催化裂化催化劑氣力輸送裝置的設計

陳金輝

（長嶺煉化岳陽工程設計有限公司，湖南岳陽 414000）

管道氣力輸送系統通過空氣或者其他惰性氣體在管道內流動，將物料沿管道進行輸送。廣泛地應用在食品、煤炭、化工等行業。與其他輸送方式相比，具有設備簡單、占地面積小、可操作性強、環境污染小、可實現多點進料多點卸料等特點。

1 主要工藝參數的計算

1.1 輸送量

設計計算時，通常輸送系統的輸送能力是已知的，氣力輸送系統的計算輸送量G可根據下式確定：

式中：G為計算輸送量，kg/h；Ga為平均輸送量，kg/h；K1為物料發送不均勻系數，一般為1~1.15；K2為遠景發展系數，一般不大于1.25。

1.2 輸送比

輸送比又稱混合比，即在單位時間內流過氣力輸送管道界面的物料的質量G與輸送氣體量Gg的質量流量比。按下式計算：

式中：u為輸送比；Gg為輸送氣體的質量流量，kg/h。

輸送比的大小取決于氣力輸送系統類型、輸送距離、輸送風速、輸送管道直徑和物料性質等因素。設計時有時需要通過實驗確定，無法通過實驗時，可以根據經驗選取輸送比的大小，如壓送式分為低壓和高壓，輸送比分別為1-10和10-50；吸送式包括低真空和高真空，輸送比分別為1-10和10-40。

1.3 輸送風速

氣流速度是設計過程中一個關鍵因素，合適的輸送氣流速度稱為安全速度。輸送氣流過快會造成物料的破碎、管件的磨損增大和動力消耗的增加等弊端，輸送氣流過低則容易引起管道的堵塞，影響連續生產。氣流速度按下式計算：

式中：v為氣流速度，m/s；α為物料粒度系數，見表1；γ為物料的密度，t/m3。

表1 物料粒度系數值

1.4 輸送風量Q

輸送物料所需的理論風量可根據下式計算：

Q理=G/γaμ，其中，Q理為萬理論輸送風量，m3/h；G為輸送風量，kg/h；γa為溫度為20°，標準大氣壓下的氣體密度，kg/m3。

按上述公式計算出的氣體流量后，還需根據輸送方式和選用的供料器等設備的選型，附加一定的漏風量，一般為風量的10%~20%，即Q=（1.1~1.2）Q理

1.5 輸送管內徑的計算d

輸送物料所需的管線內徑可根據下式計算：

其中d為輸送管內徑，m

計算出內徑后應選用相鄰較大規格的管線，并根據已選管徑重新核算輸送風量。

1.6 系統的壓力降△P

稀相氣力輸送管道壓力降由直管段壓力降、彎管段壓力降和管件局部壓力降三部分組成。1.6.1 直管段的壓力損失

直管段的壓力損失由兩部分組成，分別為加速段壓力降△pS1和恒速段壓力降△pS2，即△p1=△pS1+△pS2

（1）加速段壓力降計算

式中：λS1為加速段阻力系數；V0為物料的初始速度；VS=（0.70~0.85）×V。

（2）恒速段壓力降計算

其中，Vc=V-CVt

式中：△pf為純工作氣體單向流動時的壓力降，Pa；λ為工作氣體的摩擦阻力系數，取λ=0.001 5~0.004。

1.6.2 彎管的壓力損失

彎管壓力降可折算成當量長度計算，由彎管的曲率半徑計算R0/d，然后根據表2得當量長度，△p2為計算長度等于當量長度的水平直管的壓力降。

表2 90°彎管當量長度（L）

1.6.3 其他壓力損失

除塵分離器的壓力損失△p3據其類型和結構的不同，采用相應的方法求得；排氣管的壓力損失△p4是指分離器后的一段排氣管的壓力損失，按純體計算；排氣壓力損失△p5是指排氣背壓，所以△p=△p1+△p2+△p3+△p4+△p5

2 負壓氣力輸送系統的工作原理

以某廠生產裝置為例，負壓氣力輸送是采用羅茨真空泵抽空氣作為動力，待系統內部的壓力低于大氣壓時將物料送至料倉。

負壓氣力輸送裝置主要由旋轉供料器、倉頂布袋除塵器、輸送管道、羅茨真空泵、空氣冷卻器、風機及相關部件組成。其中旋轉給料器的選擇對氣力輸送系統的工作效率至關重要。在設計中，旋轉給料器可以防止空氣的進入，其選型需要根據輸送物料的性質、輸送條件、輸送前后的工藝等條件。

負壓氣力輸送流程如圖1所示，開啟羅茨真空泵后，料倉內空氣經倉頂布袋除塵器被吸入管道中，在輸送過程中增加空氣冷卻器保護羅茨真空泵。空氣的抽出使料倉內部形成負壓，待粉料經電動葫蘆吊至投料料斗后，通過旋轉給料器將粉料連續的輸送至料倉，粉料進入料倉內的形成粉塵被倉頂布袋除塵器吸出后再次形成負壓，形成封閉式的回路。因此在整個投料過程中不會產生粉塵，避免粉塵污染。

圖1 負壓氣力輸送流程

3 負壓氣力輸送管線的設計

3.1 負壓氣力輸送的參數

某廠生產裝置的平均輸送量為2 000kg/h，粉料密度為750kg/m3，粉料的當量直徑d=4×10-4m，空氣溫度為273K，空氣密度1.205kg/m3，選定輸送比μ=5.7，λ取0.0024

3.2 輸送管道壓力降計算實例說明

（1）設計輸送量：G=K1*K2*Ga=2 640kg/h

（2）輸送風速：V=+Kd*L=13.9m/s

（3）輸送風量：Q=G/γaμ=384.4m3/h

（5）壓力損失的計算：

經查在273K、相對濕度為50%時，空氣的運動黏度為σ=1.512×10-5Pa?s，

雷諾數Re=V×d/σ=13.9×0.1/1.512×10-5=9.2×10-4

故水平管加速段壓力降△PS1=λS1×μ×γa×V2/2=311.86Pa

恒速段壓力降根據公式

根據平面布置情況，系統中共有90°彎頭7個，R0=8，查表得當量長度為10m，彎頭的總長度為70m，恒速斷的總長度L=90+35+20+20=165m

其他壓力損失根據選取的設備型號得知壓力降之和為5 794Pa，則系統的總壓力將為△P=311.86+8 308.9+5 794= 14 414.76Pa

4 氣力輸送管道的布置與安裝

氣力輸送管道在布置時比較簡單，首先確定起始點供料器和終點料倉的位置，其次確定附屬設備的位置，同時在布置輸送管道時，要確保輸送管道盡可能短，因為氣力輸送管道的動力較小，容易堵塞的位置均發生在水平管道上，所以水平直管段不宜過長，同時彎管出的壓力損失比較大，造成輸送不穩定，應該盡量減少彎頭數量，且選用的曲率半徑大的煨彎彎管，最后在供料器后應設置10m左右的加速水平管，避免直接連接上彎管產生堵塞。

5 結束語

經濟的快速發展，各行各業的生產不斷擴大，如火力發電廠、化工廠、制藥廠、食品加工廠等原材料在輸送過程中產生的環境污染越來越受到重視，于是氣力輸送技術得到了推廣。氣力輸送是減少污染的一個重要的環節，是以密封式輸送管道代替了傳統的機械輸送物料的一種工藝過程，適合散料輸送的一種現代物流方式，將以強大的優勢取代傳統的機械運輸，其技術的提升意義重大。