通风除尘与气力输送系统的设计

1 第一章第一章 通风除尘与气力输送系统的设计通风除尘与气力输送系统的设计 第一节第一节 概述概述 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 了达到这个标准，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。 布袋除尘器 旋风分离器 三通管 弯头 设备设备 吸尘罩 风机 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。 2 卸料器 接料器 接料器 空气 空气 物料 物料 旋风分离器 布袋除尘器 风机 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。 第二节第二节 通风除尘系统的设计与计算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； 3 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 25008000m3/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 4 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： 2 QH 机 式中：H机设备的阻力，mmH2O 阻力系数，见表 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 备注 下粮坑吸尘罩220038 吸尘罩宽度 1500mm，入口风速 35m/s(粉料入口风速 0.51.5m/s)。 振动筛3600-4500152415 筛面宽 1000mm，其它宽度的风量按 比例推算。 吸式比重去石机220034004050 砻谷机200030005胶辊长 356 毫米，风选谷壳 米机吸糠3005 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 30048024 碟片精选机6003 63027 片 金钢砂打麦机24002660 铁皮圆筒打麦机120025220 立式刷麸机4005 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4050降尘室重力沉降- 5 中净化5，dpc50=12旋风分离器离心沉降1，dpc90=0.5布袋过滤器截留1000mm 时，其除尘效率较低，此时应考虑多个旋风分离器并联使 用。 当沙克龙串联使用时，所能处理的风量为单个沙克龙所能处理的风量，而阻力为所有沙克龙阻力 之和。例如两个直径 D=500mm 的沙克龙串联使用，当进口风速为 12m/s 时，所能处理的风量为 1231m3/h，而阻力为 240=80kg/m2。 沙克龙在串联使用时，其除尘效果一般提高不多，而阻力却成倍增加，所以沙克龙一般不采用串 联形式。对于经沙克龙初步除尘后的空气，如需要进一步净化，应采用其它类型的除尘器(如布筒过滤 器)。除个别特殊情况外，阻力通常不要超过 100kg/m2。 3.1.2.4 旋风分离器的选择 目前，旋风分离器都有定型产品，其大小均以外圆筒直径为基准，其它部分尺寸均按比例变化。 食品加工厂中常用旋风分离器的型号规格见附录 3。在选型时，先根据物料或含尘空气的特性确定旋风 分离器的型号，按后根据风量大小确定其规格。例如，设所需处理的含尘空气量为 1800m3/h。附录- ，可选用直径 D=525mm 的下旋 60 型沙克龙。因为当进口风速为进=16m/s 时，可处理 1809m3/h 的风量，与所要求的风量 1800m3/h 相近。此时的阻力 H71kg/m2。另外也可选用 D=600mm 的，进口 风速约为 12m/s13m/s，此时阻力 H4047kg/m2。还可以选用两只直径较小的沙克龙并联起来使用， 例如选两只直径 D=400mm 的，此时每只沙克龙应该处理的风景为 900m3/h。与表中当风速的 14m/s 的 处理风量为 917m3/h 相接近。其阻力为 H54kg/m2。 3.1.3 袋过滤器 布袋过滤器是利用多孔织物对粉尘的截留过滤作用，使含尘气体中的尘粒被截留在滤布表面上， 气体则穿过滤布纤维间的孔隙，从而使空气净化的设备。布袋过滤器在使用一定时间后，就要对过滤 介质的表面进行清理，以减小过滤阻力，新的过滤介质由于尘粒没有建立“架桥”结构，一些细小尘 粒不能被截留，因而效果较差。