捕獲揚(yáng)塵：真空輸送機(jī)的作用

多恩·彭德爾頓｜文 張微明｜譯

多數(shù)情況下，人們聽到揚(yáng)塵（fugitive dust）這個(gè)術(shù)語，想到的就是可燃揚(yáng)塵。然而，揚(yáng)塵只是一種夾雜在空氣中的微粒物質(zhì)（通常因?yàn)轱L(fēng)或人而被擾動(dòng)）。可吸入粉塵顆粒肉眼看不見，普遍認(rèn)為其大小為10 微米或更小。所有有害的可吸入粉塵中，人們最關(guān)注二氧化硅，大概是因?yàn)楹芏喈a(chǎn)品都有二氧化硅，它幾乎存在于所有行業(yè)，并且可導(dǎo)致不可治愈的肺部疾病，甚至死亡。硅石在食品、藥品中常被用作防結(jié)塊劑，在金屬粉末、油漆和涂料的配方中也會(huì)被用作補(bǔ)充劑。

當(dāng)然，在這些行業(yè)里，可吸入粉塵危害并非只有二氧化硅暴露。食品調(diào)味劑、精細(xì)金屬粉末和活性藥物成分也含有一些物質(zhì)，吸入后對(duì)人體有毒。甚至一些惰性可吸入粉塵還能對(duì)人體產(chǎn)生刺激。

整體來看，監(jiān)管部門傾向于使用封閉系統(tǒng)，將其用作一種工程控制手段，以減輕人工傾倒或轉(zhuǎn)移物料期間暴露在可吸入粉塵中。真空輸送機(jī)將粉塵從源頭到目的地的整個(gè)過程控制在封閉的系統(tǒng)中，防止粉塵逃逸到作業(yè)環(huán)境。

相比于人工物料輸送，真空輸送系統(tǒng)本質(zhì)上更安全、也更有效。很多工廠使用真空輸送系統(tǒng)的最常見原因包括滿足日益增高的需求，減輕人體工效學(xué)、墜落和揚(yáng)塵危害，還有人是為了回收昂貴的材料，并通過精確輸送材料提高產(chǎn)品質(zhì)量。

無論出于什么目的，使用真空輸送機(jī)來輸送粉末和散裝固體確實(shí)能提高安全性，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，并通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)提高安全底線。

真空輸送機(jī)的效益

真空輸送機(jī)由五個(gè)基本部件組成。雖然整個(gè)系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，但與專門研究真空技術(shù)的廠商合作，再加上技術(shù)本身的作用，就能在設(shè)備交付之前判斷出并解決掉一些潛在問題。公司都喜歡以不同的方式做事，因此在真空輸送方面也沒有統(tǒng)一方法。系統(tǒng)的具體部件都是根據(jù)用戶的目標(biāo)和材料來決定的。

經(jīng)驗(yàn)豐富的真空輸送技術(shù)專家，可以根據(jù)他們儲(chǔ)備的知識(shí)去設(shè)計(jì)系統(tǒng)，避免無謂的重復(fù)，浪費(fèi)時(shí)間。他們能為作業(yè)場(chǎng)所提供不同的選擇，讓企業(yè)確定自己想實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化水平并計(jì)算對(duì)應(yīng)的投資回報(bào)率。

自動(dòng)化程度高，其前期成本也高，但長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，由于減少了勞動(dòng)力成本，或提高了每小時(shí)的生產(chǎn)批次，同時(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)消除了人體工效學(xué)和安全問題以及相關(guān)的事故成本，最終自動(dòng)化的成本是會(huì)降低的。產(chǎn)品質(zhì)量也是潛在影響因素，因?yàn)檫@會(huì)減少浪費(fèi)并提高客戶滿意度。

