七、粉体的储存与输送运输

粉体工艺学，利用高压空气的流动-流体输送方式，利用物料颗粒之间的摩擦机械输送方式，装在容器中进行搬运容器输送方式。

粉体的储存与输送运输

• 粉体的储存
  • 粉体储存的作用
    • 保证生产的连续性
    • 改善物料的某些工艺性质
    • 设备能力的平衡
  • 储存设备的分类
    • 通常按被储存物料的粒度可分为两大类
      • 用于存放粒状、块状的堆场、堆棚（库）和吊车库等
      • 用于储存粒状粉状的储料容器
        • 按性质和容量大小不同可分为三种
          • 料库
          • 料仓
          • 料斗
  • 仓内粉体的重力流动
    • 粉体流动是指粉体层沿剪切面的滑动和位移
    • 重力流动是粉体流动的主要形式，是指粉体由于自身重力克服粉体层内力所具有的流动性质，物料从料仓中卸出靠的就是这种流动性。有时仓内物料不能自由卸出，主要是由于粉体层内力远大于重力，导致仓内粉体的结拱。
    • 其他形式：震动流动、机械强制流动以及在流体介质中的流动
  • 颗粒的偏析
    • 偏析
      • 由于粉体颗粒性质的差异，产生物料的分级、分离效应，使粉体层的组成呈现不均质的现象。
    • 原因
      • 粒径、颗粒密度、颗粒形状、表面性状等的差异。 影响偏析的因素：颗粒粒度、颗粒密度、形状、弹性变形、安息角、粘 鞋等。 偏析现象在粒度分布宽的自由流动颗粒中经常发生；但粒度＜70um的 粉料中很少见到；在纯的黏性粉料中一般不会偏析。 偏析会种过成物粒粒度和成分的变化，从而引起物料质量变化，可 能给下道工序带来麻烦，甚至造成产品质量的波动和下降。
    • 非粘性粉体偏析机理
      • 1．细颗粒的渗透作用：细颗粒在流动期间自身重新排列时，通过大颗粒空隙滲满。 2.振动：大颗粒升到表面，细颗粒运动到大颗粒下面。 3．颗粒下落轨迹：堆料前已发生偏析。 4．料堆上的冲撞：弹性好及较大颗粒反弹，集中于料堆外围。 5．安思角的影响：安息角大的颗粒往往集中在料堆外围。 6．粒子和摩擦状态的影响：滚动摩擦系数小的粗颗粒分布在仓壁附近。
    • 机理
      • 1．附着偏析 粉体进入料仓时，由于存在一定的落差，在重力沉降过程中，粗粒与细粒会分开。细料附着在仓壁上，受到外力振动时，细料层剥落，致命料仓卸料时粒度分布发生波动变化。对粒度在几微米以下的粉料，其沉降速度与布朗运动速度相等，或者对静电感应较强的微粉来说，附着粉料的偏析作用更严重。
      • 2.填充偏析 粉体在仓内以休止角堆积，这时从堆积锥 面上加入粉体时，粉体沿静止粉体层上的斜面 产生重力流动。若加料速度较慢，则流动是时 断时续地进行。 流动时，静止粉体层之上的表面流动粉体 层颗粒间存在空隙，且处于运动状态，这时粉 体中的细粒在流动时将透过大颗粒进入静止粉 体层。这一现象称为粉体时粒间的渗流。如果 加料速度大于渗流过程中的颗粒流动速度，则 填充偏析作用会显著减弱。
      • 3.滚落偏析 粗颗粒的滚动摩擦系数小于细颗粒。因此 、粗颗粒沿静止粉体层表面的滚落速度大于细 颗粒，由此形成粒度偏析。粗颗粒集中于粉体 层卸下方，细颗粒集中于粉体层卸上方。
    • 防止措施