目前，市场上已有多种带自动清理机构的布袋除尘器，详细情况可查 阅有关手册和设备使用说明书，常见的布袋除尘器的型号、规格见附录 4。 3.1.4 除尘器的组合 为了能有效分离含尘气体中不同大小的尘粒，一般由重力降尘室、旋风分离器及袋滤器组成除尘 系统。含尘气体先在重力降尘室中除去较大的尘粒、然后在旋风分离器中除去大部分的尘粒，最后在 11 袋滤器中除去较小的尘粒。可根据尘粒的粒度分布及除尘的目的要求，省去其中某个除尘设备。除尘 器的组合使用见图 4。 含尘气体 净化空气 重力沉降 离心沉降 布袋过滤 图 4 除尘器的组合 3.2 离心风机 3.2.1 风机的工作点 除尘风网路常采用离心风机作风源，离心风机风量与压力的关系如下： H=KQ2 式中 K 值取决于风网的组合形式、几何形状和管道内表面的粗糙度等因素。将风网特性曲线和所 选用的通风机在某一转速下的性能曲线绘在同一个图中，如图 6 所示，这两根曲线的交点就是通风机 在这个风网中的工作点。 工作点 风网特性曲线 风机性能曲线 图 5 离心风机的工作点 K 值须通过试验才能求得，因此在进行风网设计时，并不描绘出该风网的特性曲线，而只是计算 出在某一风量下风网的阻力，确定能提供这一风量和克服该阻力的风机规格。风机在该风网中工作时 的工作点，肯定就是所要求的工作点。 如果风机性能曲线较陡峭，则当风网阻力变化而使通风机工作点偏移所引起的风量变化就较小。 反之，如果通风机的性能曲线较平坦，则当风网阻力变化而使通风机工作点偏移时所引起的风量变化 就较大。因此对于风压的变动较频繁的风网应选用性能曲线较陡的风机或把工作点选在曲线高效区的 陡峭部分。对于风量变化频繁的风网则应选用性能曲线较平坦的风机。 3.2.2 离心风机的选择 应根据以下原则选择风机：1）根据被输送气体的性质和系统的阻力确定风机的型式：压力的大小 12 取决于风网的阻力，由此决定采用中、低压风机还是高压风机。空气的性质，主要是指含尘粒的情况。 通常对于输送清洁空气或含尘屑不超过 150mg/m3的空气，可选用一般的通风机。输送粉尘含量较多的 空气，则选用叶片数量较少的排尘通风机。2）风机的规格（风量的压力）：其依据是通风机所能产生 的风量和压力，能否与风网的阻力和风量相适应。选择通风机的大小，实质就是选择一台在所要求的 风量和压力下具有较高工作效率的通风机。 我国市场上已有许多型号规格的风机的定型产品，具体情况可查阅有关手册和设备的使用说明书。 食品加工厂通风除尘网路一般采用低中压离心通风机。比较适合的型号有 4-72、6-30 等。常用除尘风 机的型号规格见附录 5。 4 通风网路的水力计算 4.1 管道风速的确定 含尘空气在风管中流动时，应保持一定的速度，以免在水平风管中产生沉淀而逐渐堵塞风管。风 速过大则会产生较大的摩擦阻力，风速一般在 u=1014m/s 的范围内。直径小于 100mm 的小风管应取 较小的风速，u=10m/s。直径在 150mm 左右的管子，可取 12m/s 的风速；直径在 200mm 以上的较大风 管，可取 1314m/s 的较高风速。临近风机的总风管，其风速应该是风网中最高的。另外，对于较长的 水平风管中的风速，应该偏高一些。个别支管为了平衡阻力而提高风速，则不受上述范围的限制。 4.2 管道尺寸的确定 可用下式计算风管的尺寸： u Q D 4 式中，D风管直径，mm Q风量，m3/h u风速，m/s 计算出 D 后，还应对其圆整。通风管道的直径通常以 10mm 为单位进位，如 100mm，110mm，120mm，500mm，550mm 等。材料常用 1.0mm2.0mm 的镀锌钢板等。 对于非圆管，则 D 应采用当量直径 D当： 13 风管截面周长 风管截面积 当 D 圆整后的风管，还应计算其实际风速： 2 4 D Q u 4.3 阻力的计算 4.3.1 单独风网的阻力计算 单独风网只对一台设备或吸点吸风，其阻力就是这条管道上各种阻力的总和。如图 6 所示的单独 风网，空气从振动筛吸入，经吸气管道进入风机，然后经压气管道和沙克龙，再由布袋除尘器净化后 排出。风网阻力等于：振动筛的阻力+10 米直长管道的阻力+3 个弯头的阻力+沙克龙的阻力+布袋除尘 器的阻力。 在进行风网的阻力计算时，应先根据设备和管道的布置绘制网路示意图，将风管和其它设备之间 的相互关系表示清楚。如图 6 所示，这种图大致按比例绘制即可。图上的通风机、设备和除尘器等均 用简单的符号表示。管道用单线表示，并用短线画出管件的位置。对于每一段直径不变而又连续的管 道，作为一个管段，并编上号码。在号码旁边注明该管段的长度 l、直径 D 和风速。在管件旁边注 明管件的名称和规格。