粉體輸送中旋風(fēng)分離器的設(shè)計(jì)研究

唐曉軍（賽鉑（廣州）機(jī)電科技有限公司，廣東廣州510663）

粉體輸送中旋風(fēng)分離器的設(shè)計(jì)研究

唐曉軍
（賽鉑（廣州）機(jī)電科技有限公司，廣東廣州510663）

在制藥、食品、化工等領(lǐng)域，很多工序都會(huì)涉及粉狀或顆粒狀物料的輸送。這類輸送系統(tǒng)里，旋風(fēng)分離器是使用較多的單元裝備，為合理地設(shè)計(jì)旋風(fēng)分離器，不造成無謂的浪費(fèi)，從實(shí)用性和科學(xué)性性出發(fā)，簡明扼要的從理論研究和設(shè)計(jì)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，通過嚴(yán)謹(jǐn)計(jì)算，對如何選型做了一個(gè)簡單的描述。

旋風(fēng)分離器；設(shè)計(jì)；計(jì)算

0　引言

由于行業(yè)不同，粉狀或顆粒狀物料（以下簡稱粉體）的物理化學(xué)性質(zhì)各異，工序之間的輸送路徑遠(yuǎn)近及位置空間大小等因素，導(dǎo)致適用高效的旋風(fēng)分離器設(shè)計(jì)計(jì)算較為復(fù)雜。

在河北某藥業(yè)有限公司前處理車間，有一使用中的旋風(fēng)分離器（以下稱為G旋風(fēng)），它嚴(yán)重偏離當(dāng)代標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，根本不匹配，但還一直在用，確實(shí)令人吃驚！

旋風(fēng)分離器在工業(yè)使用，已經(jīng)有100多年時(shí)間，這是一個(gè)百花齊放不斷改善的歷史進(jìn)程。各個(gè)時(shí)期，旋風(fēng)分離器的造型有所不同。G旋風(fēng)的外觀給人19世紀(jì)的古典感覺；由此看來，旋風(fēng)分離器的設(shè)計(jì)與制造確有進(jìn)一步探討的必要。

1　設(shè)計(jì)思路

1.1參數(shù)

要想設(shè)計(jì)制造一個(gè)效率較高的旋風(fēng)分離器，嚴(yán)格的做法，在設(shè)計(jì)計(jì)算之前，必須知道輸送粉體的一些重要物性參數(shù)，例如：

實(shí)際流量：（m3/h）；尾氣粘度η：（Pa·s）；

密度ρ尾氣：（kg/m3）；粉體成分密度ρ：（kg/m3）。

有了這些參數(shù)后，方可進(jìn)一步計(jì)算。只有進(jìn)行較為嚴(yán)格的計(jì)算后，方可進(jìn)入較為準(zhǔn)確的施工圖設(shè)計(jì)階段。

但在制藥、食品行業(yè)，實(shí)際的工程實(shí)踐與理想狀態(tài)有一定的差距。

從理論研究著手，假設(shè)出一個(gè)“理想粉體”，預(yù)設(shè)“理想狀態(tài)”的有關(guān)條件，再試驗(yàn)得出各個(gè)不同的修正系數(shù)，然后在各類設(shè)計(jì)計(jì)算中去應(yīng)用。顯然，這是一個(gè)漫長的過程，此類課題有待專家研究。

實(shí)際工程中，很多時(shí)候，所輸送的粉體是多品種，小批量；有些粉體還是多組分的混合物。這種狀況下，要想準(zhǔn)確測量這類粉體的物性及參數(shù)有一定難度。旋風(fēng)分離器的設(shè)計(jì)，本文嘗試尋求一條較為實(shí)用的方法。

1.2思路

在離心場，一個(gè)粉體微元受力可以記為：

式中：C為粉體微元的離心力；Dc為粉體微元的力場直徑；從此式可以推出：離心力隨旋風(fēng)分離器直徑減小而增大。

經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算、制造、安裝調(diào)試各種規(guī)格大小的旋風(fēng)分離器后，實(shí)際采用的設(shè)計(jì)計(jì)算思路如下。

從旋風(fēng)分離器的幾個(gè)關(guān)鍵尺寸著手；一般情況下，工業(yè)領(lǐng)域一個(gè)已知系統(tǒng)里的流量Q，是可以得知的。

