湖南某公司新建 15 kt/ a超細(xì)鈦白粉 ( TiO2 )生產(chǎn)線 ,成品采用連續(xù)密相氣力輸送。4 ～6μm 的超細(xì)二氧化鈦微粒尺寸小、比表面積大 ,由于其小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)而表現(xiàn)出許多不同于常規(guī)材料的特性。作者承擔(dān)了該項(xiàng)目的超細(xì)鈦白粉氣力輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、部分設(shè)備的制造和調(diào)試開(kāi)車(chē)任務(wù)。運(yùn)行測(cè)試表明 ,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定 ,滿足生產(chǎn)要求。

1 輸送與除塵系統(tǒng)
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)輸送量為 3 t/ h。由于超細(xì)鈦白粉粒徑細(xì)而均勻 ,堆積密度大、存氣性好 ,其料性適合流態(tài)化的輸送形式。該輸送裝置集投料、除塵和旋轉(zhuǎn)閥連續(xù)輸送等功能于一體,用 135°轉(zhuǎn)角的換向閥
(柱塞閥 )切換輸送路徑至兩個(gè) 8 m3 成品料倉(cāng) ,輸送距離約 30 m,高度 25 m ,其中每條輸送線有彎頭 5 個(gè)。投料倉(cāng)、成品料倉(cāng)設(shè)有音叉料位計(jì)。投料倉(cāng)、成品料倉(cāng)上方均設(shè)置粉塵收集效果較好的除塵器。輸送設(shè)備主要包括旋轉(zhuǎn)閥、投料倉(cāng)、除塵器、氣體流量.

2工程設(shè)計(jì)原則

鈦白粉的相對(duì)密度大、吸附性強(qiáng) ,容易在輸送管道中積聚成團(tuán) ,造成輸送不穩(wěn)定 ,嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵料。在

輸送工藝設(shè)計(jì)時(shí)要選擇適當(dāng)?shù)墓虤獗?,以達(dá)到輸送穩(wěn)定與能耗低的統(tǒng)一; 超細(xì)鈦白粉粒徑細(xì) , 容易泄漏 ,需配置設(shè)計(jì)可靠的除塵系統(tǒng)。鈦白粉流動(dòng)性差 , 設(shè)備設(shè)計(jì)中還要考慮卸料時(shí)的物料流動(dòng)均勻穩(wěn)定。結(jié)合以上要求確定了下列設(shè)計(jì)原則: ①系統(tǒng)應(yīng)具備多種操作方式 ,自動(dòng)工作時(shí)不需現(xiàn)場(chǎng)操作人員; ②監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)操作方便,自診斷容易 ,維護(hù)簡(jiǎn)單; ③國(guó)產(chǎn)旋轉(zhuǎn)閥耐壓較低 ,氣體泄漏量大 ,須設(shè)置特殊的排氣裝置 ,有利旋轉(zhuǎn)閥喂料; ④換向閥切換轉(zhuǎn)動(dòng)前 ,具有先清灰再轉(zhuǎn)動(dòng)的功能 ,防止閥體密封件受損; ⑤管壁內(nèi)部需拋光 ,減小輸送能耗; ⑥投料倉(cāng)設(shè)計(jì)要考慮使下料順暢; ⑦選取正確的過(guò)濾材料 ,保證過(guò)濾面積 , 提高除塵效率。

3 控制方案的設(shè)計(jì)
2. 1 輸送裝置的自動(dòng)控制

因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為惡劣,有粉塵、噪音等污染 ,為了減少現(xiàn)場(chǎng)操作人員,采用現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng) /自動(dòng)操作控制箱。通過(guò)可編程控制器遠(yuǎn)程模塊通訊中央控制室監(jiān)控配套的方式。壓力變送器實(shí)時(shí)檢測(cè)壓力的變化信號(hào),反映了輸送管內(nèi)物料流動(dòng)的狀況。上、下限壓力值的設(shè)置信號(hào),是系統(tǒng)開(kāi)、關(guān)的基本條件之一。動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)波動(dòng)于上、下限壓力值之間 ,表示輸送正常

長(zhǎng)脈沖周期。一般取值在 60～100 s,兩個(gè)電磁閥交替吹氣。反吹氣先由油水過(guò)濾器處理后進(jìn)入小型儲(chǔ)氣罐 ,使其達(dá)到除油、除水 ,保持壓力和流量的穩(wěn)定。
3. 3 氣體流量自動(dòng)控制

