奶粉風(fēng)力輸送的設(shè)計(jì)

文 / 劉殿宇

（黑龍江華禹乳品機(jī)械制造有限公司）

奶粉在連續(xù)化生產(chǎn)中，成品送入粉倉(cāng)進(jìn)行暫存是為下道工序的順利進(jìn)行而設(shè)置。從噴霧干燥塔出來(lái)的粉送至粉倉(cāng)一般采用風(fēng)力輸送方式來(lái)完成。它分為壓送及吸送2 種。近年來(lái)在輸送粉過(guò)程中也出現(xiàn)過(guò)不少問(wèn)題，這些問(wèn)題主要有：輸送時(shí)的混合比選擇不合適；輸粉管道直徑不合適；風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓偏?。贿M(jìn)入風(fēng)機(jī)的空氣沒(méi)有做好除濕處理或除濕效果不佳，從而導(dǎo)致送粉不暢，管道容易堵塞等問(wèn)題的發(fā)生。本文以RNJM03-1000型立式壓力噴霧干燥塔在奶粉生產(chǎn)中的應(yīng)用為例，闡述了風(fēng)力送粉設(shè)計(jì)與應(yīng)用過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題及注意事項(xiàng)。

1 風(fēng)力輸送粉的設(shè)計(jì)過(guò)程

1.1 風(fēng)力輸送粉的設(shè)計(jì)參數(shù)

物料介質(zhì)為奶粉，生產(chǎn)能力857 kg/h，環(huán)境溫度20 ℃；奶粉的平均粒徑35 μm，堆積密度（ρ）0.6 t/m3，溫度50 ℃，比熱容3.514 kJ/kg?℃；當(dāng)?shù)卮髿鈮喊?.013X10-6MPa計(jì)算，水平輸送距離為35 m（傾斜角60 o）；旋轉(zhuǎn)出料閥出粉，旋風(fēng)分離器卸粉。本例按吸送進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.2 系統(tǒng)主要參數(shù)的確定及計(jì)算

選定質(zhì)量混合比，即單位時(shí)間內(nèi)輸送粉塵質(zhì)量與所需空氣質(zhì)量的比值，m=G/G1，本例質(zhì)量混合比為4，則空氣質(zhì)量=G1=857/4=214.2 kg/h，空氣體積流量：M=214.2×1.205=258.2 m3。

粉塵與空氣的混合溫度（t1）按下式計(jì)算：t1=（mt2c+ t0c）/（mc+c），式中：t0-最初的混合溫度，取空氣溫度（℃）；t1-混合溫度（℃）；t2-奶粉溫度（℃）；c-空氣的比熱，c=1.005 kJ/kg?℃，t1=（4X50×1.005+20×1.005)/（4×1.005+1.005）=44（℃）。

混合溫度下空氣的密度[1]：ρ空=1.293×273/（273+t1）×ρ0/ρ1=1.293×273/（273+44）×（1.013×10-6）/（1.013×10-6）=1.114 kg/m3。

根據(jù)d，ρ空和t1查懸浮速度圖線，得懸浮速度[1]：u約為0.018 m/s，乘以修正系數(shù)0.6，u為0.0108 m/s。

粉塵在管道中的速度[1]：，式中：u1-管道中氣流速度（m/s）；a-速度修正系數(shù)，這里a=16；B-系數(shù)，這里B=5×10-5；L-管道水平長(zhǎng)度（m），L=35 m。

輸送管道直徑[1]：，式中：D-管道直徑（m）；G–輸送粉塵質(zhì)量（kg/h），這里G=857 kg/h。m，因此取外徑為80 mm，壁厚為3 mm的不銹鋼管。

1.3 系統(tǒng)壓力損失計(jì)算[1]

1.3.1 給料裝置的壓力損失計(jì)算

本例給料裝置按旋轉(zhuǎn)出料閥供料計(jì)算：ΔP= B1m（ρu21/2）

式中：ΔP-給料裝置的壓力損失（Pa）；B1-物料在輸管道內(nèi)速度與輸管道內(nèi)空氣速度之比值的平方，即B1=（uc/u1）2。uc= u1- u=12.45-0.0108=12.4392 m/s，則B1=（12.4392/12.45）2=0.998。

則ΔP=B1m（ρu21/2）=0.998×4（0.6×12.452/2）=185.6 Pa

1.3.2 粉塵啟動(dòng)的壓力損失

ΔP1=（1+B1m）×（ρu21/2），式中：h-提升高度（m）。

則ΔP1=（1+B1m）×（ρu21/2）=（1+0.998×4）×0.6×12.452/2=232.13 Pa

1.3.3 粉塵提升的壓力損失

ΔP2=9.8u1/uc（mρh）=9.8×（12.45/12.4392）×0.6×7=41.2 Pa（提升高度h=7 m）

1.3.4 彎管的壓力損失

（1）傾斜管道壓力損失（傾斜管道與水平成60 o，傾斜長(zhǎng)為8.08 m）按下式計(jì)算：

ΔP3=?（L/D）（ρu21/2）（1+K0m），式中：?-系數(shù)，?=K0（0.0125+0.0011/D），K0=1.25 D（a/（a-1）)，a=u1/u=12.45/0.0108=1 152.7，K0=1.25×0.074（1152.7/（1152.7-1））=1.251，?=1.251（0.0125+0.0011/0.074）=0.034。