1.2.1筒體直徑

Dc為旋風(fēng)分離器的筒體直徑。

這是一個(gè)關(guān)鍵尺寸。有了這個(gè)尺寸后，按照設(shè)計(jì)步驟，旋風(fēng)分離器的其它尺寸即可計(jì)算。

公式里Vp的取值范圍為2.5～4.0m/s；這個(gè)范圍有點(diǎn)寬，究竟是偏上限？還是取中間值？

經(jīng)過試驗(yàn)分析，得到Vp的取值與粉體的主要相關(guān)因素：粉體的粒度，粉體的容重。

粒度與Vp負(fù)相關(guān)；容重與Vp正相關(guān)。

考慮這因素，選取Vp，可求出旋風(fēng)分離器的關(guān)鍵尺寸筒體直徑Dc。

1.2.2入口尺寸

U為旋風(fēng)分離器的入口風(fēng)速，查資料入口風(fēng)速12～25m/s。

在這樣寬的范圍，取值有技巧。

主要相關(guān)因素：粉體的粒度，粉體的容重。

粒度與U負(fù)相關(guān)；容重與U正相關(guān)。

考慮這兩因素，選取U；確定A。在大多數(shù)情況下，A是矩形。

特別需要注意的是，與這矩形入口連接的管路，必應(yīng)設(shè)計(jì)一段天圓地方管。這一段天圓地方管的設(shè)計(jì)頗有講究；根據(jù)長期跟蹤客戶的使用情況，其收縮角應(yīng)在21°以內(nèi)，擴(kuò)散角不得超出15°。忽視這一點(diǎn)將導(dǎo)致系統(tǒng)的阻力上升。

2　實(shí)例

2.1計(jì)算

現(xiàn)一中藥制藥廠（福建XX中藥廠有限公司），某復(fù)方制劑，原料藥粉碎后需要收集。首選方案直接用袋式除塵器收集，試車數(shù)次，斷斷續(xù)續(xù)，無法正常運(yùn)行；研討后，決定在系統(tǒng)里增加一旋風(fēng)分離器。

查該系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)型號：9-19；功率11 kW，轉(zhuǎn)速2 900 r/min；

經(jīng)初步計(jì)算，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面考慮，留用這臺(tái)風(fēng)機(jī)。依據(jù)風(fēng)機(jī)的參數(shù)，查得Q為3 619m3/h；

依據(jù)該公司現(xiàn)場生產(chǎn)的主要產(chǎn)品，品種物料參數(shù)選取Vp=3；代入公式；

得到Dc=0.653 4m；圓整取650mm。

依據(jù)筒體直徑650mm，計(jì)算旋風(fēng)分離器的其他尺寸。

2.2效果驗(yàn)證

該旋風(fēng)分離器設(shè)計(jì)制造后，安裝并投入系統(tǒng)運(yùn)行。系統(tǒng)一次開機(jī)運(yùn)行狀態(tài)良好，不浪費(fèi)而且比袋式集塵器易清潔，客戶很滿意。

3　啟示與結(jié)論

3.1啟示

工業(yè)領(lǐng)域，系統(tǒng)中需要選用旋風(fēng)分離器時(shí)，選型要有基本的工藝計(jì)算；如果不是選型，必須有規(guī)范的設(shè)計(jì)計(jì)算。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)是個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程，不能想當(dāng)然。再也不能讓古典式旋風(fēng)分離器出現(xiàn)在當(dāng)代的工業(yè)領(lǐng)域。

3.2結(jié)論

旋風(fēng)分離器的設(shè)計(jì)，需要一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、參數(shù)；從系統(tǒng)的實(shí)際狀況出發(fā)，利用已有參數(shù)，經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)計(jì)算、設(shè)計(jì)；加上精心制造，方能得到較為理想的結(jié)果。

盲目設(shè)計(jì)制造的旋風(fēng)分離器，其效率只會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于達(dá)標(biāo)的旋風(fēng)收集器，增加公司的運(yùn)營成本。

［1］陸厚根.粉體工程導(dǎo)論［M］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1993.

［2］劉建平，陳旭.高效旋風(fēng)收集器的設(shè)計(jì)［J］.化工設(shè)計(jì)通訊，2004，30（4）：45.

［3］張殿印，王純.脈沖袋式除塵器手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［4］蓋國勝.超細(xì)粉體分級技術(shù)理論研究工藝設(shè)計(jì)生產(chǎn)應(yīng)用［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2003.

［5］張殿印，王純.脈沖袋式除塵器手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［6］丹麥：A.C霍夫曼，美國L.E斯坦因著；彭維明姬忠禮譯；魏耀東審核.旋風(fēng)分離器--原理、設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

(編輯：向飛)

Design of Cyclone Separator in the Powder-Feeding

TANG Xiao-jun
（Surpass（Guangzhou）Tech.Group Ltd.，Guangzhou510663，China）

In the pharmaceutical，food，chemical and other fields，many processes included delivery ofpowdered or granularmaterials. Cyclone is often equipped in these delivery systems.To satisfied with the user requirement specification and not waste，this article succinctly described how to selecta cyclone separator and based on theoretical research，design practice and rigorous calculation and with a scientific attitude.

cyclone；design；calculation

TQ051.8+4

A

1009－9492(2015)06－0101－02

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.06.026

2015－03－09

唐曉軍，男，1976年生，湖南人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：制藥設(shè)備的研發(fā)，工藝流程設(shè)計(jì)，維修維護(hù)及設(shè)備管理。已發(fā)表論文3篇。