通风除尘与气力输送系统的设计.docx
《通风除尘与气力输送系统的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通风除尘与气力输送系统的设计.docx（62页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
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。
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。
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；
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2500~8000m3/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：
式中：
H机——设备的阻力，mmH2Oε——阻力系数，见表１
3
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Qm3/h
阻力H机kg/m2
阻力系数ε
备注
下粮坑吸尘罩
2200
3
8
吸尘罩宽度1500mm，入口风速3~5m/s（粉料入口风速0.5~1.5m/s）。
振动筛
3600-4500
15~24
15
筛面宽1000mm，其它宽度的风量按比例推算。
吸式比重去石机
2200~3400
40~50
砻谷机
2000~3000
5
胶辊长356毫米，风选谷壳
米机吸糠
300
5
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
300~480
2~4
碟片精选机
600
3
φ630×27片
金钢砂打麦机
2400
26
60
铁皮圆筒打麦机
1200
25
220
立式刷麸机
400
5
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dpcm
设备
工作原理
净化后粉尘在空气中的含量
mg/m3
粗净化
>40~50
降尘室
重力沉降
-
中净化
>5，dpc50=1~2
旋风分离器
离心沉降
<100
精净化
>1，dpc90=0.5
布袋过滤器
截留
<1~2
3.1.1降尘室的设计
依靠尘粒自身重力的作用，使灰尘从空气中分离出来的设备叫做降尘室，如图3所示。
当含尘空气流入容器时，由于截面突然扩大，气流速度大大降低，灰尘因自身重力的作用降落到降尘室的底部。
净化后的灰尘从出口排出。
降尘室的截面积越大，含尘空气在其中移动的速度就越慢，灰尘就有足够的时间逐渐沉降下来。
通常，降沉室的除尘效率只有40~70%。
（a）重力降尘室
（b）多层隔板式沉降室
图3降尘室
假定含尘空气的速度在沉降室截面上是均匀的；在空气的流动方向上，粉尘和气流具有同一速度，气流在沉降室内是层流（Re≤1）；当尘粒降落到降尘室底部后，不会被气流重新带走。
则沉降室截面上含尘气体的平均速度为：
式中：
Q——含尘气体流量，m3/h
b，h——降尘室的宽度和高度，m含尘气体在沉降室内的停留时间t为：
式中：
l——沉降室长度，m粉尘的临界沉降速度可用下式计算:
式中：
ρs，ρ——粉尘和气体的密度
dpc——粉尘的临街粒径
μ——气体的粘度，Pas
尘粒的沉降时间为：
则能使dpc分离出来，粉尘在降尘室的停留时间t必须大于沉降时间tc，即必须满足：
或blQ
umf
上式表明，能使粉尘分离出来的降尘室只要有足够的长度和宽度即可，与其高度h无关。
为获得较好的沉降效果，节省降尘室尺寸，通常将降尘室设计成扁平形或在一室内设置多层隔板，但设置多层隔板后清理较困难。
降尘室的设计目的是在满足工艺流量的前提下，确定其长、宽、高的尺寸。
处理风量由工艺给定。
为了获得较好的设计效果，通常取含尘气体的速度为0.3～3m/s。
降尘室的设计步骤为：
bQ
uh
1）确定高度h（可取h=（1/3~1/5）b）一定，则可计算出宽度：
u4fdp（sf）g
为了不使沉降下来的粉尘重新被卷走，最后还应验算风速u3f，其中f
—摩擦系数；ξ—流体对颗粒的阻力系数；dp—颗粒的直径；ρs—颗粒的密度；ρf—流体的密度；ρf—流体的密度。
降尘室经久耐用，空气阻力低，没有传动机构，管理方便，但占地面积大，除尘效率低，只能除去粗大
尘粒。
3.1.2旋风分离器的设计
3.1.2.1旋风分离器的工作原理
旋风分离器（也叫沙克龙）是利用离心力的作用分离含尘气体的设备。
主要由内外两个圆筒、一个圆锥
筒和进气管组成。
其工作原理见图4所示。
含尘空气以较高的速度沿外圆筒切线方向进入后，在内外圆筒之
间和锥体部位作螺旋运动。
在旋转过程中，由于尘粒的惯性离心力比空气大很多倍，因此被甩向器壁，并沿
器壁作下螺旋运动，经排灰口排出。
自上向下的旋转气流，除其中一部分在中途逐渐由外向内而经内圆筒排
出外，其余部分则随着圆锥筒的收缩而向锥体中以靠拢，在接近锥体下端时，又开始旋转上升，形成自下向
上的旋转气流，然后经内圆筒向外排出。
3.1.2.2旋风分离器的计算（见讲义）
由上式可以看出，离心力的大小与尘粒的性质、气流的速度和集尘器的直径有关。
若集尘器入口的空气
速度不变，旋转半径或集尘器直径愈小，尘粒愈大，离心力也愈大，除尘效率就愈高。
不过根据实验表明，
当速度提高到一定程度后，除尘效率的增加就很少，而集尘器的阻力却继续增加。
由于气流的旋转而形成一定的负压，容易从排灰口将已沉降的灰尘卷走。
因此必须想方设法防止漏风。
为了防止漏风和提高净化效率，可在排灰口装关风器，或装贮灰箱。
旋风分离器的阻力通常按局部阻力公式进行计算，即：
式中：
Ｈ——旋风分离器的阻力，kg／m2
——旋风分离器的阻力系数
2H动——对应于集尘器进口风速的动压力kg/m2
常见旋风分离器有下旋型沙克龙、内旋型沙克龙、扩散型沙克龙等，目前国内已有定型产品。
其特点见表2。
表2常见旋风分离器的结构特点
名称
简图
主要技术参数
特点
下旋
60型
d=0.6D，h1=2.17D，c=0.57D，h2=2D，b=0.2D，
h=4.17D，e=0.77D，
a=0.14D
外圆筒上部呈向下的螺旋形，使空气进入后即向下旋转以减少涡流的大小以外圆筒的直径D表示，其它各部分的尺寸按一定比例随D而变化。
除尘效率在95%以上。
圆筒部分比圆锥部分长，总高度较高。
阻力系数ξ=4.5，其值不
随沙克龙的直径而变化。
下旋
55型
d=0.55D，h1=0.8D，c=0.45D，h2=2D，b=0.225D，e=0.1D，a=150-200mm
与下旋60型相似。
圆筒部分较短，外形尺寸较小。
阻力系数为ξ=5.7。
外旋型