设备的旁边写上名称、规格及所需的风量、产生的阻力。在除尘器旁边写上除 尘器的规格和数量。风机在计算确定后，也要在旁边注明风量、压力、型号和转速，以及配用电动机 的功率和规格。 14 振动筛 筛面宽1000 Q=3600 H机=15 l=6m D=300 =14 6-46型 NO5通风机 Q风机机=3960 H风机机=108 n=1400转转/分分 N=208千千瓦瓦 l=6m D=300 =14 = =9 90 0 R=D = =9 90 0 R=D 下旋式旋风 分离器 布袋除尘器 图 6 单独风网示意图 阻力分直管阻力（沿程阻力）和局部阻力因分别进行计算。 4.3.1.1 沿程阻力 圆直管的阻力计算如下： 动直 H D l g u D l 2 H 2 g u H 2 2 动 式中：H直沿程阻力，kg/m2 l直管长度，m 沿程阻力系数，通常是雷诺数 Re 和绝对粗糙度的函数，可用表 11 中的公式计算。 其中，雷诺数。在进行新系统的设计时，常采用轻微锈蚀状态下的。不同材料的绝对粗糙 Du Re 度见表 12。 D风管直径，m。对于非圆管，应采用当量直径 D当。 空气比重，在标准状态下，=1.2kg/m3。 表 11 沿程阻力系数的计算公式 流态Re主力区沿程阻力系数 15 层流2300层流区 Re 64 2320Re4000临界区 3 0025 . 0 Re 4000Re2 0.030.05 0.100.20 0.120.15 铸铁 新的 锈蚀的 起皮的 新的涂沥青的 0.25 1.01.5 1.53.0 0.100.15 木材光滑0.21.0 混凝土 新的、抹光的 新的、不抹光的 0.15 0.20.8 4.3.1.2 局部阻力 通风管道的局部阻力主要有弯头、三通、收缩管、扩散管等管件产生。局部阻力的常用计算方法 有阻力系数法和当量长度法。 阻力系数法采用公式： 16 动局 H g u H 2 2 式中：局部阻力系数。不同管件的局部阻力系数见附录 2-1。 弯头的阻力系数也可用下式计算： 。 6 . 0 0.75 / 2 0.08 ）（ 弯 DR 式中：弯曲角； R曲率半径，m； 通常 R=(12)D。 汇集管的阻力可用下式计算： 小 大 g u D l 2 2 H 2 大 汇 图 7 汇集管 当量长度法 采用公式： 动 当当 局 H D l g u D l 2 H 2 计算式中，l当管件的当量长度，不同管件的当量长度见附录 2-2。 风网的总阻力等于沿程阻力、局部阻力和设备阻力之和。即： 或 设总 H g u D 2 )(H 2 或 设 当 总 H g u D ll 2 H 2 设局直总 HHHH 下面以图 6 为例，进行单独风网的水力计算，并将计算结果填入表 14 中。 1）选管子 17 设振动筛用于二道小麦除杂，筛面宽为 1000mm。查表 1 得其风量为 Q=3600m3/h，阻力 H振 =15kg/m2。对于吸气段，初选管道风速为 14m/s，则有 mD u Q 302 . 0 14 3600/3600 44 圆整：D=300mm。则实际风速为： smu D Q /15.14 2 4 2 4 3 . 0 3600/3600 所以风管直径为300mm，采用 1.5mm 厚的镀锌钢板制作。风管中的实际风速为 14.15m/s，动压为： 2 81.92 15.142.1 2 /25.12 2 2 mkg g u H 动 雷诺数： 5 1073 . 1 2 . 115.143 . 0 1094 . 2 5 Du Re 绝对粗糙度为：=0.15mm，相对粗糙度为/D=0.0005。 用公式计算沿程阻力系数 015 . 0 35 . 0 25 . 0 5) 1094 . 2 ( 35 . 0 25 . 0 Re 2)阻力计算 直管阻力（沿程阻力） 吸入管和压送管采用相同速度的气流和相同直径的管道，则管段、和的阻力可以同时计算。 2 3 . 0 )263( /13 . 6 25.12015 . 0 HmkgH D l 动直 局部阻力 该系统的局部阻力由 3 个 90弯头产生。 183 . 0 /5 . 1 90 008 . 0 / 0.008 6 . 0 0.75 6 . 0 0.75 ）（）（ 弯 DDDR 2 /73 . 6 25.12183 . 0 3mkgHH 动局 如果压气段和吸气段的风速或管径不同，则应分别计算其沿程阻力。 设备阻力 18 该系统的设备阻力由一台旋风分离器、一台布袋除尘器和振动筛产生。其中，旋风分离器选用下 旋 60 型，其阻力查附录，根据其风量、进口风速和组合形式(两台并联)，查得 H沙=54kg/m2。