PVDF密相氣力輸送和稀相氣力輸送比較

梁麗華

上海利柏特工程技術有限公司 （上海 201101）

氣力輸送系統(tǒng)通過封閉的管道輸送粉狀、顆粒狀物料，輸送的動力來自壓差和氣體流動。氣力輸送裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、布置靈活、防塵效果好，在輸送過程中可以同時進行多種工藝操作，降低包裝和裝卸費用，可實現(xiàn)間歇或連續(xù)輸送、多點進料、多點卸料，而且運動零部件少、維修保養(yǎng)方便、可靠性高、便于實現(xiàn)自動化，減輕勞動強度和節(jié)省人力，因而在石化、糧食加工、醫(yī)藥、鋰電、環(huán)保等領域得到廣泛應用[1]。聚偏氟乙烯（PVDF）具有良好的化學穩(wěn)定性、抗疲勞性能、蠕變性和電絕緣性能，是氟碳涂料最重要的原材料之一。PVDF 樹脂具有出色的耐候性，且可與其他樹脂共混改性，獲得的復合材料已被廣泛用于建筑和家用電器外殼等，而且采用PVDF樹脂制作的多孔膜、凝膠、隔膜等應用于鋰離子電池成為PVDF 需求增長最快的市場之一。以PVDF 粉料的輸送為例，對密相氣力輸送和稀相氣力輸送進行比較。

1 密相輸送和稀相輸送介紹

稀相輸送方式有吸送式、壓送式以及吸送和壓送混合式，氣源為羅茨風機、真空泵或離心風機；密相輸送方式有發(fā)送罐輸送和旋轉(zhuǎn)閥輸送，動力源為壓縮機。稀相正壓輸送壓力低于0.1 MPa，大多數(shù)稀相負壓輸送壓力低于0.04 MPa；而正壓密相輸送壓力高于0.1 MPa。吸送式氣力輸送，風機位于系統(tǒng)末端，物料在負壓下被輸送，適用于集中輸送，從多個地點料源到一個目的地，進料點可以是一個或多個，物料可以從多個進料點依次輸送到卸料點，也可以同時輸送到卸料點，輸送距離短；壓送式氣力輸送，風機位于系統(tǒng)始端，物料在正壓下被輸送，進料點是一個，卸料點可以是一個或多個，輸送距離較長；吸送和壓送混合式兼具吸送和壓送的特點，可以從多處吸料，然后將物料壓送到多處卸料[2-3]。

稀相氣力輸送：物料在氣流中呈懸浮狀態(tài)被輸送、輸送速率大、固氣比低。根據(jù)被輸送物料的特性，大多數(shù)正壓和負壓稀相系統(tǒng)的氣速為15～40 m/s，固氣比小于10[1]。

密相氣力輸送：物料在管道內(nèi)不再均勻分布，而是呈密集狀態(tài)或者密集成栓狀，依靠氣流的靜壓來推動物料輸送，輸送速率小、固氣比高。根據(jù)被輸送物料的特性，輸送氣速一般小于15 m/s，固氣比大于10[1]。

