李志华,金秋华,宫莉莉(青岛科技大学机电工程学院,山东青岛 266061)
摘要:分别采用输送管道长度100和60 m对炭黑N234,N326和N375进行浓相气力输送的试验。试验结果表明,炭黑质量流量随着气体流量的增大而增大,并趋近一个临界值;适宜的流态化仓泵开泵压力为0.08~0.12 MPa,随着输送管道长度的增大,炭黑的破碎率也增大。
关键词:炭黑;浓相;气力输送;输送长度;开泵压力
中图分类号:TQ330.4+3文献标识码:B文章编号:1000-890X(2008)09-0551-03
气力输送装置因其能灵活地配置输送管道、密闭地实现远距离输送、输送物料范围广和便于维护等优点被广泛应用于冶金、电力、化工、建材和轻工等行业。
气力输送系统[1]按输送压力可分为负压气力输送系统(一般为稀相输送)和正压气力输送系统(有稀相输送和浓相输送)两种形式。现有的气力输送装置多为稀相高速悬浮输送,这类输送形式存在输送效率低、管道磨损严重以及物料易破裂等缺点,其应用受到限制。近年来,各种低速浓相输送装置不断得到开发和应用,这类输送装置由于动力消耗较小,能显著降低破碎率和提高输送能力,受到广泛关注。本工作采用浓相气力输送实验装置对炭黑的输送进行试验和分析研究,以期为浓相气力输送炭黑装置设计提供参考。
1 实验
(1)试验设备和原材料
试验采用浓相主辅管气力输送形式,设备主要包括气源装置、泵送装置、输送管道、料气分离装置和贮存装置等。输送管道材料为超高相对分子质量PVC,输送管道长度分别为100 m(其中水平长度65 m,垂直高度35 m)和60 m(其中水平长度25 m,垂直高度35 m)。炭黑输送系统流程如图1所示,输送管道照片如图2所示试验材料为炭黑N234,N326和N375。
(2)试验过程
试验采用的输送气体为经过干燥净化的压缩空气,分别以流态化气和输送气的方式从如图3所示的流态化仓泵的上部、锥体和出口处进入输送系统。炭黑投料至解包机,再由解包机进入流态化仓泵。由流态化气对仓泵进行加压,使其达到一定的压力设定值。同时流态化仓泵内的炭黑在流态化气的作用下进行流态化,然后打开仓泵底部出口的气动蝶阀,炭黑在压力的作用下从流态化仓泵进入输送管道与输送气体混合并开始输送。炭黑经输送管道最终进入4楼的日贮罐内,安装在日贮罐顶部的分离器和引风机将炭黑和空气分离,炭黑留在贮罐内,气体排到室外。输送过程完成后,炭黑由日贮罐进入炭黑秤进行称量。输送过程中气体的体积流量由安装在输送管道上的应力式涡街流量计(见图4)测得。另外,在输送管道上还分别安装了5个压力传感器(水平管上分散放置3个,垂直管上分散放置2个),以获得炭黑输送过程中管道压力的变化情况。
2 结果与讨论
2.1 空气流量
空气流量对炭黑的正常稳定输送有直接的影响,若单位时间内空气流量太小,则炭黑的移动速度慢,不足以克服运动阻力和自身重力,会造成炭黑堵塞管道,无法正常工作。图5示出了气体流量与炭黑质量流量的关系。
由图5可以看出,随着气体流量增大,输送炭黑的质量流量也增大,当输送气体流量较低时,炭黑质量流量随着气体流量的增大显著增大,但当气体流量达到一定值后,炭黑质量流量基本趋于稳定。这是由于当气体流量增加到一定值后,气体速度到达临界值(即临界速度),管道内的输送由浓相输送变为稀相输送,使炭黑质量流量增大的趋势变缓,此时气体流速较大,加剧了炭黑粒子间的碰撞,会造成炭黑破碎率增大。因此一般在满足炭黑输送的条件下,应尽量减小气体的流量。
2.2 开泵压力
开泵压力即气固混合物在流态化仓泵内被流态化后仓泵的出口压力。流态化气体通过仓泵圆周表面的过滤喷嘴以脉冲控制的方式进入仓泵。为提高炭黑的出料速度,输送时还要有一部分气体从仓泵顶部进入。图6所示为炭黑N234在不同开泵压力下输送相同质量(600 kg)的炭黑时输送时间与开泵压力的关系。由图6可以看出,开泵压力越高,输送时间越短。若开泵压力太低,会使气动蝶阀打开时的炭黑出口初始速度较小,易使炭黑沉积在输送管道内,对从仓泵出口不经加速段直接进入垂直提升段的炭黑尤其不利,极易导致输送管道堵塞。试验表明,适宜的开泵压力为0.08~0.12 MPa。
2.3 输送管道布局
输送管道的布局在一定程度上取决于现场的土建情况。输送管道布局不仅影响输送能力,还会影响炭黑在输送过程中的破碎率。另外,管径大小、管路长度、弯头数量和管道材料也有相当大的影响,例如,管径较大,输送能力就大;管路长,弯头多,输送时间就长,输送能力下降,炭黑破碎率高;管道内表面粗糙,摩擦因数大,输送能力低。试验证明,输送管长为100 m时输送能力为3~5t·h-1。输送管长为60 m时,在其它条件不变的情况下,输送能力几乎增大1倍。因此,在布置输送管道时应尽量走捷径和减少弯头数量。
图7所示为不同品种炭黑在输送管道总长度分别为60和100 m时输送后的破碎率。从图7可以看出,输送距离为100 m时炭黑的破碎率远大于输送距离为60 m时,同时不同品种的炭黑也存在差别。炭黑破碎率对硫化胶的物理性能有直接影响,只有降低炭黑的破碎率才能满足硫化胶的物理性能要求。因此,应尽量减小输送管道总长度,提高内壁的光滑程度,减小输送阻力。
3 结语
浓相气力炭黑输送装置因具有输送能力高、能耗少和密闭性好,尤其是输送过程中炭黑破碎率较小的优点,被橡胶轮胎行业广泛采用。试验表明,流态化仓泵合适的开泵压力为0.08~0.12MPa。为保证较好的输送效果和减小炭黑破碎率,应尽量减小输送管道长度并提高管道内壁的光滑程度。