      • 1.回转进料或均匀投料：避免单一投料，多设投料口；要保持一定的料位 ，料仓涌排料太空；投料速度越快越有利于避免偏析，尽可能缩短投料流 径。 2.加中央孔管；使粉体由中央孔管的不同位置落料，获得多点装料的效果 3.细高料仓设计；采用直径小而高度大的料仓 4.隔室法；在料仓中采用垂直档板将大料仓分隔成多个小料仓。 5.侧孔法；采用侧孔卸料，粉体从料仓的侧面垂直孔内卸出，可获得比较 无一的料流。 6、均匀的细物料或湿态物料，可以有效消除偏析
  • 拱桥效应
    • 静态拱： 料仓内的物料，由于粉体附着力和摩擦力的作用，某一料层可以产生向 上的支持力；上方产向下的压力与支持力达到平衡时，在这一料层便成为静 态，造成料仓内的粉料不能正常卸出。 导致不能够正常卸出的原因常常是粉体在仓内形成静态拱，
    • 静态拱分为 四类， 1、压缩拱：粉体受料仓压力，使固结强度增加形成结拱， 2、楔形拱：块状物料因形状不规则相互结合达到力平衡，在孔口形成架桥， 3、黏结黏附拱：黏结性强的粉体因水分、吸潮或静电吸附作用而吸附在仓壁 上 4、气压平衡拱：卸料口气密性差，大量空气从底部漏入料仓，当料层上下气 体压力平衡时形成料拱。
    • 防止静态拱的措施 1改善料仓的几何形状及尺寸 加大卸料口、采用偏心卸料口、减小料仓的顶角； 2降低料仓粉体压力； 3减少料仓壁摩擦系阻力； 4采用助流装置； 5降低物料的水分，以改善粉体的流动性
  • 物位的测定
    • 一、料位一槽斗、罐、堆场和储库等所贮存的固体块、颗粒、粉料等的堆积 高度和表面位置。 液位一生产过程中罐、塔、仓、槽等客器里贮存的液体介质的高低。 二、物位测量装置 电容式料位计，核辐射料位计，重锤式料位计，回转翼轮式料位计，重 量料位计等。
• 固气两相流输送理论
  • 粉体物料的输送方式
    • 利用高压空气的流动--流体输送方式， 利用物料颗粒之间的摩擦-机械输送方式； 装在容器中进行搬运-容器输送方式。 其中气力输送装置与机械输送装置是目前粉体工程上最主要的输送形式， 主要特点见表7.2P267。
  • 两相流动系统的特点
    • 颗粒的粒径范围大：100nm～10cm； 系统组成：一种流体十固体颗粒； 系统内存在：颗粒与流体的运动，相内或相界面的能量与质量传递 化学反应。 系统中至少存在一种力场； 固、流体介质的运动惯性不同，颗粒与液体介质间存在相对运动； 升力效应-----压力、速度、颗粒形状、碰撞导致颗粒的旋转。
  • 颗粒输送时的力学状态
    • 1、固定床状态---流体通过颗粒层 或粉料层时，流体速度很小，粉 体层静止不动，流体从颗粒间的 空际通过。流体在固定床中的流 动为透过流动。 2、流化床状态-气流速度增大至 C点时，粉体层开始悬浮运动。粉 体层膨胀，空隙率增大，这时（ 液）气一固系统具有类似液体的 性质，颗粒在一定范围内做无规 则运动，传热性能远大于固定床。 3、气力输送状态---气流速度继续 增大至D点以后，固体颗粒开始被 气流带出，此时的气流速度称为 最高流化速度。颗粒在流体中形 成稀相悬浮态，并与流体一起从 床层中向上吹出，空隙率增大， 压降减小，称为气力输送状态。 当气流速度逐渐减小时，系 统的流速压降线变化不是BCD的 逆过程，而是沿虚线变化。
  • 气力输送的特点
    • 气力输送： 使颗粒物料悬浮在空气中，借助于空气或气体在管道内流动来传输干 燥的散状固体粒子或颗粒物料的输送方法。