2 工藝流程

2.1 PVDF 密相氣力輸送工藝

PVDF 密相氣力輸送工藝流程簡圖如圖1 所示。來自上游的干燥PVDF 粉料落入緩沖斗，緩沖斗中的PVDF 通過重力卸料到發(fā)送罐。在進料過程中，物料通過氣動閥進入到發(fā)送罐中，置換出的空氣通過排氣閥排到緩沖斗中，再經(jīng)緩沖斗的除塵器過濾后，干凈氣體排空。當發(fā)送罐高料位計報警時，進料完成，進料閥門與排氣閥門被同時關閉，然后通過進氣閥向發(fā)送罐頂部及底部加入壓縮空氣加壓和流化；加入的壓縮空氣與物料相混合，當罐內(nèi)壓力達到設定值時便自動打開底部出料閥，然后物料以栓狀流形式輸送。發(fā)送罐內(nèi)物料在壓縮空氣的作用下緩慢流入輸送管道，輸送管內(nèi)PVDF 物料在管內(nèi)壓力和布置于相應輸送管的氣體噴入器噴入的壓縮空氣的作用下，緩慢流向輸送目的地儲料倉。物料被輸送進入儲料倉，含塵氣體進入倉頂除塵器，過濾后排出。直至發(fā)送罐內(nèi)物料排空，吹掃管道，關閉出料閥，完成一次輸送循環(huán)，繼續(xù)進行下一次輸送循環(huán)。PVDF 物料發(fā)送罐密相輸送為批次輸送。當被輸送的目的地儲料倉1 高料位報警、儲料倉2 高料位不報警時，管路上的換向閥自動切換，物料被輸送到儲料倉2；當儲料倉2 高料位報警，而儲料倉1 高料位不報警時，管路上的換向閥自動切換，物料被輸送到儲料倉1：如此交替循環(huán)輸送。

圖1 PVDF 密相氣力輸送工藝流程簡圖

2.2 PVDF 稀相氣力輸送工藝

PVDF 稀相氣力輸送工藝流程簡圖如圖2 所示。空氣進入輸送風機壓縮后經(jīng)換熱器冷卻到要求的溫度，再經(jīng)空氣在線過濾器過濾后達到需要的過濾精度要求。來自上游的干燥PVDF 粉料加入到旋轉(zhuǎn)閥，通過入料靴將鎖氣旋轉(zhuǎn)閥的PVDF 物料加入到輸送管路中。經(jīng)冷卻和過濾的來自羅茨鼓風機的空氣將管路中的PVDF 物料輸送至儲料倉，輸送氣體經(jīng)倉頂除塵器過濾后排空。當被輸送的目的地儲料倉1 高料位報警、儲料倉2 高料位不報警時，管路上的換向閥自動切換，物料被輸送到儲料倉2；當儲料倉2 高料位報警，而儲料倉1 高料位不報警時，管路上的換向閥自動切換，物料被輸送到儲料倉1：如此交替循環(huán)輸送。

圖2 PVDF 稀相氣力輸送工藝流程簡圖

3 PVDF 密相輸送和稀相輸送比較

被輸送物料 PVDF 粉料粒徑為 40～320 μm，堆積密度 ρb為 250 kg/m3，真實密度 ρs為 1 700 kg/m3。設計要求：水平輸送距離L 為107 m，垂直輸送距離H 為11 m，最大輸送能力Gs為4.5 t/h，彎頭數(shù)量為9個。表1 是最大輸送量為4.5 t/h、輸送距離為118 m的PVDF 稀相輸送系統(tǒng)和密相輸送系統(tǒng)的主要參數(shù)，后續(xù)是對物料PVDF 稀相輸送和密相輸送主要參數(shù)和配置的對比。

表1 PVDF 稀相氣力輸送系統(tǒng)和密相氣力輸送系統(tǒng)主要參數(shù)

3.1 輸送氣源品質(zhì)

