化工设备与机械专业 获学士学位 现在中国 石化工程建设公司从事工程设计工作 工程师 万方数据 石油化工设备技术 料 物料流动性良好 无架桥 粘连 内聚 离析等 现象 设某一时刻总卸料率为V T 第1 组分的卸料 率为V 则 V T I 组分在出口料流中所占的体积分率为 G V i V T 根据均匀出料的定义 C 1 一v l f v T 料仓筒体为等截面容器 则 厂i V T i H T 式中 矗i 料面下降高度 m m H T 物料总高 m m 由此可以看出 任意时刻第1 组分的取料速 率应与该层的高度成正比 即掺混件沿设备轴向 均匀取料 这就是重力掺混均化原理 4 重力掺混料仓的结构型式 常规的重力掺混料仓主要部件包括仓体 掺 混管 掺混室 支撑件 少数掺混料仓还设有内部 倒锥 从重力掺混料仓的结构可以看出 重力式掺 混的关键及难点不在仓体本身 而是在掺混管的 形状设计 加工工艺的确定 以及掺混管开孔的空 间分布设计 因为它们都直接关系到掺混物料的 空间配比及流动性能 最终影响到物料的掺混指 标 5 掺混管的工作原理 掺混管是掺混料仓的主要部件 是一根在不 同标高处开有取料口的圆管 它的作用是拾取在 不同标高处的物料 将其送至掺混室 与中心卸料 管的物料相混合 从而保证出料的均匀性 在重力掺混料仓中 由于不断有物料进入不 同标高处的取料孑L 料仓仓体内的料层逐渐下移 这称为料仓的主体流 为了保证取料孔的稳定工 作条件 应保证主体流为活塞流 这样主体流料层 中就不允许存在死区 架桥 塌陷等无序流动 以 免造成料层内压力分布的不均匀 从而保证取料 孔的稳定工作 在取料口附近的物料 由于其两侧的水平压 力差推动物料向取料口内流动 这一部分物料所 形成的空间区域称为收缩区 收缩区的大小取决 于取料口的大小 形式 料层压力分布及物料的流 动性等因素 为了保证掺混料仓的掺混效果 应使掺混管 内不同标高处的物料在下落的过程中已发生了掺 混 即掺混管内的物料流动状态为稀相流状态 当取料口的进料量足够大时 受底部出口处流通 截面的限制 在掺混管内部就会出现底部为密相 流 上部为稀相流的状态 如图1 所示 由于A 取料口的位置高于密相 流的自由面卜一I A 口正常取料 物料下落到卜一 j 截面上后 在掺混管内部又均匀下流 卜一I 为其 平衡截面 此时的B 口由于与仓体内物料相通 其侧压几乎相等 没有足够的水平推力 B 口不进 料 相当于关闭 一定时间之后 当仓体内的料位 降至A 口以下时 A 口停止进料 掺混管内的料 柱自由面卜一J 随之下滑至B 口以下 此时B 口 开始进料 相当于B 口自动打开 在这个过程 中 B 口相当于一个受料位控制的阀门 当料位下 降至A 口以下时 B 口自动打开 开始进料 相当 于取料口从A 处自动移到了B 处 这就是所谓的 移动孔原理 这一原理提供了控制掺混管取料的 有效而可靠的方法 卷 莲 蘩 嚣 黪 黍瓣 A 誊 0 象枣 收缩区一 警薹零 j 誊 置 一 一 j i 黪耋囊j 簿 蠢 一 曩 i 取料口逡t r 羹鬟鏊攀鬻誊 B 一 誊掺混管慧 鼍嚣薯螺 麓 j r 图1 掺混管内物料流动状态不意 6 掺混管的基本型式 掺混料仓的掺混管一般都采用 三分管 的结 构 如图2 所示 其内部的隔板将掺混管分成三 个独立的工作腔 一个由6 根掺混管组成的掺混 料仓就相当于有1 8 个掺混腔在工作 使物料的组 成得以均匀 