    • 气力输送的优点： 具有一定能量的气流作业动力来源，简化了传统复杂的机械装置，可 实现自动化控制； 密闭的管道输送，布置简单、灵活，使工厂设备配置合理化 没有回路。
    • 气力输送的缺点： 动力消耗大，需要配备压缩空气系统，不适宜输送粘性强的和粒径大 于30mm的物料，输送距离受限制（小于3000m）等。 气力输送过程中，主要粉尘控制点应在供料机进口和固体收集器出口， 可设计成无尘操作。输送过程中能同时对物料进行混合、分级、干燥、加 热、冷却和分离过程。
  • 气力输送的类型
    • 吸送式
    • 压送式
    • 结合形式
  • 浓度与混合比
    • 1.质量浓度--真空度 单位时间内通过管道截面的固体粉料的质量与气体质量之比，也称固气 比。 质量浓度m越大，输料管的空气量越 小，有利于增加输送能力，因此需要的输料管径就小。质量浓度提高，可降低设备费用和能量的消耗。 质量浓度m增大，增加了气力输送系统中的能量损失，可能造成管道堵塞，降 低设备的工作可靠性。
    • 2.体积浓度 单位时间内通过管道截面的物料的体积流量与气体的体积流量之比。由于物料的密度大于空气的密度，所以质量浓度m大于体积 浓度m。 实际计算过程中，混合比通常用质量浓度。
  • 沉降速度与悬浮速度
    • 在沉降过程中，如果流体以等于颗粒的自由沉降速度向上运动，则颗粒 将在水平方向上呈摆动状态，既不上升也不下降，此时流体的速度叫做该颗 粒的自由悬浮速度。可用沉降速度公式求得气流输送过程中颗粒的悬浮速度。 气流输送管道可分为垂直管道、水平管道和倾斜管道。水平管道在确定 气流速度时，颗粒重力与气流方向垂直，但仍然以垂直管道内的悬浮速度为 依据，所以设计计算气力输送时，颗粒悬浮速度是设计计算的重要数据 颗粒的沉降速度是指颗粒与流体的相对运动速度。 颗粒的悬浮速度是指颗粒在气流中，相对运动速度为0时，此时的气流速度。
• 固气两相输送设备
  • 装置设计
    • 输送管道
    • 供料系统
    • 气固分离设备
    • 供气设备
• 粉体机械输送设备
  • 概念
    • 在工业生产中，完成各工段间物料输送的各种机械 设备。输送机械要实现生产过程中各工段的连接，组成流水生产线，也 要在输送物料的同时进行其他工艺作业，如搅拌、筛分、干燥、装卸等 还可以与其他控制方法结合以控制物料的流量，以达到控制整个生产节 奏和速度的目的。
  • 胶带输送机
    • 最普遍的一种连续输送机械。用一根输送带作为承载构件，驱动滚 筒依靠摩擦力驱动输送带运动，并带动物料一起运行，从而实现输送物 料的目的。
  • 螺旋输送机
    • 是一种无挠性牵引构件的连续输送设备，借助旋转螺旋 叶片的推力将物料沿着机槽进行输送
  • 斗式提升机
    • 是一种应用极广的粉体垂直输送设备。被输送的物料由 进料口喂入 被连续向上的料斗留取 由机头出料口卸出。
  • 板式输送机
    • 板片组成鳞片状的连续输送带，用以装载物料，以链条为牵引构件
  • 刮板输送机
    • 是借助链条牵引刮板在斜槽内运动，以达到运输的目的
  • 埋刮板输送机
    • 是一种连续物体输送设备，在水平和垂直方向都能很好地输送物料。主要用于粉状、小块状、片状和粒状物料。
  • 链式输送机
    • 在密封装置内有一条链条，链条在传动装置带动下在机壳内运动，加入到壳内的物料在链条的带动下，靠物料的内摩擦力与链条一起运动，从而实现输送物料的目的。