1、1,第三节 固体输送机械 一、流态化技术与气力输送 1、流态化的基本概念简单来说，固体流态化就是将固体物质流体化。流体以一定的流速通过固体颗粒组成的床层时，可将大量固体颗粒悬浮于流动的流体中，颗粒在流体作用下上下翻滚，犹如液体。这种状态即为流态化。,2,2、流态化现象,固定床（a）,临界流化床（b）,流化床（c）,气力输送(d),3,流态化的形成：流体自上而下流过固体床层时，根据流体流速的不同，床层经历三个阶段：固定床阶段： u0umf时，固体粒子不动，床层压降随u增大而增大。流化床阶段： umfu0ut时,固体粒子悬浮湍动,床层分为浓相段和稀相段，u增大而床层压降不变。输送床阶段： u0 u
2、t 时,粒子被气流带走,床层上界面消失,u增大而压降有所下降。,4,流化床的操作速度范围：umf ut umf 临界流化速度，是指刚刚能够使固体颗粒流化起来的气体空床流速度，也称最小流化速度。 ut 床层的沉降速度。也是颗粒的带出速度，当气体速度超过这一数值时，固体颗粒就不能沉降下来，而被气流带走，此带出速度也称最大流化速度。 (是颗粒本身和流体系统所具有的特性速度）,5,（1）固定床阶段 当流体通过床层的空截面流速较低时，床层空隙中流体的实际流速u小于颗粒的沉降速度ut，则颗粒静止不动，为固定床，如图（a）。 （2）流化床阶段 1）临界流化床 当u增大到一定程度时，颗粒开始松动，床层开始膨胀
3、，u继续升高，床层开始继续膨胀，直到刚好全部颗粒都悬浮在向上流动的流体中。此时，颗粒所受浮重力与流体和颗粒之间的摩擦力相平衡，称初始或临界流化床，如图（b）。,6,2）流化床 当流速继续增加，床层L亦不断升高，此即为流化床。液固系统床层平稳渐增，气固系统则出现鼓泡和气体沟流现象，搅动剧烈，固体颗粒运动活跃，象沸腾的液体，因此亦称沸腾床。 如图（c） 。 （3）颗粒输送阶段 当流体在床层中的实际流速超过颗粒的沉降速度ut时，流化床上界面消失，颗粒将随流体被带出容器外，此为输送床，如图（d）。,7,3、流化床的主要特性 （1）液体样特性,8,（2）固体的混合 （3）恒定压力降,P,9,4、流化床的
4、不正常现象 （1）沟流,定义：气体通过床层时，其流速虽超过umf，但床内只形成一条狭窄，大部分庆层仍处于固定状态，这种现象称为沟流。沟流分局部沟流和贯穿沟流。 危害：产生死床，气固接触不良； 不能达到预定工艺要求。 造成原因： 颗粒太细、潮湿、易粘结；床层薄；气速过低或气流分布不合理；气体分布板不合理。消除方法：加大气速；干燥颗粒；加内部构件；改善分布板。,沟流现象,10,出现沟流时的床层压降,11,（2）腾涌现象腾涌现象：主要发生在气固流化床中。若床层高度与直径之比过大，或气速过高，就会小气泡大气泡。当气泡直径与床径相当时，将床层分为几段，形成相互间隔的气泡与颗粒层。颗粒层像活塞那样被气泡向
5、上推动，在达到上部后气泡崩裂，颗粒分散下降，此为腾涌。后果：气固接触不良；器壁磨损加剧；增加了固体颗粒的机械磨损和带出；设备振动床内构件易磨损。造成原因：L/D较大；u较大 消除方法：床内设内部构件；降低u,腾涌现象,12,出现腾涌时的床层压降,13,克服腾涌的方法： 当床层过高时可加挡板,内旋挡板,外旋挡板,14,外旋挡板,内部构件：,包括档网、档板和填充物等。作用：破碎气体在床层中产生的大气泡，增大g-s相间的接触机会，减少返混，从而增加反应速度和提高转化率。,15,多旋挡板,内旋挡板,内部构件：,16,包括气体预分布器和气体分布板。其作用是使气体均匀分布，以形成良好的初始流化条件，同时支
6、承固体颗粒。以下为常见气体分布板形式：凹型筛孔板 单个直孔泡帽,气体分布装置：,17,泡帽侧缝分布板 泡帽侧孔分布板,气体分布装置：,18,条形侧缝分布板,直孔泡帽分布板,19,直孔筛板,锥型侧缝分布板,锥型侧孔分布板,锥型侧缝分布板,20,气体预分布器,同心圆锥壳式分布器,帽式分布器,21,充填式分布器,开口式分布器,弯管式分布器,气体预分布器,22,5、气固接触方式,单层流化床的气固流接触,23,气力输送,24,二、气力输送 1、气力输送系统的应用 2、气力输送系统的特点 优点（1）系统密闭，避免了物料的飞扬、受潮、受污染； （2）输送过程中可同时进行诸如粉碎、分级、加热、冷却以及干燥等其