d=0.45D，h1=0.8D，c=0.35D，h2=2D，b=0.3D，e=0.3D，a=0.15D，R=（D+b）/2
通常是单个使用。
阻力系数随直径的增大而增大，因此，直径不宜做得过大。
作为卸料器使用时进口螺旋处容易被物料堵塞
内旋型
d=0.5D，h1=0.75D，
c=0.5D，h2=1.5D，b=0.25D，e=0.1D，a=100-150mm
进风口沿外圆筒的内壁切线进入，但不呈螺旋状。
高度尺寸较小，结构简单，制造方便。
但阻力较大，除尘效率较低。
扩散型
d=0.5D，h1=2D，c=1D，b=0.26D，h2=3D，
D1=1.65D，h3=1.5D，D2=1.4D，h4=1.1D，
下部呈上下大的扩散倒锥体，并在其中设置有圆锥形反射屏，内有透气孔，从而避免了由于返卷气流而带走灰尘的现象。
体积大，阻力高。
D3=0.1D
3.1.2.3旋风分离器的并联与串联同一风量可以选用不同规格和不同个数的沙克龙。
其规格和数量可根据工艺上的要求，设备安装的位置以及网路阻力平衡等情况来确定。
沙克龙在并联使用时，所能处理的风量为各个沙克龙风量之和，阻力为单个沙克龙在处理它所承担的那部分风量时的阻力。
当D>φ1000mm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2×40=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３-１，可选用直径
3
D=525mm的下旋60型沙克龙。
因为当进口风速为υ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H≈71kg/m2。
另外也可选用D=600mm的，进口风速约为12m/s~13m/s，此时阻力H≈40~47kg/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H
2
≈54kg/m。
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，最后在袋滤器中除去
4。
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
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：
2
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。
风网特性曲线
工作点
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=10~14m/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13~14m/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：
式中，D—风管直径，mm
3
Q—风量，m3/hu—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1.0mm~2.0mm的镀锌钢板等。
对于非圆管，则D应采用当量直径D当：
圆整后的风管，还应计算其实际风速：
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υ。
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。
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：
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ReDu。
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
层流
<2300
层流区
紊流
2320临界区
8/7
4000水力光滑区
27.0（d/）8/7过渡区
Re>191.2d
水力粗糙区
沿程阻力系数也可通过雷诺数Re和相对粗糙度/D查表获得。
表12一些材料的绝对粗糙度
材料
管制内壁状况
绝对粗糙度，mm
黄铜、铜、铝、塑料、玻璃
新的、光滑的
0.0015~0.01
新的冷拔无缝钢管
0.01~0.03
新的热拉无缝钢管
0.05~0.10
新的扎制无缝钢管
0.05~0.10
新的纵缝焊接钢管
0.05~0.10
新的螺旋焊接钢管
0.10
钢
轻微锈蚀的
0.10~020
锈蚀的
020~0.30
长硬皮的
0.50~0.30
严重起皮的
>2
新的、涂沥青的
0.03~0.05
一般的、涂沥青的
0.10~0.20
度锌的
0.12~0.15
新的
0.25
铸铁
锈蚀的
1.0~1.5
起皮的
1.5~3.0
新的涂沥青的
0.10~0.15
木材
光滑
0.2~1.0
混凝土
新的、抹光的
<0.15
新的、不抹光的
0.2~0.8
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。
1阻力系数法采用公式：
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：
0.75弯0.080.6
（R/D）
式中：
α——弯曲角；
R——曲率半径，m；
通常R=（1~2）D。
汇集管的阻力可用下式计算：
l大D
小D=1D
1D2DnD
图7汇集管
2当量长度法
采用公式：
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：
H总（D）2ugH设或
2ug2H设
2g设
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
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①，初选管道风速为14m/s，则有
圆整：
D=300mm。
则实际风速为：
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：
雷诺数：
ReDu0.13.7134.110551.22.94105
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
2）阻力计算
1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①、②和③的阻力可以同时计算。
2局部阻力
该系统的局部阻力由3个90°弯头产生。
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。
3设备阻力
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
升级会员 