在结构设计上由于设置了内部隔 板 大大增加了掺混管的刚度和强度 使细长比很 大的掺混管在工作状态下不会因物料的冲击和挤 压而造成弯曲和破坏 内部隔板的设置还解决了 大开孔的问题 取料孔的面积约为掺混腔面积的 1 3 倍 若采用普通管子 如此大的开孑L 截面会大 大削弱管子的强度 三分管 彻底解决了这一问 题 万方数据 第2 4 卷第2 期胡伟璇 重力掺混料仓均化原理及结构设计 图2 掺混管结构示意 一般的掺混料仓都设有6 根掺混管 均匀布 置在一个圆周上 为了保证主体流场的均匀性 其布管中心圆直径约为 d O 6 3 5 D 式中 d 掺混管布管中心圆直径 m m D 料仓内直径 m m 每根掺混管上设置的取料孔都遵循移动孔原 理 在整个料层内的分布是上疏下密 以确保当料 层逐步下降时 仍然有近乎相同数目的取料孔在 进料 7 掺混管的支撑 掺混管的支撑型式应尽可能简单 稳定可靠 并尽量减少对主体流的扰动和对物料的滞留 在 掺混料仓中 掺混管的支撑结构主要有两种 图3 是早期所采用的支撑结构 主要用在规模比较小 的掺混料仓中 结构简单 便于制造 图4 是近期 所采用的支撑结构 主要用在规模大一些的掺混 料仓中 它的特点是整体性强 非常牢固 能有效 防止掺混管在工作状态下的震动对仓壁造成的不 良影响 图3 掺混管支撑结构示意 早期 8 中心卸料组件的设计 中心卸料组件包括底锥 内部倒锥和中心卸 料管 8 1 底锥的设计 底锥的作用是保证物料的主体流动均匀稳 定 防止在仓体和底锥结构处产生物料的滞留区 因此确定锥顶角是底锥设计的关键 为了保证物 料较好的流动性 应使底锥角大于物料的休止角 且尽可能小 图4 掺混管支撑结构示意 近期 8 2 内部倒锥的设计 倒锥是起阻挡 缓冲作用 以使中心卸料流率 稳定 同时使主体流动为稳定的活塞流 内倒锥 底部直径为 料仓直径 但为了提高料仓容积利 用率 降低设备成本 现趋向于采用小尺寸倒锥或 取消倒锥 而代之以在底锥内的掺混管上开孔 同 样也能起到调整主体流场的作用 8 3 中心卸料管的设计 中心卸料管的流通面积直接控制中心卸料的 流速 其截面应同掺混管截面大致相当 以保证出 料的均匀性 9结论 通过对重力掺混料仓均化原理的分析 并结 合实际应用得出以下结论 1 均匀取料是重力掺混的基本原理 合理地 设计取料孔是实现均匀取料的关键 2 三分管 具有重要的使用价值 n0 3 合理地设计掺混料仓的各部件 能够得到 稳定的物料流场和组成均匀的卸料 4 重力掺混料仓具有较高的使用价值 参考文献 1 M L 赖姆伯特 A M 赖姆伯特著 筒仓理论与实 践 M 顾华孝译 北京 中国建筑工业出版社 1 9 8 1 万方数据 重力掺混料仓均化原理及结构设计重力掺混料仓均化原理及结构设计 作者 胡伟璇 作者单位 中国石化工程建设公司 北京 100101 刊名 石油化工设备技术 英文刊名 PETRO CHEMICAL EQUIPMENT TECHNOLOGY 年 卷 期 2003 24 2 被引用次数 5次 参考文献 1条 参考文献 1条 1 M L赖姆伯特 A M 赖姆伯特 顾华孝 筒仓理论与实践 1981 引证文献 5条 引证文献 5条 1 李旭柏 罗志宏 重力掺混均化料仓故障原因分析及修复措施 期刊论文 石油化工设备技术 2008 5 2 姜姝 细粉料重力式均化料仓的研究与应用 期刊论文 硫磷设计与粉体工程