7、他操作； （3）占地少（减少3050%），可以根据条件灵活安排线路； （4）设备简单、紧凑，高效、减少装卸成本 （5）易于实现连续化操作及同连续化工过程的衔接，自动化程度高。,25,缺点: (1)动力消耗大 (2)颗粒尺寸受限（小于30mm）； (3)输送过程中物料易于破碎；管壁磨损，不适于输送粘性或高速运动易产生静电的物料。,26,上海世博园区生活垃圾气力输送收集系统,27,3、气力输送系统的一般形式 （1）吸气式气力输送系统,1.吸嘴 2.输料管 3.重力分离器 4.离心分离器 5.风机 6.布袋除尘器,28,29,特点：1）管路为负压2）可同时几处吸料3）工作环境好，无粉尘飞扬4）负压输
8、送，水易于挥发，可与干燥工艺结合5）输送距离短，输送量小6）密封要求高，卸料复杂,30,（2）压送式气式气力输送系统,1.鼓风机 2.供料器 3.重力分离器 4.离心分离器 5.布袋除尘器 6.输料管,31,32,特点：1）正压输送，工作压力：17大气压2）卸料灵活，可分散卸料3）适用范围大，输送距离长，输送量 大，输送浓度高4）对风机而言，除尘要求不高，一般一次除尘5）供料复杂 低压 高压卸料方便 高压 低压,正压输送系统,33,正压,负压,1.布袋除尘器 2.离心分离器 3.输料管 4.供料器 5.离心分离器 6.风机 7.吸嘴,（3）混合式气力输送系统,34,特点：1）综合了吸送式与压送
9、式的优点2）可同时多处吸料， 也可同时多处卸料3）系统复杂4）含杂质的空气进入风机，风机磨损较大,35,气力输送系统,36,气力输送系统,37,4、气力输送系统的基本构件气力输送系统的基本构件包括：供料器、分离器、卸料器、除尘器及管路等 (1)供料器 1）吸嘴,适用于输送流动性好的粒状物料,38,2）叶轮式供料器 均压管：设在叶轮回程段 作用：平衡管内与大气压的压力差 特点：结构紧凑操作方便供料稳定密封性要求高漏气 容积效率低 压损较大,1-均压管2-防卡挡板 3-格室 4-叶轮 5-壳体,39,叶轮式供料器,40,3）喷射式加料器,依靠高速喷射压缩空气的作用对粉粒物料进行吸引，使物料随喷出的
10、空气一起被输送。这种供科器的独有特点是没有运动部件，它的受料口为负压，无空气上吹现象，扩压后为正压，所以可向正压处供料。缺点是高压空气耗量大，效率较低，并且在输送硬颗粒时，喉部磨损严重。,41,4）螺旋供料器,1-闸门 2-加料斗 3-螺旋 4-阀门 5-混合室6-配重 7-杠杆 8-输料管 9-喷嘴,42,这种加科器是把粉状物料送入高混合比的输料管时广泛应用的一种加料置物料借转动的加料螺旋被推送至混合室后，又被装在混合室下部的喷嘴喷出的压缩空气带出到输料管中。它的优点是结构坚固，适用于高温、高混合比物料的输送。其缺点是动力消耗比其它型式大。,43,5）其他形式的供料器,44,（2）物料分离器
11、 1）容积式分离器（重力式分离器） 特点：结构简单制造方便体积大分离效率低不适于粉状 物料的分离,45,2)旋风分离器,含尘气体(气速约为1520m/s)从圆筒上部长方形切线进口进入。 含尘气体沿圆筒内壁作旋转流动。颗粒的离心力较大，被甩向外层，气流在内层。气固得以分离。 在圆锥部分，旋转半径缩小而切向速度增大，气流与颗粒作下螺旋运动。 在圆锥的底部附近，气流转为上升旋转运动，最后由上部出口管排出；固相沿内壁落入灰斗。,动画,46,47,2）离心分离器（旋风分离器),1.一般用于除去直径为5m以上的颗粒。 2.对于粗大颗粒应先用重力沉降法除去。 3.对于为5m以下的颗粒旋风分离器分离效率不高，
12、应由袋滤器去除。 4.旋风分离器不适于粘性粉尘、含湿高的粉尘及腐蚀性粉尘。,特点：,48,标准型旋风分离器,h= D/2 B= D/4 H1 =2D H2 =2D D1 = D/2 D2 = D/4 S= D/8,49,主要结构与操作参数,1.气体处理量Vs=uiBh 式中： Vs旋风分离器处理量，m3/sUi 进口气速。m/sB 进气口宽度，mh 进气口高度，m 2.分离效率,式中： C1旋风分离器进口气体含尘浓度g/m3 C2旋风分离器出口气体含尘浓度g/m3,50,3.临界直径 临界直径：理论上能够分离的最小颗粒直径。 临界直径是判断旋风分离器效率的重要依据之一 假设： 1）气流按螺旋运
