奶粉风力输送的设计

文 / 刘殿宇

（黑龙江华禹乳品机械制造有限公司）

奶粉在连续化生产中，成品送入粉仓进行暂存是为下道工序的顺利进行而设置。从喷雾干燥塔出来的粉送至粉仓一般采用风力输送方式来完成。它分为压送及吸送2 种。近年来在输送粉过程中也出现过不少问题，这些问题主要有：输送时的混合比选择不合适；输粉管道直径不合适；风机的风压偏小；进入风机的空气没有做好除湿处理或除湿效果不佳，从而导致送粉不畅，管道容易堵塞等问题的发生。本文以RNJM03-1000型立式压力喷雾干燥塔在奶粉生产中的应用为例，阐述了风力送粉设计与应用过程中可能出现的问题及注意事项。

1 风力输送粉的设计过程

1.1 风力输送粉的设计参数

物料介质为奶粉，生产能力857 kg/h，环境温度20 ℃；奶粉的平均粒径35 μm，堆积密度（ρ）0.6 t/m3，温度50 ℃，比热容3.514 kJ/kg•℃；当地大气压按1.013X10-6MPa计算，水平输送距离为35 m（倾斜角60 º）；旋转出料阀出粉，旋风分离器卸粉。本例按吸送进行设计。

1.2 系统主要参数的确定及计算

选定质量混合比，即单位时间内输送粉尘质量与所需空气质量的比值，m=G/G1，本例质量混合比为4，则空气质量=G1=857/4=214.2 kg/h，空气体积流量：M=214.2×1.205=258.2 m3。

粉尘与空气的混合温度（t1）按下式计算：t1=（mt2c+ t0c）/（mc+c），式中：t0-最初的混合温度，取空气温度（℃）；t1-混合温度（℃）；t2-奶粉温度（℃）；c-空气的比热，c=1.005 kJ/kg•℃，t1=（4X50×1.005+20×1.005)/（4×1.005+1.005）=44（℃）。

混合温度下空气的密度[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。

根据d，ρ空和t1查悬浮速度图线，得悬浮速度[1]：u约为0.018 m/s，乘以修正系数0.6，u为0.0108 m/s。

粉尘在管道中的速度[1]：，式中：u1-管道中气流速度（m/s）；a-速度修正系数，这里a=16；B-系数，这里B=5×10-5；L-管道水平长度（m），L=35 m。

输送管道直径[1]：，式中：D-管道直径（m）；G–输送粉尘质量（kg/h），这里G=857 kg/h。m，因此取外径为80 mm，壁厚为3 mm的不锈钢管。

1.3 系统压力损失计算[1]

1.3.1 给料装置的压力损失计算

本例给料装置按旋转出料阀供料计算：ΔP= B1m（ρu21/2）

式中：ΔP-给料装置的压力损失（Pa）；B1-物料在输管道内速度与输管道内空气速度之比值的平方，即B1=（uc/u1）2。uc= u1- u=12.45-0.0108=12.4392 m/s，则B1=（12.4392/12.45）2=0.998。

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

1.3.2 粉尘启动的压力损失

ΔP1=（1+B1m）×（ρu21/2），式中：h-提升高度（m）。

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

1.3.3 粉尘提升的压力损失

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 弯管的压力损失

（1）倾斜管道压力损失（倾斜管道与水平成60 º，倾斜长为8.08 m）按下式计算：

ΔP3=ƒ（L/D）（ρu21/2）（1+K0m），式中：ƒ-系数，ƒ=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，ƒ=1.251（0.0125+0.0011/0.074）=0.034。

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

（2）弯管的压力损失按下式计算：ΔP4=ξ（1+Km）×（ρu2

1/2），式中：ξ-系数，这里ξ=0.062；K-系数，这里K=1.6。

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

这里按2个弯头计算，其总压力损失为2ΔP4=2×21.33=42.66 Pa

1.3.5 水平输送管道的压力损失

水平输送管道的压力损失按下式计算：ΔP5=ƒ（L/D）（ρu21/2）（1+K0m），式中：ƒ-系数，这里ƒ=0.062；K1-系数，这里K1=0.269。

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

1.3.6 物料经过旋风分离器时的压力损失

ΔP6=0.102ξ1（rv2/2g）[1～3]，式中：r-空气密度，1.187 kg/m3；v-进入旋风分离器的空气速度，这里按20 m/s计算；ξ1-阻力系数，这里ξ1=5。

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

1.3.7 总的压力损失

ΔP总=λ(ΔP+ΔP1+ΔP2+ΔP3+ΔP4+ΔP5+ΔP6），式中：λ-安全系数，这里λ=1.1。

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

由计算结果可知选择风机时，其风压不得低于6 730.34 Pa。

2 风力输送的除湿问题

我国南北方的空气相对湿度相差较大。同一地区随着季节的变化其空气相对湿度值也有很大差异。在我国东北、华北、西北等地区，受空气相对湿度的影响不大，或说有利于喷雾干燥生产，而在我国南方尤其是沿海地区影响却比较大。主要原因是空气中水分含量高，即空气相对湿度大，在这些地区，在空气相对湿度最大的季节里生产时[4～6]，奶粉水分含量容易超标，风力输送粉过程中，进入管道的空气如果不进行除湿处理在管壁上容易产生凝结水，导致管道堵塞频发而影响正常生产。因此，进入风机入口的空气必须经过除湿加热处理后才可进入风机。在选择除湿机时应把当地一年四季最大相对湿度参数、风机的风量、风机所处的工作环境参数、除湿后空气所要达到的理论相对湿度值及除湿后空气的温度提供给除湿机的生产厂家，作为除湿机选择设计的依据。

3 结束语

风力输送粉的优点是粉尘不容易受污染且节省人力物力，可实现连续化自动化生产。不但在奶粉工业生产中有应用，在其它食品及发酵行业上也都有应用。文中主要针对近些年来在奶粉工业生产中出现的一些主要问题进行了理论计算，这些也是在应用过程中最容易出现的问题。此外，风力输送粉的使用维护也很重要，如要保持管道系统密闭不得漏气；要定期清洗风力输送粉的管道；间歇生产时要检查管道内是否残留粉尘，有滞留的粉尘如果不及时清理彻底再生产时极有可能引起风送受阻。

[1] 张殿印，王纯主编. 除尘设备设计手册. 北京：化学工业出版社，2010.

[2] 姚玉英主编. 化工原理（上）. 天津：天津科学技术出版社，2005.

[3] 马晓迅，夏素兰，曾庆荣主编. 化工原理. 北京：化学工业出版社，2010.

[4] 刘殿宇. 空气相对湿度对喷雾干燥生产的影响. 乳业科学与技术，2011（4）：197-199.

[5] 刘殿宇，梁素梅. 压力喷雾干燥系统在速溶茶粉生产的应用. 中国茶叶，2009（7)：21-22.

[6] 刘殿宇，陈丽. 速溶茶粉喷雾干燥生产的几个问题. 福建茶叶，2009（3）：8-9.