則ΔP3=0.034（8.08/0.074）（0.6×12.452/2）（1+1.251×4）=1 036.5 Pa

（2）彎管的壓力損失按下式計(jì)算：ΔP4=ξ（1+Km）×（ρu2

1/2），式中：ξ-系數(shù)，這里ξ=0.062；K-系數(shù)，這里K=1.6。

則ΔP4=ξ（1+Km）×（ρu21/2）=0.062 X（1+1.6×4）X0.6×12.452/2=21.33 Pa

這里按2個(gè)彎頭計(jì)算，其總壓力損失為2ΔP4=2×21.33=42.66 Pa

1.3.5 水平輸送管道的壓力損失

水平輸送管道的壓力損失按下式計(jì)算：ΔP5=?（L/D）（ρu21/2）（1+K0m），式中：?-系數(shù)，這里?=0.062；K1-系數(shù)，這里K1=0.269。

則ΔP5=0.034（34.75/0.074）（0.6×12.452/2）（1+1.251×4)=4 457.6 Pa

1.3.6 物料經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器時(shí)的壓力損失

ΔP6=0.102ξ1（rv2/2g）[1～3]，式中：r-空氣密度，1.187 kg/m3；v-進(jìn)入旋風(fēng)分離器的空氣速度，這里按20 m/s計(jì)算；ξ1-阻力系數(shù)，這里ξ1=5。

則ΔP6=0.102ξ1（rv2/2g）=0.102×5×（1.187×202/2×9.81）=12.34=123.4 Pa

1.3.7 總的壓力損失

ΔP總=λ(ΔP+ΔP1+ΔP2+ΔP3+ΔP4+ΔP5+ΔP6），式中：λ-安全系數(shù)，這里λ=1.1。

則ΔP總=1.1（185.6+41.2+232.13+1 036.5+42.66+4 457.6+123.4）=6 730.34 Pa

由計(jì)算結(jié)果可知選擇風(fēng)機(jī)時(shí)，其風(fēng)壓不得低于6 730.34 Pa。

2 風(fēng)力輸送的除濕問(wèn)題

我國(guó)南北方的空氣相對(duì)濕度相差較大。同一地區(qū)隨著季節(jié)的變化其空氣相對(duì)濕度值也有很大差異。在我國(guó)東北、華北、西北等地區(qū)，受空氣相對(duì)濕度的影響不大，或說(shuō)有利于噴霧干燥生產(chǎn)，而在我國(guó)南方尤其是沿海地區(qū)影響卻比較大。主要原因是空氣中水分含量高，即空氣相對(duì)濕度大，在這些地區(qū)，在空氣相對(duì)濕度最大的季節(jié)里生產(chǎn)時(shí)[4～6]，奶粉水分含量容易超標(biāo)，風(fēng)力輸送粉過(guò)程中，進(jìn)入管道的空氣如果不進(jìn)行除濕處理在管壁上容易產(chǎn)生凝結(jié)水，導(dǎo)致管道堵塞頻發(fā)而影響正常生產(chǎn)。因此，進(jìn)入風(fēng)機(jī)入口的空氣必須經(jīng)過(guò)除濕加熱處理后才可進(jìn)入風(fēng)機(jī)。在選擇除濕機(jī)時(shí)應(yīng)把當(dāng)?shù)匾荒晁募咀畲笙鄬?duì)濕度參數(shù)、風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)機(jī)所處的工作環(huán)境參數(shù)、除濕后空氣所要達(dá)到的理論相對(duì)濕度值及除濕后空氣的溫度提供給除濕機(jī)的生產(chǎn)廠家，作為除濕機(jī)選擇設(shè)計(jì)的依據(jù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)力輸送粉的優(yōu)點(diǎn)是粉塵不容易受污染且節(jié)省人力物力，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化自動(dòng)化生產(chǎn)。不但在奶粉工業(yè)生產(chǎn)中有應(yīng)用，在其它食品及發(fā)酵行業(yè)上也都有應(yīng)用。文中主要針對(duì)近些年來(lái)在奶粉工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)的一些主要問(wèn)題進(jìn)行了理論計(jì)算，這些也是在應(yīng)用過(guò)程中最容易出現(xiàn)的問(wèn)題。此外，風(fēng)力輸送粉的使用維護(hù)也很重要，如要保持管道系統(tǒng)密閉不得漏氣；要定期清洗風(fēng)力輸送粉的管道；間歇生產(chǎn)時(shí)要檢查管道內(nèi)是否殘留粉塵，有滯留的粉塵如果不及時(shí)清理徹底再生產(chǎn)時(shí)極有可能引起風(fēng)送受阻。

[1] 張殿印，王純主編. 除塵設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[2] 姚玉英主編. 化工原理（上）. 天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

[3] 馬曉迅，夏素蘭，曾慶榮主編. 化工原理. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[4] 劉殿宇. 空氣相對(duì)濕度對(duì)噴霧干燥生產(chǎn)的影響. 乳業(yè)科學(xué)與技術(shù)，2011（4）：197-199.

[5] 劉殿宇，梁素梅. 壓力噴霧干燥系統(tǒng)在速溶茶粉生產(chǎn)的應(yīng)用. 中國(guó)茶葉，2009（7)：21-22.

[6] 劉殿宇，陳麗. 速溶茶粉噴霧干燥生產(chǎn)的幾個(gè)問(wèn)題. 福建茶葉，2009（3）：8-9.