催化裂化催化剂气力输送装置的设计

陈金辉

（长岭炼化岳阳工程设计有限公司，湖南岳阳 414000）

管道气力输送系统通过空气或者其他惰性气体在管道内流动，将物料沿管道进行输送。广泛地应用在食品、煤炭、化工等行业。与其他输送方式相比，具有设备简单、占地面积小、可操作性强、环境污染小、可实现多点进料多点卸料等特点。

1 主要工艺参数的计算

1.1 输送量

设计计算时，通常输送系统的输送能力是已知的，气力输送系统的计算输送量G可根据下式确定：

式中：G为计算输送量，kg/h；Ga为平均输送量，kg/h；K1为物料发送不均匀系数，一般为1~1.15；K2为远景发展系数，一般不大于1.25。

1.2 输送比

输送比又称混合比，即在单位时间内流过气力输送管道界面的物料的质量G与输送气体量Gg的质量流量比。按下式计算：

式中：u为输送比；Gg为输送气体的质量流量，kg/h。

输送比的大小取决于气力输送系统类型、输送距离、输送风速、输送管道直径和物料性质等因素。设计时有时需要通过实验确定，无法通过实验时，可以根据经验选取输送比的大小，如压送式分为低压和高压，输送比分别为1-10和10-50；吸送式包括低真空和高真空，输送比分别为1-10和10-40。

1.3 输送风速

气流速度是设计过程中一个关键因素，合适的输送气流速度称为安全速度。输送气流过快会造成物料的破碎、管件的磨损增大和动力消耗的增加等弊端，输送气流过低则容易引起管道的堵塞，影响连续生产。气流速度按下式计算：

式中：v为气流速度，m/s；α为物料粒度系数，见表1；γ为物料的密度，t/m3。

表1 物料粒度系数值

1.4 输送风量Q

输送物料所需的理论风量可根据下式计算：

Q理=G/γaμ，其中，Q理为万理论输送风量，m3/h；G为输送风量，kg/h；γa为温度为20°，标准大气压下的气体密度，kg/m3。

按上述公式计算出的气体流量后，还需根据输送方式和选用的供料器等设备的选型，附加一定的漏风量，一般为风量的10%~20%，即Q=（1.1~1.2）Q理

1.5 输送管内径的计算d

输送物料所需的管线内径可根据下式计算：

其中d为输送管内径，m

计算出内径后应选用相邻较大规格的管线，并根据已选管径重新核算输送风量。

1.6 系统的压力降△P

稀相气力输送管道压力降由直管段压力降、弯管段压力降和管件局部压力降三部分组成。1.6.1 直管段的压力损失

直管段的压力损失由两部分组成，分别为加速段压力降△pS1和恒速段压力降△pS2，即△p1=△pS1+△pS2

（1）加速段压力降计算

式中：λS1为加速段阻力系数；V0为物料的初始速度；VS=（0.70~0.85）×V。

（2）恒速段压力降计算

其中，Vc=V-CVt

式中：△pf为纯工作气体单向流动时的压力降，Pa；λ为工作气体的摩擦阻力系数，取λ=0.001 5~0.004。

1.6.2 弯管的压力损失

弯管压力降可折算成当量长度计算，由弯管的曲率半径计算R0/d，然后根据表2得当量长度，△p2为计算长度等于当量长度的水平直管的压力降。

表2 90°弯管当量长度（L）

1.6.3 其他压力损失

除尘分离器的压力损失△p3据其类型和结构的不同，采用相应的方法求得；排气管的压力损失△p4是指分离器后的一段排气管的压力损失，按纯体计算；排气压力损失△p5是指排气背压，所以△p=△p1+△p2+△p3+△p4+△p5

2 负压气力输送系统的工作原理

以某厂生产装置为例，负压气力输送是采用罗茨真空泵抽空气作为动力，待系统内部的压力低于大气压时将物料送至料仓。

负压气力输送装置主要由旋转供料器、仓顶布袋除尘器、输送管道、罗茨真空泵、空气冷却器、风机及相关部件组成。其中旋转给料器的选择对气力输送系统的工作效率至关重要。在设计中，旋转给料器可以防止空气的进入，其选型需要根据输送物料的性质、输送条件、输送前后的工艺等条件。

负压气力输送流程如图1所示，开启罗茨真空泵后，料仓内空气经仓顶布袋除尘器被吸入管道中，在输送过程中增加空气冷却器保护罗茨真空泵。空气的抽出使料仓内部形成负压，待粉料经电动葫芦吊至投料料斗后，通过旋转给料器将粉料连续的输送至料仓，粉料进入料仓内的形成粉尘被仓顶布袋除尘器吸出后再次形成负压，形成封闭式的回路。因此在整个投料过程中不会产生粉尘，避免粉尘污染。

图1 负压气力输送流程

3 负压气力输送管线的设计

3.1 负压气力输送的参数

某厂生产装置的平均输送量为2 000kg/h，粉料密度为750kg/m3，粉料的当量直径d=4×10-4m，空气温度为273K，空气密度1.205kg/m3，选定输送比μ=5.7，λ取0.0024

3.2 输送管道压力降计算实例说明

（1）设计输送量：G=K1*K2*Ga=2 640kg/h

（2）输送风速：V=+Kd*L=13.9m/s

（3）输送风量：Q=G/γaμ=384.4m3/h

（5）压力损失的计算：

经查在273K、相对湿度为50%时，空气的运动黏度为σ=1.512×10-5Pa•s，

雷诺数Re=V×d/σ=13.9×0.1/1.512×10-5=9.2×10-4

故水平管加速段压力降△PS1=λS1×μ×γa×V2/2=311.86Pa

恒速段压力降根据公式

根据平面布置情况，系统中共有90°弯头7个，R0=8，查表得当量长度为10m，弯头的总长度为70m，恒速断的总长度L=90+35+20+20=165m

其他压力损失根据选取的设备型号得知压力降之和为5 794Pa，则系统的总压力将为△P=311.86+8 308.9+5 794= 14 414.76Pa

4 气力输送管道的布置与安装

气力输送管道在布置时比较简单，首先确定起始点供料器和终点料仓的位置，其次确定附属设备的位置，同时在布置输送管道时，要确保输送管道尽可能短，因为气力输送管道的动力较小，容易堵塞的位置均发生在水平管道上，所以水平直管段不宜过长，同时弯管出的压力损失比较大，造成输送不稳定，应该尽量减少弯头数量，且选用的曲率半径大的煨弯弯管，最后在供料器后应设置10m左右的加速水平管，避免直接连接上弯管产生堵塞。

5 结束语

经济的快速发展，各行各业的生产不断扩大，如火力发电厂、化工厂、制药厂、食品加工厂等原材料在输送过程中产生的环境污染越来越受到重视，于是气力输送技术得到了推广。气力输送是减少污染的一个重要的环节，是以密封式输送管道代替了传统的机械输送物料的一种工艺过程，适合散料输送的一种现代物流方式，将以强大的优势取代传统的机械运输，其技术的提升意义重大。