根据 风量，由附录，查得布袋过滤器的阻力 H袋=1000Pa。则设备阻力： H设= H沙=+H袋+ H振=53+100+15=168kg/m2。 则系统的总阻力： 2 /86.18016873 . 6 13 . 6 mkgHHHH 设局直总 3)风机的选择 通风机应提供的压力为风网阻力加上 15%的附加量，即： H风机=H总（1+0.15）=180.681.15=207.99（kg/m2） 通风机应提供的风量为风网所需风量加上 10%的漏风量，即：Q风机=3600（1+0.1）= 3960（m3/h） 查附录 5，可选用 6-30 离心通风机，其性能参数为：风量 4000 全压 230 转速为 2520 转/分，效 率 78%。 表 14 风网阻力计算表 机器名称或管段 编号 风量 Q m3/h 风速 m/s 动压 H动 kg/m2 管径 D mm 管长 L m 沿程 阻力 H直 kg/m2 局部 阻力 H局 kg/m2 沿程 阻力 系数 局部阻力 系数或当 量长度 (l当) 设备阻力 H设 kg/m2 说明 123456789101113 振动筛360015 管段+360014.1512.253003+5+2 6.136.73 0.0150.18312.86弯头 3 个：90，1.5D 下旋 60 型沙克 龙 96053D=600,两只并联 布袋除尘器96050 总阻力180.86kg/m2 4.3.2 集中风网的阻力计算 集中风网的空气从多个不同的设备或吸点同时吸入，在总管汇集后进入通风机。集中风网相当于 有多段管路并联。在进行并联管路的阻力计算时，应采用适当的方法使每段并联管路的阻力相等，以 保证每段风管的风量达到设计要求。管道阻力平衡的方法有两种。一种是把需要提高阻力的管道的直 径适当缩小，这种方法主要用于并联阻力相差较大的情况。另一种办法是在管道中装设阀门，通过调 节阀门的开度来改变局部阻力的大小。在实际生产中，可按下式计算平衡后的管径： 19 225 . 0 2 1 12 )( H H DD 式中，D1、D2平衡前后的管径 H1、H2平衡前后的风管阻力 并联管的阻力差在 10%的范围内，就可以满足工程精度。 集中风网的设计举例： 某面粉厂清理间的除尘风网如图 8 所示。试对该风网进行水力计算，并选择合适的风机。 为计算方便，将各管段编号，如图。管段和管段为并联管段。管段加管段(或)与管段 并联。水力计算从管段开始。 割麦机 =1200m3/h 机=25mmHg 金刚砂打麦机 =2400m3/h 机=25mmHg 振动筛 =3600m3/h 机=15mmHg 7=5m 5 =450 5=6m 4 =450 4=4m3=420 3=3m 2 =300 2=5m 1 =260 1=2.5m =60 R=1.5D 6=1m 6 =190 =30 =30 =60 R=D =90 R=1.5D R=D =90 R=D =90 R=D =90 R=D DMC-60 布袋除尘器 风机 图 8 某面粉厂清理间的除尘风网(p304) 管段： 1）选管子 查表 1 可知金刚砂打麦机的风量为 Q=2400m3/h，阻力 H打=25kg/m2。初选管道的风速为 14m/s，则管径 mD u Q 246 . 0 14 3600/2400 44 圆整后取：D=250mm。(同理，管段的直径为 170mm。管段的风量为 3600m3/h，管径为 300mm。) 20 则实际风速为： smu D Q /59.13 2 4 2 4 25 . 0 3600/2400 所以风管的直径为 250mm，采用 1.5mm 厚的镀锌钢板制作。风管中的实际风速为 13.59m/s，动 压为： 2 81 . 9 2 59.132 . 1 2 / 3 . 11 2 2 mkg g u H 动 5 1073 . 1 2 . 159.1325 . 0 1036 . 2 5 Du Re 绝对粗糙度为：=0.15mm，相对粗糙度为/D=0.0006。 用公式计算沿程阻力系数 016 . 0 35 . 0 25 . 0 5) 1036 . 2 ( 35 . 0 25 . 0 Re 2) 阻力计算 直管阻力 2 25 . 0 25 /808 . 1 3 . 11016 . 0 HmkgH D l 动直 局部阻力 管段的局部阻力由 1 个 90弯头和一个直三通组成。 弯头的阻力系数： 183 . 0 /5 . 1 90 008 . 0 / 0.008 6 . 0 0.75 6 . 