Пневматическая система транспортировки гранулированных материалов

С помощью пневматических транспортирующих устройств, использующих для перемещения материала поток газа (обычно воздуха) в различных трубопроводах, возможно выполнение всех операций по транспортировке и питанию, начиная с загрузочных операций и кончая упаковкой. Такие устройства допускают транспортировку в любом направлении, создают малые потери транспортируемого материала и достаточно компактны. При компактном приводе они удобны в обслуживании и легко автоматизируются; этим объясняется расширение применения таких систем при транспортировке порошков, гранул, крошки. Емкость пневмотранспортных систем не лимитируется, а производительность может достигать значений от 50 до 50000 кг/ч.

Различают следующие типы пневмотранспортных систем – пневматические, вакуумные, пневмовакуумные и закрытой циркуляции. Вакуумные транспортирующие устройства (рис. 5, а), в которых материал перемещается потоком воздуха за счет создания вакуума в конце линии, наиболее часто применяют для подачи материалов (одного или нескольких) из нескольких точек хранения в одну точку потребления. В таких системах вследствие создания вакуума в трубопроводе 4 материал при поступлении из бункеров 1 через ротационные питатели 3, увлекается потоком воздуха и перемещается по трубопроводу. Над приемной емкостью 6 установлен циклон 5, в котором транспортируемый материал отделяется от воздуха. Под действием собственной силы тяжести материал, поступает в приемную емкость, а воздух после дополнительной очистки во втором циклоне 7 (или мешочном фильтре) проходит через устройство, создающее вакуум, и выбрасывается в атмосферу. Транспортируемый материал, собирающийся во втором циклоне, также подается в приемную емкость. Воздух вводится в систему через фильтр 2 для очистки от пыли и возможных загрязнений.

Рис. 5.

Вакуумные транспортирующие системы отличаются малыми потерями материала, отсутствием запыленности и относительно низкой стоимостью вакуумного оборудования. Необходимое оборудование в точке потребления, как правило, удобно скомпоновано, что обеспечивает достаточно легкую и быструю очистку системы при смене материала. В этой системе довольно просто достигается смешение и пропорциональная транспортировка нескольких материалов в очень широком интервале изменения состава смеси, вплоть до 1 : 100.

При расстояниях транспортировки до 300 м и высоте подъема до 10 м вакуумные транспортирующие системы обеспечивают производительность от 250 до 7500 кг/ч.

Пневматические системы (рис. 5, б), транспортирующие сыпучий материал потоком воздуха за счет создания более высокого давления в заборной части системы, весьма эффективны при транспортировке материалов из одной точки питания к нескольким точкам потребления. В пневмотранспортных системах воздух нагнетается компрессором 2 через фильтр 1 в транспортирующую трубу 5, куда из питающего бункера 4 через питатель 8 подается транспортируемый материал. Поток воздуха перемещаемым материалом по достижении точки потребления поступает в циклон 6, где материал отделяется от воздуха. Материал перемещается в бункер 8 приемного устройства, на котором размещен циклон, а воздух после дополнительной очистки на втором циклоне 7 (или в мешочном фильтре) выводится в атмосферу. Как и в вакуумных устройствах, материал из второго циклона также поступает в приемный бункер.

Для загрузки пневматических систем транспортировки можно применять ротационные питатели с воздушным затвором, шнековые питатели или выполнять непосредственную загрузку из резервуаров с применением продувки воздухом. Для разгрузки обычно используют циклоны, на которых при необходимости можно устанавливать воздушные заслонки. При транспортировке гранулированных материалов (если отсутствует пыление) их можно выгружать непосредственно в приемный бункер.

К преимуществам описанного метода перемещения материалов можно отнести экономичность, так как небольшим количеством воздуха можно транспортировать достаточно большие объемы материала, возможность эффективного смешения материалов в процессе транспортировки и применения воздуха при перепаде давления по длине трубопровода более 40 кПа.

Существующие конструкции пневматических систем позволяют с помощью одного источника сжатого воздуха доставлять материал в 18 точек потребления.

Пневмовакуумные транспортирующие системы (рис. 5, в) представляют собой комбинацию рассмотренных систем, отличаются гибкостью применения и универсальностью и совмещают преимущества как вакуумной, так и пневматической систем. При этом вакуумная магистраль 1 предназначена для подачи материалов в стационарные и промежуточные хранилища, а пневматическая линия 2 для их перемещения от промежуточных хранилищ в точки потребления. Обычно такие системы используют для перемещения сыпучих материалов от средств доставки, например железнодорожных цистерн и вагонов. Производительность таких систем, как правило, превышает 8 т/ч.

Пневмотранспортные системы с закрытой циркуляцией, в которых воздух из циклонов, приемных устройств подается на вход компрессора, используют в случае создания инертной среды, при необходимости поддержания минимальной влажности продукта или полного предохранения транспортируемого материала от загрязнений, а также в случаях, когда перемещаемый материал не полностью отделяется от воздуха в приемном устройстве.

Производительность пневмотранспортных устройств систем сильно зависит от расстояния транспортировки, что объясняется значительными потерями давления в трубопроводах на трение перемещаемой массы о стенки транспортирующей трубы.

Движение гранулированных материалов в системах пневмотранспорта основано на эффекте псевдоожижения. Пропускание воздушного потока через слой сыпучего материала вызывает уменьшение его насыпной плотности и приводит его частицы в хаотическое движение. Когда скорость воздушного потока достигает критического значения (скорость витания), сыпучий материал переходит в псевдоожиженное состояние и может транспортироваться по трубам. Скорость начала псевдоожижения зависит от размеров частиц, их плотности, плотности и вязкости газа и др. Скорость витания можно определить по зависимости

где – число Рейнольдса для скорости витания;

– кинематическая вязкость воздуха;

– средний диаметр частицы.

Загрузка транспортирующего потока транспортируемым материалом характеризуется величиной коэффициента взвеси m

где – расход твердого материала;

– расход газовой фазы.

С другой стороны, величина этого коэффициента определяется соотношением

где – объемная концентрация транспортируемого материала;

– плотность твердого материала;

– плотность потока воздуха.

где – кажущаяся плотность транспортируемого материала.

Для определения объемной концентрации используют выражение

где – критерий Архимеда;

– скорость воздушного потока в трубе;

– начальная объемная концентрация.

где – насыпана плотность материала.

Массовый расход воздуха

где – плотность воздуха,

– диаметр трубопровода,

– скорость воздушного потока в трубе диаметром .

Массовый расход транспортируемого материала