稀相氣力輸送系統(tǒng)的氣源由羅茨鼓風機提供，輸送氣經(jīng)風機加壓后溫度升高，而且含有油污、鐵屑和固體雜質(zhì)，被輸送物料的性質(zhì)在高溫下會發(fā)生變化且含有的金屬等雜質(zhì)也會污染被輸送物料PVDF，不能滿足產(chǎn)品的要求，尤其是鋰電行業(yè)對PVDF 的高品質(zhì)要求。一般在羅茨風機出口配置換熱器來降低輸送氣的溫度，配置空氣在線過濾器來過濾氣源雜質(zhì)，但對空氣在線過濾器濾芯的過濾精度和羅茨風機的材質(zhì)要求也相應提高，增加了成本。而密相氣力輸送系統(tǒng)的氣源由空氣壓縮機提供，空氣經(jīng)高精度前置過濾器、后置過濾器過濾和油水分離器油水分離后，再經(jīng)微熱吸附分子篩干燥機或無熱分子篩干燥機干燥后，為潔凈干燥的高壓空氣，含油量不高于0.01 mg/m3，含塵粒徑不大于0.01 μm。根據(jù)工藝要求，密相氣力輸送也可選用無油壓縮機來提供輸送所需的氣源，壓縮機提供的高品質(zhì)氣源可以很好地避免污染被輸送物料PVDF，而且輸送風量和風壓可根據(jù)運行工況進行調(diào)整；而稀相氣力輸送系統(tǒng)控制只需啟動和停機操作，容積式羅茨鼓風機的風量一般不宜調(diào)整。密相輸送的空壓機組通常與其他系統(tǒng)共用，節(jié)約了投資。

3.2 輸送設備

旋轉(zhuǎn)閥是稀相氣力輸送的關鍵設備。如果廠商加工精度和組裝造成的誤差，使轉(zhuǎn)子和端蓋的間隙與要求間隙誤差較大，轉(zhuǎn)子對中不準，PVDF 物料會進入密封，導致系統(tǒng)漏氣量增加，而且軸封壽命嚴重縮短，維修更換頻繁。密相氣力輸送的發(fā)送罐為靜設備，沒有轉(zhuǎn)動部件，則不存在此問題，而且用于進料和卸料的氣動閥門，由于每個批次發(fā)送循環(huán)周期長和物料極其微弱的磨蝕性，對閥門沒有影響，所以閥門的使用壽命長，設備平穩(wěn)運行時間長。

3.3 輸送氣速和管徑

在相同輸送能力和輸送距離的情況下，稀相輸送需要100 mm 的管徑，而密相輸送僅需80 mm 的管徑。稀相PVDF 輸送的氣速較高，為19～30 m/s；而密相PVDF 輸送的氣速較低，為5～12 m/s，約為稀相氣速的30%～40%。密相輸送氣速低，物料與管道的磨損少，加之管道氣體噴入器的配置，物料破碎率也低；相同的物料輸送管徑和輸送距離下，稀相輸送比密相輸送的輸送能力低。由于鋰電行業(yè)對PVDF粉料金屬含量的要求十分嚴格，所以氣力輸送過程中需要金屬分離器來除去物料中萬一帶進的金屬，而且金屬分離器的靈敏度與輸送速率的大小有極大的關系，輸送速率太大則金屬很難被檢測并排出。對于高速稀相輸送，金屬分離器的布置位置及管徑的選擇很關鍵，為了滿足低的氣速要求而選擇大型號金屬分離器會使成本增加，而密相輸送由于輸送速率較小則不存在該問題。

3.4 除塵面積

由表1 可見，稀相氣力輸送除塵器過濾面積約為20 m2, 而密相氣力輸送的除塵器過濾面積約為12 m2，僅為稀相輸送的60%。在同樣的輸送能力和除塵效率下,密相輸送所需除塵面積小，減少了更換濾筒的數(shù)量，也降低了倉頂除塵器的尺寸及安裝所需的空間。

3.5 輸送氣量和能耗

由表1 可見，同樣的PVDF 輸送，稀相輸送風量為15.6 m3/min（標準狀態(tài)），所需功率為37 kW,而密相氣力輸送所需風量約為稀相氣力輸送的1/3，所需功率約為稀相輸送的2/3。密相輸送的固氣比高，氣力輸送效率高，從而能耗也較低。

4 結(jié)語

針對PVDF 粉料的輸送，對稀相輸送和密相輸送進行對比。在輸送量和輸送距離相同的情況下，密相輸送具有能耗低、輸送氣速低、輸送管徑小、所需除塵面積少、平穩(wěn)運行時間長、輸送氣源品質(zhì)高、對輸送產(chǎn)品無影響和投資省等優(yōu)勢。