13、动，与进口速度相同做切向运动 2）颗粒在分离器内作层流下的自由沉降 3）颗粒在器壁内的沉降距离=进口宽度,51,颗粒的离心沉降速度：,式中：dp颗粒的粒径ui 进口气速 s 颗粒的的密度 含尘气体的黏度f 含尘气体的密度Rm 平均旋转半径,颗粒到达器壁所需要的沉降时间,52,颗粒在器壁内的停留时间,设：气力的旋转圈数为：N 对标准型旋风分离器N=5 颗粒在器壁内的运行距离：,颗粒在器壁内的停留时间:颗粒在器壁内的停留时间颗粒到达器壁所需要的沉降时间 则： t,53,颗粒的临界直径dc:,结论（1）旋风分离器的结构尺寸不宜过大（2）若气体处理量过大时，可用多个小尺寸的旋风分离器并联使用，以维持较
14、高的分离效率,54,55,（3）除尘器 1）布袋式除尘器 分类： 吸送式布袋除尘器 压送式布袋除尘器 吸送式布袋除尘器 工作原理：,1-进气管 2-闭风器 3-积尘箱4-布袋 5-排气管 6-振打清理机构 7-挡板,56,适用机械、冶金、橡胶、面粉、化工、制药、碳素、建材、矿山等单位,脉冲袋式除尘器,57,脉冲袋式除尘器技术性能,58,压送式布袋除尘器,1-分配箱 2-布袋 3-清理机构 4-积尘箱 5-闭风器,59,布袋式除尘器,60,(4)输送管 输料管直径：通常d=50-300mm 输料管壁厚：通常输料管壁厚与被输送物料的性质和形式有关 固定式气力输送料管：粉状物料 ： 壁厚：1-4mm
15、细粒状物料 ：壁厚：4-8mm小块状物料 ：壁厚： 6-8mm 移动式气力输送料管：壁厚： 1-3mm薄壁管，或橡胶软管,61,弯管：因弯管处受到物料的强烈冲击，因此易于磨损，弯管处应采取措施： 降低输送速度 采用耐磨材料，提高寿命 尽量减少弯管的数目 弯管的曲率半径随输送物料的不同而不同 粉状物料 ： R=6D 细粒状物料 ： R6D 小块状物料 ： R 10D,62,5.气力输送装置的设计 （1）气力输送装置的设计任务及依据 1）任务 根据工艺条件确定系统的组合形式 计算系统所需的风量和风压 确定管路及设备的规格尺寸 选择风机和电机 绘制系统装配图 2）设计依据 生产规模生产能力 工艺流程
16、基本要求 工厂结构、布置情况 经济成本 发展规划,63,基本参数的选择合理与否，将直接影响气力输送系统的使用与性能。,64,1）物料输送量 G物是指输送装置单位时间内所输送的物料量。G物=s Q物 kg/s s 物料密度kg/m3Q物 单位时间内所输送的物料的体积 m3 /s考虑到输送过程的不稳定因素，通常计算输送量G物略大于工艺要求的输送量G物。G物= G物 贮备系数 =1.051.2,65,2）输送浓度（混合比） Rs,不同的输送浓度有不同的输送效果， Rs可通过查资料获得。 3）输送气流速度U气 理论上：U气 Ut 就能输送物料 。 但实际所需： U气 Ut U气可通过查资料获得。 或,
17、=10-25（物料粒径小取小值）,66,4）输送空气量与输送管路的直径 输送空气量,Q气=（1.11.2） Q气输送管路的直径,67,5）空气压力,理论上：实际上:,P=(1.02)P,6）压气机所需的功率,68,四、流化床及气力输送系统在工业中的应用,（1）喷雾干燥制粒机,69,（2）沸腾床干燥机,1.给风机 2.加热器 3.主机 4.溢料管 5.加料器 6.旋风分离器 7.布袋除尘器8.引风机,70,工作原理：物料从床身上部加入，热风从底部加入，并穿过多孔分布板与一定的料层厚度的物料接触，物料呈流化、沸腾状态，在气流中上下翻动，互相混合与碰撞，气固之间接触面积大，进行剧烈的传热传质，较大提