案例

下面的案例顯示了真空輸送機(jī)會(huì)如何根據(jù)客戶需求去解決常見行業(yè)問題。

值得注意的是，處理藥物粉末、二氧化硅、鉛、石棉、鈹、六價(jià)鉻和其他可吸入粉塵時(shí)，真空輸送系統(tǒng)要使用兩層濾芯的HEPA 過濾器，0.3 微米顆粒的過濾效率為99.97%。

比如，某面條生產(chǎn)企業(yè)從原來處理50 磅（約22.68 千克）一袋的面粉，轉(zhuǎn)為處理2 000 磅(約907.18 千克)一袋的面粉時(shí)，等于每周要將20 噸非常精細(xì)的面粉從料斗通過喂料機(jī)輸送到攪拌機(jī)，面對(duì)這樣的任務(wù)，基于壓力的傳送裝置就無法滿足公司需求了。

在基于壓力的系統(tǒng)中，物料被推到輸送線上，如果系統(tǒng)有任何泄漏，粉塵就會(huì)擴(kuò)散到環(huán)境中，造成作業(yè)場(chǎng)所混亂，工人也面臨粉塵危害。使用真空輸送機(jī)時(shí)，物料被抽進(jìn)輸送線，如果發(fā)生泄漏，也是在內(nèi)部，粉塵也會(huì)封閉在系統(tǒng)內(nèi)。

這家面條生產(chǎn)商的主要目的是適應(yīng)新的袋子，消除工人爬到大料斗上手動(dòng)填料的作業(yè)需求，防止滑倒和跌倒，也避免讓人接觸到可吸入粉塵。

而新系統(tǒng)是以壓縮空氣為動(dòng)力的真空輸送裝置，用卸貨機(jī)來匹配超級(jí)大的面粉袋，直接將精細(xì)的面粉送入系統(tǒng)，無需人工勞作，也不產(chǎn)生灰塵。

該系統(tǒng)確實(shí)能減少作業(yè)場(chǎng)所清理的工作量，但該面條生產(chǎn)商說最主要的收益來自于安全和效率。他們注意到了新系統(tǒng)的其他好處，它占地面積小，沒了電動(dòng)馬達(dá)，噪聲降低了，也減少了用電成本。

以壓縮空氣為動(dòng)力的真空輸送機(jī)，是物料輸送最經(jīng)濟(jì)、最節(jié)能的方法。根據(jù)文丘里原理，系統(tǒng)在沒有電機(jī)或移動(dòng)部件的情況下產(chǎn)生真空，做到了本質(zhì)安全。沒有移動(dòng)部件或電機(jī)，意味著設(shè)備不產(chǎn)生熱量，也不會(huì)發(fā)生故障，所以使用壽命更長(zhǎng)。為面條生產(chǎn)商設(shè)計(jì)的真空輸送系統(tǒng)相當(dāng)簡(jiǎn)單，但是要將量更少、顆粒更微小的成分輸送到加工容器中需要更多的工程。

如果要向加工容器中添加少量的微小顆粒物，傳統(tǒng)上要手工抓取和測(cè)量，特別是在制藥行業(yè)。手工舀取活性藥物成分會(huì)讓工人暴露在有害藥物粉塵中，其后果就不只是職業(yè)性肺部疾病了。批量稱重或多成分處理，有四十多年的歷史，但由于監(jiān)管釋放的信息混亂，制藥業(yè)遲遲沒有采用。隨著美國(guó)食品和藥物管理局不斷澄清法規(guī)，越來越多的藥品加工企業(yè)開始用這項(xiàng)技術(shù)來保護(hù)工人健康并實(shí)現(xiàn)精確的配方控制。

設(shè)計(jì)復(fù)雜的真空輸送系統(tǒng)可以用最先進(jìn)的控制技術(shù)，采用失重法或增重法，測(cè)量多種成分。例如，可以將5 種微量成分同時(shí)送到輸送線，用管道將整個(gè)輸送線連起來，將成分從散裝袋中傳送到進(jìn)料器，再通過輸送線進(jìn)入混合器中。