0 0.75 ）（）（ 弯 DDDR 三通的阻力系数：由 A2/A1=250/300=0.83，A3/A1=170/300=0.57，Q3/Q1=1200/3600=0.33，查附录 2- 4：直=0.51(侧=-0.5)，所以 2 /83 . 7 3 . 11)51 . 0 183 . 0 (mkgHH 动局 则管段的总阻力 H1=1.808+7.83+25=34.638 kg/m2 同理，将各管段的阻力计算填入表 15 中，管段和管段并联，其阻力分别为 34.638 kg/m2和 21.502kg/m2，其阻力差为 37.91%，大于 10%，因此要进行阻力平衡设计，以保证各管段的风量。本例 采用在管段上安装插板的方法增加其阻力。应注意，如果并联管路的阻力相差太大，则不易于用插 21 板来调节阻力，以免插板插入过深而引起管道堵塞。 设备阻力 该系统的设备阻力由一台布袋除尘器产生(其它设备阻力已在支管阻力种计算，在此不能重复)。由 附录 4，选用 JBS-A 型扁布袋除尘器，可知布袋过滤器的阻力 H袋=150kg/m2。 所以，设备阻力： H设= H袋=150kg/m2。 则系统的总阻力： 2 /61.16015048 . 4 13 . 6 mkgHHHH 设局直总 表 15 风网阻力计算表 机器名 称或管 段编号 风量 Q(m3/h) 风速 (m /s) 动压 H动 (kg/m2) 管径 D (mm) 管长 L(m) 雷诺数 沿程 阻力 系数 沿程 阻力 H直 局部 阻力 系数 或当 量长 度 (l当) 局部 阻力 H局 设备阻 力 H设 (kg/m2) 管段总 阻力 (kg/m2) 说明 123456971081113 打麦机 240025 管段 2400 13.59 11.3250 2.5 2.361050.0161.8080.693 7.8334.638 弯头 1 个：90，1.5D，0.183 直三通一个： A2/A1=0.83，A3/A1=0.57，Q3/Q1=0.33 ，0.51 擦麦机 1200025 管段 1200 14.69 13.20 170 1.0 1.731050.017 1.32 -0.365-4.81821.502 弯头 1 个：60，1.5D，0.135 测三通一个： A2/A1=0.83，A3/A1=0.57，Q3/Q1=0.33 ，-0.5 采用插板进行阻力平衡 管段 3600 14.15 12.25 300 5.0 2.941050.0153.0630.764 9.35913.874 弯头 1 个：60，1.5D，0.234 直三通一个： A2/A1=0.71，A3/A1=0.71，Q3/Q1=0.5 ，0.53 振动筛 360015 管段 3600 14.15 12.25 300 5.0 2.941050.0153.0630.724 8.86911.932 弯头 1 个：90，1.0D，0.234 弯头 1 个：60，1.0D，0.172 22 测三通一个： A2/A1=0.71，A3/A1=0.71，Q3/Q1=0.5 ，0.49 管段 + 48.512 管段+与管段阻力平衡：平衡 喉管段的直径： mm H H DD190)(300)( 225 . 0 512.48 932.11225. 0 2 1 12 平 管段 7200 14.44 12.75 420 3.0 4.011050.0141.2750.234 2.9844.259 弯头 1 个：90，1.0D，0.234 管段 + 7200 12.58 9.68450 4+6 3.901050.0143.0120.434 4.2017.213 弯头 2 个：90，1.0D，0.234 风帽一个：0.2 布袋除 尘器 7920150 总阻力48.512+4.259+7.213+160.61=220.594kg/m2 3) 风机的选择 通风机应提供的压力为风网阻力加上 15%的附加量，即： H风机=H总（1+0.15）=220.5941.15=253.68 (kg/m2） 通风机应提供的风量为风网所需风量加上 10%的漏风量，即： Q风机=72001.1= 7920（m3/h） 查附录 5，可选用 4-72 NO6 离心通风机，其性能参数为：风量 8841m3/h，全压：317Pa，转速为 960 转/分。 第三节第三节 气力输送系统的设计与计算气力输送系统的设计与计算 气力输送是利用气流（通常是空气）的作用输送粉状或颗粒状物料的一种输送方式。在食品加工 厂特别是粮食加工厂得到了广泛的应用。典型的气力输送面粉厂的工艺见图 9。物料经平筛和磨粉机后， 通过一楼的三通接料器进行气固混合，由垂直管道将物料提升到四楼，经沙克龙卸料器进行气固分离， 分离后的物料进入下一道平筛和磨粉机，气流则经汇集管进入风机，经沙克龙和布袋进行二级除尘。 