18、高了干燥速度和干燥效率，是一种理想干燥设备。对一些较湿物可一次干燥达到要求水份指标。 主要特点：流化沸腾状态，热效率高。停留时间可以调节，易于得到低水份的成品。大小颗粒在床面上可得到分级，粗粒可从床身排出，细粉由集尘器排出。有的物料，布袋除尘可做在主机内（内置式），节约占地面积，结构简单，投资少 适合于粉、颗粒、丝、条状物料干燥。,71,72,开放系统 当有水份需要清除时使用单程大气。通常要用一个推拉装置来平衡流化床内的游离板使其间的压力稍微偏小。是使用直接或是间接加热方式取决于被加工产品的性质和可以得到的热源。废气将通过布袋过滤器，带或不带涤气器的旋风器等装置清洁。 如果被加工产品具有粉尘爆
19、炸的危险性，可使用抗压振的开放系统，或者可以考虑使用半封闭的气体自身惰性化的设备。,73,封闭循环系统 使用在系统内循环的惰性气体(通常是氮气)。加工含有有机挥发物的原料或在加工过程中不能氧气接触的原料时必须使用这种系统。封闭循环系统是一个气密系统，惰性气体的添加是根据热气流中的氧含量以及系统中的气压(比外界气压高)的变化来控制的。蒸发的挥发物在冷凝器中回收。,74,结块/造粒 流化床工艺要求固态材料在加工前呈颗粒状态。在流化床喷雾造粒的特殊情况下，颗粒的形成是在流化床里通过向分层流动的材料喷洒液体而实现的。 适用于流化床工艺的固态颗粒可以通过独立的工艺步骤形成。如机械脱水之后的结晶、凝固或聚
20、合。颗粒也可通过雾化干燥形成。在其它情况下，干的或湿的固态颗粒在进入流化床之前可能要经过某种程度的聚结或造粒处理。,75,再湿附聚系统 在再湿附聚系统中，精细粉末在附聚室里喷洒与雾状液体接触，形成潮湿多孔的团块，然后被送入振动流化床在轻度流化的条件下干燥。冷却之后团块输出，经过筛选，其中的精细粉末和废气回收器中回收的粉未重新进行附聚处理。再湿附聚系统主要用于食品加工，例如咖啡、可可糖等的加工，这些产品需要颗粒粗大，而且具有速溶性质。,76,滚动造粒系统 颗粒的形成是通过向在曲折的搅抖槽里分层滚动的粉末喷洒有附聚作用的液体而实现的。这些潮湿的颗粒在稳态的流化床里或振动流化床里干燥。这种造粒系统可
21、以用来加工多种产品，例如无机化工产品，洗涤剂和食品。,77,流化床干燥,78,流化床式干燥器,79,流化床造粒,80,81,三、机械式连续输送机械机械式连续输送机械常用的有：带式输送机、链式输送机、斗式提升机、辊台式输送机、螺旋式输送机等 1、带式输送机,82,1-张紧滚筒 2-张紧装置 3-装料斗 4-改向滚筒 5-托辊 6-环形输送带 7-卸料装置 8-驱动滚筒 9-驱动装置,基本构造和工作原理,83,84,带式输送机的优点 （1）输送平稳，噪音小，输送中不损伤物料； （2）连续输送能力强，动力消耗小，输送效率高； （3）输送距离长，工作速度范围广 （4）能倾斜和水平输送； （5）结构简单
22、，工作可靠，使用维修方便； （6）能够向机身任何地方装、卸物料。带式输送机的缺点 （1）输送不密封，输送轻质粉状物料时易飞扬； （2）设备成本高，输送带易磨损，易跑偏； （3）即使采用网纹带，也不适于倾角过大的场合。,85,3.带式输送机的应用范围： 带式输送机适于各种块状和颗粒状物料，也可输送成件物品，还可以作为清洗、选择、处理、检查物料的操作台，用在原料预处理、选择装填和成品包装等工段。 带式输送机的主要零部件 输送带 滚 筒：滚筒有驱动、改向滚筒、张紧滚筒等三种 托辊：支承输送带和上面的物料，保证输送带平稳运行。 张紧装置：,86,(a)拉力螺杆 (b) 压力螺杆 (c) 重锤式 (d)
23、弹簧和调节螺,（a）平面单辊（b）凹单辊 （c）双辊 (d) 三辊,上托辊的种类,上托辊的种类,张紧装置,87,网带式输送机,88,89,90,91,92,连式输送机,93,94,链板输送机的输送链,95,96,97,98,99,辊台式输送机,100,101,102,103,104,105,螺 旋 输 送 机,1-电动机 2-减速器 3-卸料口 4-螺旋叶片 5-中间轴承 6-料槽 7-进料口,106,107,108,(a)实体叶片 (b)带状叶片 (c)桨形叶片 (d)齿形叶片,螺旋形状,109,斗式提升机,110,（a）挖取法 (b)撒入法,斗式提升机装料过程,111,a）离心式卸料(b) 混合式卸料 (c) 重力式卸料,斗式提升机卸料方式,
