通风除尘与气力输送系统的设计

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第一章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3
3
图11 1) 2) 3) 4) 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2500~8000m 3
/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
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
尘粒的沉降时间为：
则能使pc d 分离出来，粉尘在降尘室的停留时间t 必须大于沉降时间t c ，即必须满足：
或mf
u Q bl ≥
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：
1） 确定高度h (可取h=(1/3~1/5)b )一定，则可计算出宽度：uh
Q =
b
2） 计算长度：mf
f m u uh
bu Q l =
≥
为了不使沉降下来的粉尘重新被卷走，最后还应验算风速
f
f s p g
d f ρρρξ
)(3
4
u -⋅
⋅
<，其中f —摩擦系数；ξ—流体对颗粒的阻力系数；d p —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3.1.23.1.2.1排出。

?H 动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
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。

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
900m3/h。

3.2
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。

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3.2.2通风机。

5。

44.1。

直径在风机的总风管，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
Q —风量，m 3
/h u —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
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
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：
n
2
1
设
总H g
u D
++
=∑∑2)
(H 2
γζλλ
或
设当
总H g
u D
l
l +⋅
+=∑2H 2γλ
或
下面以图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 =3600m 3
/h ，阻力H 振=15kg/m 2。

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：
2)型，其3)。

表14风网阻力计算表
4.3.2集中风网的阻力计算
集中风网的空气从多个不同的设备或吸点同时吸入，在总管汇集后进入通风机。

集中风网相当于有多段管路并联。

在进行并联管路的阻力计算时，应采用适当的方法使每段并联管路的阻力相等，以保证每段风管的风量达到设计要求。

管道阻力平衡的方法有两种。

一种是把需要提高阻力的管道的直径适当缩小，这种方法主要用于并联阻力相差较大的情况。

另一种办法是在管道中装设阀门，通过调节阀门的开度来改变局部阻力的大小。

在实际生产中，可按下式计算平衡后的管径：
式中，D1、D2—平衡前后的管径
H1、H2—平衡前后的风管阻力
并联管的阻力差在10%的范围内，就可以满足工程精度。

1）选管子
查表1可知金刚砂打麦机的风量为Q=2400m3/h，阻力H打=25kg/m2。

初选管道①的风速为14m/s，则管径圆整后取：D=250mm。

(同理，管段⑥的直径为170mm。

管段②的风量为3600m3/h，管径为300mm。

)
则实际风速为：
所以风管①的直径为250mm，采用1.5mm厚的镀锌钢板制作。

风管中的实际风速为13.59m/s，动压为：绝对粗糙度为：?=0.15mm，相对粗糙度为?/D=0.0006。

用公式计算沿程阻力系数
2)阻力计算
①直管阻力
②局部阻力
管段①的局部阻力由1个90°弯头和一个直三通组成。

弯头的阻力系数：
三通的阻力系数：由A2/A1=250/300=0.83，A3/A1=170/300=0.57，Q3/Q1=1200/3600=0.33，查附录2-4：?直=0.51(?
侧=-0.5)，所以
则管段①的总阻力
H1=1.808+7.83+25=34.638 kg/m2
同理，将各管段的阻力计算填入表15中，管段①和管段⑥并联，其阻力分别为34.638kg/m2和21.502kg/m2，其阻力差为37.91%，大于10%，因此要进行阻力平衡设计，以保证各管段的风量。

本例采用在管段②上安装插板的方法增加其阻力。

应注意，如果并联管路的阻力相差太大，则不易于用插板来调节阻力，以免插板插入过深而引起管道堵塞。

4，选用
图9气力输送面粉厂工艺流程
2气力输送系统的工作原理
2.1沉降速度u mf
即相对于流体的最大速度（终端速度）。

可用下式计算：
式中：u t——颗粒的自由沉降速度，m/s;
d——颗粒直径，m;
ρs,ρ——分别为颗粒和流体的密度，kg/m3;
g——重力加速度，m/s2.
设沉降速度为u mf的物体，放在垂直向上的速度为υ的均匀气流中，则物体运动的绝对速度υ物为：
=υ-u
物
3.1接料器和供料器
接料器和供料器是使物料与空气混合并送入输料管的设备。

