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超细粉体的冷却和气力输送技术研究

文章出处:admin 人气: 发表时间:2017-11-14

  粉体技术的研究就是以粉状物料为研究对象,涉及粉体的制备技术、分级技术、分离与干燥技术、输送技术、混合、包装与储存技术等。从六十年代开始人们研究粉体技术,然而对超细粉体技术的研究是近几十年来才发展起来的一门综合性技术。本文重点介绍粉体中难度比较大的食品级的高温超细粉体的冷却和输送技术。

  我们通常用目数来描述粉体粒径的大小。目数越大,表示物料的粒径越小,即物料越细。目前国内外都没有统一的粉体粒度技术标准,各个行业都有自己的粒度指示定义和表示方法。对于粉体输送和包装技术行业来说,不要求粉体粒径的精确性,能够知道粉体的大约粒径就可以。对于超细粉的定义,国内外也没有统一的定义,但国际上比较认可的定义是指粒径小于10μm的粉体被称之为超细粉体,也就是相当于粉体目数约为1500目。

  超细粉体的特性:颗粒极细,比表面积大,表面活性高,与空气接触易吸潮,易产生团聚结块。对于食品医药行业使用的超细粉体来说,这些特点决定了超细粉体输送的技术难度大,安全卫生及环境要求高。

  以高温食品级MgO超细粉体为例,研究粉体的冷却和输送工艺。

  物料名称:亚微米超高活性MgO

  堆积密度:0.13~0.15g/cm

  物料粒径:3μm(约5000目)

  输送能力:2t/h

  进料温度:400—500℃

  出料温度:50℃

  系统工艺流程:水循环冷却系统-气力输送系统-计量、包装、储存系统-气源净化及冷却系统

  气力输送作为低能耗,远距离输送粉体技术目前在世界上得到广泛使用,它的动力就是气体,因为在食品医药行业上有卫生要求,对输送所用的气体要求进行净化处理,以确保物料的品质。

  工艺流程如下:压缩机-高效后冷却器-油水分离器-储气罐-预过滤器-精密过滤器-冷冻干燥机-超精过滤器-各用气设备

  处理后的气体品质:气体温度4℃,残油≤0.0lmg/m³。粒子尺寸≤0.01μm。

  不同的粉体物料对气源的净化处理要求是不同的,根据净化等级、物料温度、物料特性的不同选取不同的净化设备。

  高温超细粉体在进入最终的包装前,必须将物料的温度降到可以包装的温度,一般小于50℃。因此,在粉体输送过程中要对物料进行冷却。

  如:氧化镁从400~500℃的高温降到50℃的低温,所需要的制冷量约61600W,如果仅仅采用冷干气体冷却,所用设备的负载很大,仅空压机的负载就达到280kW,气体用量达到60m³/min,并且气体和粉料的混合比很高,对于后面的旋风分离的要求也很高。如果采用水循先将物料预冷到150℃左右,再用冷干空气进行气力输送,所需要的制冷量约为4850W,空压机负载为40kW,气体用量为6m³/min。因此考虑到综合的性价比,在工程实践中多采用水循环冷却和冷干气体输送一体的方式。

  如果物料的温度低于200℃,可以不采用水循环冷却直接采用冷干气体输送,如果物料的温度小于80℃,气源就不需要冷干处理。

  高温粉体的预冷却采用水夹套冷却方法,选用水做冷却液。氧化镁导热系数小,其内部温度不易降下来,所以还要不停地将粉料进行搅拌,使内部粉末也能接触冷壁。输送机构选用螺旋粉体输送机既可对物料进行输送,又可以在输送的过程中将物料撒匀,使物料充分和冷的管壁接触,增大换热量。在进料口和出料口安装温度检测仪表。

  粉料由料仓进入螺旋粉体输送机并输送物料,中空芯轴内部通过冷却水,对物料内部冷却;冷却水进入螺旋粉体输送机外面的夹套,对物料外部冷却;内壁和外壁之间焊接连贯的螺旋形导流槽,使水在夹壁之间沿导流槽螺旋形前进,增大了换热面积,充分进行热交换。采用变频调速,有效控制输送速度和降温时间。

  超细粉体的输送一般有机械式输送和流体式输送两类,气力输送作为流体输送中的一种,因其输送距离长,输送量大,安全卫生无污染,能耗小等优点在国内外众多领域得到广泛应用。

  气力输送装置是利用空气能量在密闭的管道内对物料进行输送的一种运输装置。它由物料进入机构、物料输送管道和物料卸出机构等组成。气力输送装置按系统内的压力形成方式分为负压输送和正压输送;按输送管道中固气两相流的质量浓度比可分为稀相气力输送和密相气力输送。其中密相气力输送又可分为密相动压和密相静压气力输送。

  吸送是利用引风机械的抽吸作用使整个系统形成负压,在外部大气压力的作用下,物料随空气一起从管道端头的吸嘴处进入管道并被输送到卸料地点,在卸料点处装有旋风分离器,物料和空气被分离开来,物料进入料斗,空气经除尘器净化后排人大气。

  压送是利用空压机或鼓风机使输送管道内形成正压。物料通过密闭的加料装置进入输送管道并被输送到卸料点。经过分离器将物料和空气分离开来,物料进入料斗,空气经除尘器净化后排人大气。

  不同类别的气力输送装置其管道内物料颗粒的运行状态是不同的,它主要取决于输送气流速度的变化。当气流速度较高时,即气流速度超过物料颗粒的悬浮速度值时,物料颗粒即被气流悬浮起来,呈均匀分布的状态向前输送(此状态为稀相输送),但由于颗粒运行速度较快,物料颗粒之间以及颗粒与管道壁之间就会发生猛烈碰撞,造成管道磨损、物料破碎、动力消耗等缺点。当气流速度降低到某一值时,颗粒失去悬浮能力,停滞在管底形成聚集,使管道局部断面变得狭窄,由于空气通路变小,因此该处气流速度增加,停滞的物料又被气流向前吹走,如此就会形成不稳定的脉动集团流的输送状态(此状态为密相输送)。

  超细粉体技术是一门跨学科跨行业的新兴综合技术,因其独特的性质,在冶金、水泥、陶瓷、石油、化工、食品、医药、航空航天、生物工程等领域得到广泛的应用。高温超细粉体输送技术作为粉体技术的一个重要环节,有着非常良好的前景。我们在不同的行业针对不同的粉体研发了多种超细粉体输送技术装备,取得了良好的应用效果。超细粉体输送有共性的技术,也因为不同的粉体有特殊性的技术,在超细粉体输送技术领域还有很多技术有待进一步研究。