在氣力輸送系統(tǒng)中 ,管道內(nèi)流動(dòng)的是固氣兩相流。對(duì)某種物料的氣力輸送 ,當(dāng)設(shè)備、輸送管道確定后 ,輸送用氣量的改變就會(huì)引起物料運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化。因?yàn)槲锪线\(yùn)動(dòng)狀態(tài)隨著輸送氣流速度的變化而變化。高速時(shí) ,物料呈懸浮狀均勻分布地被空氣流動(dòng)輸送 ,隨氣速降低物料開(kāi)始聚集 ,之后物料在管道中聚集形成團(tuán)塊 ,以團(tuán)塊滑動(dòng)形態(tài)輸送。若繼續(xù)降低氣體速度 ,管道截面就會(huì)被堵塞 ,形成不穩(wěn)定的料栓。根據(jù)鈦白粉的物料特性 ,氣流速度通常在 8 ～ 15 m / s之間。此時(shí)的超細(xì)鈦白粉在管道內(nèi)不再均勻分布 ,呈密集狀態(tài) ,但管道未被其堵塞 ,依靠空氣的動(dòng)能來(lái)輸送 ,屬流態(tài)化形態(tài)的密相動(dòng)壓輸送。流態(tài)化輸送最適應(yīng)管道氣力輸送微細(xì)粉料。根據(jù)氣速變化使物流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的關(guān)系 ,對(duì)用氣量進(jìn)行有效控制是整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行極為重要的因素。

在氣力輸送系統(tǒng)中,拉伐爾噴管是重要的氣體參數(shù)控制元件。它是流線型的縮放噴嘴 ,當(dāng)噴管的出口與進(jìn)口壓力略小于臨界壓力比時(shí) (空氣的臨界壓力比為 0. 528) ,噴管的流量達(dá)到其最大容積流量。

運(yùn)行。高于上限值表示阻力增加 ,管道局部受堵,此時(shí)可自動(dòng)切換至故障處理程序。動(dòng)態(tài)壓力低于下限

Qmax= fcr

值,表示輸送系統(tǒng)供料減少,系統(tǒng)轉(zhuǎn)到預(yù)備結(jié)束程序。成品料倉(cāng)上的音叉式料位計(jì) ,其上、下限開(kāi)關(guān)量

式中: Qmax ———通過(guò)喉部的臨界流量 ,也是噴管的最
大流量 , m3 / s;

控制換向閥改變輸送路徑的方向 ,或者輸送系統(tǒng)待

fcr
———臨界截面積 , m2 ;

命。投料倉(cāng)上音叉式料位計(jì)的上、下限開(kāi)關(guān)量同樣是確認(rèn)輸送系統(tǒng)運(yùn)行條件之一 ,并與前道工序建立自控聯(lián)鎖的邏輯關(guān)系。

3. 2 除塵裝置自動(dòng)控制
本系統(tǒng)選用脈沖反吹袋式除塵器 ,過(guò)濾材料選用進(jìn)口紡黏聚酯制作的專用脈沖褶式濾筒 ,一體化成型。實(shí)驗(yàn)測(cè)得 :當(dāng)過(guò)濾風(fēng)速 1. 5 m /m in、進(jìn)口含塵濃度 69 g/m3 、平均粒徑 0. 5μm 時(shí) ,其收塵效率達(dá)到99. 99% 。

脈沖反吹電磁閥選用美國(guó)產(chǎn)品 ,由 PLC程控器控制 ,脈沖周期的長(zhǎng)短會(huì)直接影響除塵器的壓力損失、壓縮空氣量以及動(dòng)作部件的使用壽命。在一定的噴吹壓力下 ,主要取決于入口粉塵濃度和過(guò)濾風(fēng)速 ,因此在除塵器壓力損失允許的條件下 ,應(yīng)盡量延

k———氣體的等熵 (絕熱 )指數(shù) ,空氣的等熵指數(shù) k = 1. 4;

p ———進(jìn)口壓力 , N /m2 ;
υ1 ———入口氣體比容 ,υ1 = 1 /ρ1 , ρ1 為入口氣體密度 , m3 / kg。

可見(jiàn)噴管的最大容積流量與出口壓力無(wú)關(guān),在一定

上游壓力下 ,流量保持不變,輸送流速不會(huì)降低到低于允許流速的地步 ,保證物料以設(shè)計(jì)的流動(dòng)形態(tài)完成輸送過(guò)程。一般管內(nèi)流速呈拋物線形分布 ,中間大周邊小。而拉伐爾噴管出口流速基本上是均勻的 ,有利于推動(dòng)物料。氣體流量控制組合件由調(diào)壓閥、拉伐爾噴管和電磁閥等組合而成 ,根據(jù)作用的不同 ,設(shè)定不同的壓力及尺寸不同的噴嘴來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的氣體流量控制

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