该系统在输送物料的同时，还可以对物料进行冷却和除湿，起到了一风多用的作用。 1 力气输送系统的形式及其特点 根据设备组合情况的不同，气力输送装置一般可分为吸气式、压气式、混合式、循环式等基本形 式。常见的气力输送形式及其特点见表 15。 23 表 15 常见气力输送网路的形式和特点 形 式 简图系统组成特点应用 吸 气 式 4 1 2 3 5 6 物料在风机的吸气管道一侧。 当风机 6 开动后，空气不断 被吸入吸气管道。物料从吸 嘴 1 吸入管路 2，被输送至 卸料器 3，气固分离后从关 风器 4 排出。空气经除尘器 5 净化后经风机排入大气。 粉尘不易外扬， 供料和输送连续 进行。供料系统 简单，对卸料、 除尘装置的气密 性要求较高。输 送量、输送距离 受限制，能耗高。 可几处同时吸 料。适宜于较 高水分物料、 或堆积面广、 或装在低处深 处物料的输送。 常用于于固定 式码头吸粮机。 压 气 式 7 6 5 1 2 3 4 风机 1 开动后，将料斗 3 中 的物料由供料器 4 送入管 2。物料在管道中被气流输送 至卸料器 5 中进行气料分离， 并由关风器 6 排出。空气则 经除尘器 7 净化后排入大气。 物料的输送都在 压气管道一侧进 行。输料管内的 空气压力大于周 围的大气压力。 能防止杂质进入 系统。容易造成 粉尘外扬。 适于大流量长 距离输送。 脉 冲 式 1 10 9 7 8 3 6 5 4 2 空气压缩机 1 送出的压缩空 气先进入过滤贮气罐 2，再 送往有关设备。被输送的物 料由料斗经供料器 5 送入压 力存料筒 3。物料从筒底进 入输料管 7。在压力料筒出 口处的管道上，装有与气源 接通的电磁阀 6。压缩空气 形成脉冲气流进入输料管 7。被输送的物料被分隔成不 连续的料柱，每两个料柱之 间是一个气柱。物料被送至 卸料器 9，空气经过滤器 10 排出。在输料管沿线装有排 堵管 8。 将输料管分叉并 安装切换阀，即 可改变输送路线 或同时向几个地 方输送。整个装 置内部处于正压 状态，物料易从 排料口排出。卸 料器和除尘器结 构较简单，但供 料器结构较复杂， 在输送过程中， 灰尘容易飞扬。 适合于高浓度 长距离输送。 混 合 式 2 8 7 6 5 4 1 3 风机 3 工作时，物料由吸嘴 1 随气流沿吸气道 2 进入卸 料器 4，然后经关风器(供料 器)5 排出。排除空气压入管 具有吸气和式压 气式气力输送装 置所具有的特点。 适于既要集料 又要配料的场 合。多用于移 动式气力输送 24 道 6，沿压气管道送至旋风 除尘器 7。空气经布袋过滤 器 8 净化后排入大气。 装置。 循 环 式 4 1 3 5 68 1 7 在风机出口设有旁通支管， 部份空气经布袋除尘器净化 后排入大气，大部分空气返 回接料器循环使用。 排入大气的物料 少，能减少物料 损失和大气污染。 减少为其的净化 设备。多一根会 风管。输送量较 小。 输送细小、贵 重或危害性大 的物料。 流 态 化 式 4 3 2 1 5 进料 排风 出料 上、下壳体中间夹有透气层。 上部为斜槽，下部为通气槽。 空气经透气层均匀进入料层， 使物料流态化。空气槽可以 采取压式或吸气式布置。 无运动构件，输 送速度低，空气 槽磨损少，容易 保养。动力消耗 低。 适于从容器(仓) 中排出的粉状 物料的输送。 必须倾斜旋转， 不能作水平输 送，可作曲线 输送。 净 麦 仓 磁 铁 1皮 接料器 磨粉机 2皮1心 中刷 3皮 2心 3心 尾刷 磁铁 和粉机 面 粉 麸皮 二楼 三楼 四楼 螺阀 关风器 平筛 蝶 阀 两只 并联 高压风机 6-23 千瓦 吸风粉布筒 过滤器 150*2000 布袋数64个 沙克龙 卸料器 13085 7010070 7070 图 9 气力输送面粉厂工艺流程 2 气力输送系统的工作原理 2.1 沉降速度 umf 即相对于流体的最大速度（终端速度） 。可用下式计算： 3 )(4 s gd fm u 25 式中：ut颗粒的自由沉降速度，m/s; d颗粒直径，m; s,分别为颗粒和流体的密度，kg/m3; g重力加速度，m/s2. 设沉降速度为 umf的物体，放在垂直向上的速度为的均匀气流中，则物体运动的绝对速度物 为： 物=-umf 此时，如果=mf，则物体的绝对速度物=0，即物体在气流中停在原处，既不上升，也不下降。 这时的气流速度称为物体的悬浮速度悬。物体的悬浮速度在数值上与沉降速度相等，即悬=umf。 当物体处在大于其悬浮速度的气流中时，则物体将被气流带动。 在垂直输送管道中，气流的速度必须大于物料的悬浮速度。