对接料器结构的要求是：1)物料和空气在接料器中应能允分混合，有效地发挥气流的悬浮和推动作用，防止掉料。

2)接料器的结构要使空气通畅进入，不致产生过分的扰动和涡流，以减少空气流动的能量损失。

3)使进入气流的物料尽可能与气流的流动方向相一致，避免逆向进料。

在某些情况下，要使物料减速，或利用其冲力使其转向，这样，可以降低气流推动物料的能量消耗。

接料器用于负压环境（如双筒形吸嘴，三道接料器等），供料器用于正压环境。

前者用于吸气式风运装置，后者用于压气式风运装置。

常见的接料器和供料器见表17。

表17常见的接料器和供料器
3.2卸料器
卸料器是使物料从气流中分离出来的设备。

对它的要求是：1)分离效率要高。

2)性能要稳定。

即当输送稍的变化时（例如风量或浓度发生变化），也要具有稳定的分离能力。

3)结构要简单，体积要紧凑。

容易磨损的部位能拆
卸更换，检查维修方便。

4)对于分离颗粒的卸料器，具有“一风多用”的作用。

根据用途的不同，卸料器可分为粉状物卸料器和粒状物料卸料器。

粉状物料卸料器通常即采用沙克龙除尘器。

常用卸料器的形式特点见表20。

表20常用卸料器的形式特点
况下，如装用图10c所示的具有两道压力门的关风器，则可提高闭风效果。

3.4风机
气力输送系统常采用高压风机作气源。

常见的高压离心风机有8-81型、9-19型，罗茨风机等，罗茨风机适用于管网阻力波动大、流量要求较稳定的场合，如脉冲式气力输送系统。

常用高压风机的型号规格见附录6。

4气力输送系统的设计计算
4.1设计原则及步骤
气力输送网路的设计与计算的任务是，根据规定的条件设计确定网路的组合形式以及各输料管和风运设备的规格尺寸，计算网路所需要的风量和压力损失，从而正确选用风机和电动机，以保证网路经济可靠地工作。

其设计依据主要有：1)生产规模及工作制度。

2)原粮的性质及其成品的种类和等级。

3)厂房结构形式，以及仓库和附属车间的结合情况。

4)工艺流程和作业机的布置情况。

5)技术经济指标和环境保护要求。

6)操作管理条件和技术措施的可能性
等。

气力输送系统的设计步骤为：1）根据系统的要求和特点选择组合形式（压送、吸送等）；2）根据设备布置图画出气力输送网路的草图；3）确定工作参数；4）进行阻力计算，确定主要工作设备的形式、材料和结构尺寸；5）根据总风量和总压损选择合适的风机，计算所需功率和配用电机；6）确定其它辅助设备及其安装位置等。

4.2气力输送系统主要参数的确定
4.2.1输送量的确定
输送量的大小是由工艺过程规定的。

在设计时应该是输料管在正常工作中可能遇到的最大物料量，所以应该考虑一定的储备，即：
G算=αG
式中G算——计算输送量
G
?
4.2.2
5~10
4.2.3
G
一定会降低。

目前我国面粉厂的气力输送浓度，中小型厂，麦间为μ=2~4，粉间为μ=0.5~3。

大型厂，麦间为μ=4~6，粉间为μ=2~5。

米厂输送稻谷、谷糙混合物和糙米，μ=3~5；输送米糠，μ=0.5~2。

码头及移动式气力输送装置，当采用高压离心风机时，μ=8~14。

根据选定的输送浓度值μ，所需的风量Q应为：
式中：G物——输送量，kg/h
γ——空气的比重，γ=1.2kg/m3
Q——风量，m3/h
已知风量Q和风速υ，输料管的管径D可用下式计算：
4.3压力损失的计算
4.3.1阻力计算
气力输送系统压力损失的计算，一般根据实验和理论分析的方法进行。