另一種計(jì)量方面的應(yīng)用是通過失重測(cè)量將微量物料送到稱重配料斗內(nèi)，稱重配料斗直接懸掛在混合器上方，閥門打開，原料直接進(jìn)入到工藝中。人工將粉末和散裝固體裝入攪拌機(jī)，是所有行業(yè)公認(rèn)的危險(xiǎn)操作，雖然食品、制藥或化學(xué)應(yīng)用中使用的材料有很大不同，但基本的真空輸送技術(shù)是相同的。

一些生產(chǎn)企業(yè)可能無法完全消除人工處理物料，但真空輸送器的創(chuàng)造性應(yīng)用提供了新的解決方案，可以將風(fēng)險(xiǎn)最小化。某家涂料制造商為了提高安全性，并領(lǐng)先于不斷上漲的原材料成本，引進(jìn)了真空輸送系統(tǒng)，其主要目標(biāo)是把集塵器捕獲的材料返回到工藝中，回收昂貴的成分，再通過確保流入工藝過程的配料重量來保持產(chǎn)品質(zhì)量。

這家涂料生產(chǎn)商每批次大約要處理3 000 磅（約1 360 千克）粉末。集塵器收集了人工傾倒材料時(shí)產(chǎn)生的粉塵，存在容器內(nèi)。

涂料配方中含有多種精細(xì)粉末，其中最具挑戰(zhàn)性的是二氧化鈦，有黏性、易堵塞。沒有經(jīng)過優(yōu)化的系統(tǒng)，集塵裝置可能會(huì)發(fā)生故障。

雖然機(jī)械輸送機(jī)也能把捕獲的物料輸送到混合器中，其前期成本也比真空輸送機(jī)低，但現(xiàn)有設(shè)備在維護(hù)和安裝上容易遇到問題，更小的占地面積和更低的維護(hù)需求超越了之前節(jié)省的所有成本。集塵器和真空輸送系統(tǒng)結(jié)合使用，能形成一個(gè)零廢物系統(tǒng)，操作員也無須佩戴呼吸器。

處理對(duì)人體有毒的金屬粉末時(shí)，用封閉式加工系統(tǒng)消除可吸入粉塵危害變得尤為重要。增材制造因物料的可燃性、可吸入性和皮膚接觸危害（以及與重材料相關(guān)的肌肉骨骼損傷），迅速成為職業(yè)安全健康領(lǐng)域的焦點(diǎn)。

最近，一家混合增材制造技術(shù)的原始設(shè)備制造商嘗試將篩分過程自動(dòng)化，以改善自己工廠的作業(yè)環(huán)境，并還將這項(xiàng)技術(shù)作為輔助設(shè)備提供給其客戶。從設(shè)計(jì)上看，金屬回收系統(tǒng)相當(dāng)簡(jiǎn)單，但由于增材制造使用的金屬粉末細(xì)小、偏重，會(huì)產(chǎn)生粉塵，有的還具有反應(yīng)性，因此要特別了解材料性質(zhì)才能建立安全、有效的真空輸送系統(tǒng)。

這項(xiàng)應(yīng)用的獨(dú)特之處在于，生產(chǎn)企業(yè)希望將粉末回收到原來的容器中，以達(dá)到庫(kù)存控制和人體工效學(xué)方面的目的，而這就需要更多的設(shè)計(jì)。有了這個(gè)系統(tǒng)，生產(chǎn)企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)其安全目標(biāo)，比預(yù)期節(jié)省更多的成本，以前需要兩名操作員工作一個(gè)半小時(shí)，現(xiàn)在只需要一名操作員工作僅四分鐘。雖然操作員仍然可以選擇佩戴呼吸器，但對(duì)于這項(xiàng)任務(wù)來說，已經(jīng)沒有必要了。

全封閉式真空輸送系統(tǒng)的固有特性改善了室內(nèi)空氣質(zhì)量，也提高了生產(chǎn)效率和安全底線。安