悬浮速度是实现气力输送时确定气流 速度的依据。但是，物料在乘积的运动十分复杂，受着多方面因素的影响；同时，被输送物料的形状 通常是不规则的，所以，各种物料的实际悬浮速度需要通过实验来确定。 在水平管道内，由于气流的动力方向同物料颗粒的重力方向垂直，因而其悬浮和运动状态更为复 杂。在选择气流速度时，通常仍以垂直管道内的悬浮速度为依据。部分谷类物料的悬浮速度见表 16。 表 16 部分谷类物料悬浮速度参考值 名 称悬 m/s名称悬 m/s名称悬 m/s 小 麦911糙 米912油 菜 籽8 面 粉23谷 壳23.5大 豆911 麸 皮12米 糠12大 麦911 一皮物料67稗 子47高 梁9.811.8 大 麦 心4.35并 肩 石11荞 麦7.58.7 中 麦 心44.5玉 米1014燕 麦89 细 麦 心24花 生1115豌 豆1517.5 稻 谷810棉 籽910 3 气力输送系统的组成和主要装置 3.1 接料器和供料器 接料器和供料器是使物料与空气混合并送入输料管的设备。对接料器结构的要求是：1)物料和空气 在接料器中应能允分混合，有效地发挥气流的悬浮和推动作用，防止掉料。2)接料器的结构要使空气通 26 畅进入，不致产生过分的扰动和涡流，以减少空气流动的能量损失。3)使进入气流的物料尽可能与气流 的流动方向相一致，避免逆向进料。在某些情况下，要使物料减速，或利用其冲力使其转向，这样， 可以降低气流推动物料的能量消耗。 接料器用于负压环境（如双筒形吸嘴，三道接料器等） ，供料器用于正压环境。前者用于吸气式风 运装置，后者用于压气式风运装置。常见的接料器和供料器见表 17。 表 17 常见的接料器和供料器 名称简图结构特点应用 双筒形吸嘴 筒内 筒外 1000 700 h S d 1 d 由内筒和外筒组成。内筒吸取物料，其直径与 输管直径相同，前端做成喇叭形，以减少阻力。 外筒是空气进入内筒的通道。外筒通常做成活 动的，以调节内外筒下端面的间距 S，从而获 得最大的吸取量。在风速小于 30m/s 时，内外 筒之间的环形面积大致与内筒的截面积相等。 主要用来 直接吸取 仓库内或 车、船内 的散装粮 食。 三通接料器 垂直式三通接料器 有垂直式三通接料器和水平式三通接料器。由 供料溜管和风管两部分组成。垂直式三通接料 器由倾料的溜管和垂直风管以 40角度接合。 物料溜管下落，进入垂直风管。空气从下端的 喇叭管吸入，与物料混合并携带物料从垂直输 料管提升。倾斜管的下端做圆弧形，并装有可 调弧形板，板的尾端与水平成 45的向上倾 角，以便物料被冲散并折向上方。压力门用来 限制溜管中随同物料吸入的空气。风管的直径 比输料管 10 略小，风速较高，以便物料的起 动和加速。 诱导式接料 器 物料沿矩形溜管下落，经弧形淌板转向并上冲， 落入从进风口引入的气流中。弧形淌板可以根 据物料下落的情况来调节其插入深度，使物料 适当减速或顺着气流方向冲出。 是垂直三通 接料器的一 种变形，具 有较好的气 体力学特性。 适用于粒 状物料和 粉状物料。 27 花篮式接料 器 物料从溜管进入花篮存料到，在从料斗底 部的、分布在输料管四周的进料孔，被由 下而上的气流悬浮提升。 可以多方 向进料。 适用于粒 状物 叶轮式供料 种器 物 料 入 口 2 1 出口 防止咬夹的 挡板 当物料进入叶轮供料器时，被不断旋转的叶轮 带到出料口。为了保证供料器的正常工作，供 料器的制造过程中，应严格控制加工精度，减 少间隙面积，提高工作效率。 需要动力， 供料稳定。 适用于各 种情况 收缩管式供 料器 在供料斗前面有逐渐缩小的方形管段，后面的 管段则逐渐扩大，渐扩管与风机出口连接。在 导轨中装有可调节的闸板，以调节供料口下面 的管道处风速的大小，使其动压力增加到大于 全压力，于是该处的静压力就变为负值，物料 就可顺利进入。 结构简单， 不要传动 适用于低 浓风运稻 壳、麸皮、 米糠、下 脚，短距 离风运粮 粒等。 3.2 卸料器 卸料器是使物料从气流中分离出来的设备。对它的要求是：1)分离效率要高。2)性能要稳定。即当 输送稍的变化时（例如风量或浓度发生变化） ，也要具有稳定的分离能力。3)结构要简单，体积要紧凑。 容易磨损的部位能拆卸更换，检查维修方便。4)对于分离颗粒的卸料器，具有“一风多用”的作用。根 据用途的不同，卸料器可分为粉状物卸料器和粒状物料卸料器。粉状物料卸料器通常即采用沙克龙除 尘器。常用卸料器的形式特点见表 20。 表 20 常用卸料器的形式特点 名称简图 结构 特点应用 箱式卸料 器 主要工作室为一三角形箱 子。