因实验的条件和分析归纳的方法不同，得出的系数和计算公式也不尽相同。

下面介绍常用方法。

气力输送网路的压力损失H，可以归纳为由两部分组成：一部分空气携带物料进行输送的压力损失H物，另一部分为空气卸掉物料后进行输送和净化的压力损失H辅，即：
输送物料的压力损失H物包括从空气和物料进入输送系统到卸料器为止的所有压力损失。

以图12为例，即空气自磨粉机吸入，携带物料经接料器、输料管、弯头直至卸料器为止的全部压力损失，它将由下列各项压力损失所组成：
H物=H机+H接+H加+H摩+H弯+H复+H升+H卸
图12气力输送系统的风运压力损失
1
2
3)
i
2。

4
式中：R——输送空气时每1m管道的压力损失，可查附录6
l——输料管的长度，包括弯头的展开长度，m
μ——输送浓度
K——阻力系数，与物料的性质、输料管的直径和风速和放置形式等有关。

不同情况下K值的计算式见表22。

表22K值的计算式
5）弯头的压力损失H弯
空气携带物料通过弯头时的压力损失可按下式计算：
H弯=?H动（1+μ）（kg/m2）
式中：?——弯头在输送空气时的阻力系数，见表23
6）使物料恢复速度的压力损失H复
物料通过弯头时，由于方向改弯和不断与弯头碰撞而降低速度。

如果在弯头后面还有管道，物料要继续输送，则其速度必须重新恢复起来。

当弯头的方向由垂直转向水平时，H复与输送物料的数量和弯头后面的水平管段的长短有关：
H复=β△H加（kg/m2）
式中：H加——空气加速物料的压力损失。

H动——卸料器进口处的空气动压
气力输送的辅助部分包括汇集风管和除尘器等，其压力损失为：
H辅=H汇+H管+H除（kg/m2）
式中：H汇——汇集管的阻力
H管——风管的阻力
H除——除尘器的阻力
在气力输送网络的计算时，为简化起见，作H除须单独计算外，对于H汇和H管二项，在一般情况下不予计算，可取期值等于30~50kg/m2。

这样做其误差所占比例不大。

各项压力损失的有关数据和计算公式见表25。

表25风运网路压力损失计算公式
4.5举例
日产100吨大米厂的气力输送网络计算。

见图13。

图13大米厂的气力输送网络
该系统各道物料的提升任务分别由6根输料管来完成，合并成一个网路，由一台高压离心风机作为气源。

在进行计算时，为了便于表达和复核，将计算结果列表27中。

1)物料流量计算
设计产量为日产100T，则每小时产量为100÷24=4.17T=4170kg，此即第6根白米输料管的设计输送量。

其他各根管子的输送量都可根据工艺流程计算而得。

例如1号管输送的是稻谷，其设计输送量可根据所要求的白米产量和出米率来计算。

现设稻谷的米率为60%。

已知白米产量为4170kg/h，则稻谷的数量为4170÷0.6=6950kg/h，填入第3栏。

在清理过程中，取α=1.2。

于是其计算输送量为：
G算=αG=1.2×5960=7150（kg/h）
取输送风速υ=20m/s，并暂定浓度μ′=4.5，所需风量为：
输料管直径为：
取D=150mm，并反算Q和μ，得：
Q=2826D2υ=2826×0.152×20=1271（m3/h）
将上面的D、υ、Q、μ之值，分别依次填在表中第6~9栏。

第10栏填写输料管的长度l（包括弯头的展开长度）以及垂直部分的高度h。

在本例中，l=h=10.5m。

动压H动=24.4kg/m2。

当υ=20m/s和D=150mm时，输送稻谷的R、K、I之值，从附录6查得：R=2.69,K=0.834,i=29
2)压损计算
①1
于是
其他各根输料管的压力损失，亦按上述方法分别计算后填入相应各栏中。