垂直提升的粮粒和空气由 输料管 1 经变形管 2 冲向圆弧 形顶盖 3，然后折向沉降室 4。 结构简单， 阻力较小，稳定 可靠，分离轻杂 质的效果较差。 对于容易破碎 的物料，例如大米， 在圆弧形顶盖内壁 应衬垫橡皮或其它 3-5毫米的金刚砂 粮粒 粮粒 空气 含尘气体 存料缓冲 板 玻璃观察 门 玻璃观察 门 粮 粒 内壁糊金刚砂或其它耐磨材 料 空 气 粮 粒 观察 门 空 气 出风管 28 粮粒在重力作用下降落，流经 淌板 5，从出口 6 经关风器排 出。一部分轻杂质，随同气流 从出风管 7 吸出，然后去除尘 器。 适合的材料。在圆 弧形顶盖内壁涂金 刚砂以减少磨损。 这对小麦可起到打 麦和擦麦作用。 弯头式卸 料器 由上进料变形管 1、矩形 弯头 2、调风阀 3、集料装潢 4、和出风管 5 组成。粮粒与空 气的混合物由输料管经变形管 进入矩形弯头。在弯头中，粮 粒继续靠气流的带动和自身的 惯性力前进，并滑向集料斗。 空气和轻杂质则经出风管吸出。 物料破碎率 较低。分离轻杂 质效果较差。如 果风速稍有降低 或浓度增加，物 料容易从顶点倒 滑而引起掉料。 常用于碾米厂 的气力输送装置中。 离心式卸 料器 同旋风分离器。 结构简单， 体积小，压损不 大。用于颗粒物 料时，磨损大， 物料破碎较大。 应用广泛。 3.3 关风器 关风器是使卸料器或除尘器在与外界有压力差的情况下，能够顺利排料而又不致泄漏空气的一种 设备。关风器要求有良好的气密性能，排料要连续可靠，不易破碎物料，外形尺寸要小，高度要低。 常用的关风器有需要传动的叶轮式关风器和不需传动的料封压力门关风器等。叶轮式关风器的结构及 性能与叶轮式供料器相同（参阅本章第三节） 。料封压力门关风器（简称压力门）有如图 10 所示的几 种形式。它是依靠堆积一定高度的物料来保持气密要求的。 图 10 料封压力门 图 10a 是最简单的料封压力门。它是一节垂直放置的管子。管壁镶有玻璃观察窗。管子的下 端装有倾斜的压力活门。当管子上端与卸料器的出口连接后，在压砣和卸料内负压的作用下，压力活 门自动关上。管中物料堆积的高度应愈高，这个高度可借移动压砣的距离来调节。图 10b 所示的料封 压力门关风器，其管子下端的启闭由锥体来控制。锥体用橡筋悬挂在转轴上。转动转轴，可调节橡筋 50 e c h1h2 a b d D 29 的拉力，亦即调节管内物料堆积的高度。在有足够高度的情况下，如装用图 10c 所示的具有两道压力 门的关风器，则可提高闭风效果。 3.4 风机 气力输送系统常采用高压风机作气源。常见的高压离心风机有 8-81 型、9-19 型，罗茨风机等， 罗茨风机适用于管网阻力波动大、流量要求较稳定的场合，如脉冲式气力输送系统。常用高压风机的 型号规格见附录 6。 4 气力输送系统的设计计算 4.1 设计原则及步骤 气力输送网路的设计与计算的任务是，根据规定的条件设计确定网路的组合形式以及各输料 管和风运设备的规格尺寸，计算网路所需要的风量和压力损失，从而正确选用风机和电动机，以保证 网路经济可靠地工作。其设计依据主要有：1)生产规模及工作制度。2)原粮的性质及其成品的种类和等 级。3)厂房结构形式，以及仓库和附属车间的结合情况。4)工艺流程和作业机的布置情况。5)技术经济 指标和环境保护要求。6)操作管理条件和技术措施的可能性等。 气力输送系统的设计步骤为：1）根据系统的要求和特点选择组合形式（压送、吸送等） ；2）根据 设备布置图画出气力输送网路的草图；3）确定工作参数；4）进行阻力计算，确定主要工作设备的形 式、材料和结构尺寸；5）根据总风量和总压损选择合适的风机，计算所需功率和配用电机；6）确定 其它辅助设备及其安装位置等。 4.2 气力输送系统主要参数的确定 4.2.1 输送量的确定 输送量的大小是由工艺过程规定的。在设计时应该是输料管在正常工作中可能遇到的最大物料量， 所以应该考虑一定的储备，即： G算=G 式中 G算计算输送量 30 G设计输送量 储备系数 储备系数的大小，应根据具体情况分析确定。单纯为了输送的安全，不适当地提高 值，将造成 设备的增多和动力的浪费。而且，由于计算结果不符合生产的实际情况，将带来操作上的困难并容易 发生故障。粮食中工厂各道工序的储备系数 值通常在 1.1-1.2 之间。车间与车间之间以及码头和移动 式气力输送装置1.21.5。 4.2.2 风速的确定 动力消耗几乎与风速的三次方成正比，输料管中的风速过高，则动力消耗变大。风速过低，对 物料输送量变比的适应性小，工作不稳定，容易发生堵塞或掉料。所以应陔在保证输送工作稳定可靠 的前提下，尽量采取低风速。 通常，当物料的比重和颗粒愈大，输送浓度愈高