其中5号输料管因输送的物料为米糠，并有对米机进行吸风冷却的任务，所以输送浓度较低。

从计算表中可以看出，阻力最大的是1号输料管，其H物=479kg/m2，此即本风网输送物料部分的压力损失。

阻力不平衡的支管，可变换沙克龙的阻力加以调节。

辅助部分的压力损失，包括每个卸料器后面的沙克龙以及汇集管、总风管和布筒过滤器等的压力损失。

对于1号管，根据其风量Q=1270m3/h，其卸料器后面的沙克龙可采用下施型，直径D沙=550mm，阻力H沙=47kg/m2，填入第24栏。

其他各处卸料器后面的沙克龙的规格和阻力也按上述方法填入表中。

汇集管和总风管的阻力估算为30kg/m2。

关于布筒过滤器阻力的确定，首先要计算出全部输料管的风量之和，即：
Q=1270+458+1270+1450+574+956=5978（m3/h）
然后再加20%的附加量，即为布袋除尘器、风机应处理的风量：
Q 风机=Q 布=1.2Q =1.2×5978=7180(m 3
/h)
其阻力取H 布=27kg/m 2
，填在第26栏。

于是辅助部分的阻力为：
H 辅=H 沙+H 汇+H 管+H 布=47+30+27=104（kg/m 2
）
网路总阻力为：
H=H 物+H 辅=479+104=583（kg/m 2
）
风机应具有的压力为：
H 风机=1.1×H=1.1×583=641(kg/m 2)
根据H 风机=641kg/m 2
和Q 风机=7180m 3
/h ，查附录5可选用6-30型No7离心风机，其工作点的效率为η=81.6%，公称转速A 在17500~18900之间，取A=17700，于是风机转速为2530
17700
===
A n 。

可采用电动机通过三角带传动。

附：任务两侧
1)日产3000包面粉厂粉间气力输送网路计算
本例的风运流程图见第六章图6-8所示。

从流程中可以看出，物料的输送由7根输料管组成的一个网路来完成。

表28为其工艺流量平衡表。

表28日产3000包面粉厂粉间工艺流量平衡表
K=0.462，
由于这根输料管的接料器直接从大气进风，故H机=0
①接料器的压力损失，根据公式（7-6）及诱导式接料器的阻力系数?=0.5，得：
H接=?H动=0.5×19.8=10（kg/m2）
②加速物料的压力损失，根据公式（7-7）：
H加=iG算=35×3.9=137（kg/m2）
③摩擦压力损失：
H摩=Rl（1+Kμ）=2.72×13.7（1+0.462×3.77）=102（kg/m2）
④弯头的压力损失：
H弯=?H动（1+μ）=0.07×19.8(1+3.77)≈7(kg/m2)
式中：?——输料管弯头的阻力系数，见表2-2。

根据α=90°，D=130mm以及取弯曲半径为1000mm，
⑤恢复损失：
H复=β△H加=0.7×0.1×137≈9（kg/m2）
式中：β——弯头后水平管长度系数，1号管水平段长约1m，查表7-3，β=0.7
△——输送量系数，查表得，G=3.9t/h，△=0.1
⑥提升损失：
H升=γμh=1.2×3.77×12=54（kg/m2）
⑦卸料器的阻力：根据Q=862m3/h，选用下旋55型沙克龙，D卸=400mm，H卸=77 kg/m2于是第23栏中输送物料的压力损失为：
H物=H机+H接+H加+H摩+H弯+H复+H升+H卸=0+10+137+102+7+9+54+77=396（kg/m2）
其它6根输料管也按上述程序计算后，将结果分别填入7-7中。

从表中可看出，1号输料管的压力损失为最大，
2布筒过
转速为：。