李志華,金秋華,宮莉莉(青島科技大學機電工程學院,山東青島　266061)

摘要:分別采用輸送管道長度100和60 m對炭黑N234,N326和N375進行濃相氣力輸送的試驗。試驗結果表明,炭黑質(zhì)量流量隨著氣體流量的增大而增大,并趨近一個臨界值;適宜的流態(tài)化倉泵開泵壓力為0.08~0.12 MPa,隨著輸送管道長度的增大,炭黑的破碎率也增大。

關鍵詞:炭黑;濃相;氣力輸送;輸送長度;開泵壓力

中圖分類號:TQ330.4+3文獻標識碼:B文章編號:1000-890X(2008)09-0551-03

氣力輸送裝置因其能靈活地配置輸送管道、密閉地實現(xiàn)遠距離輸送、輸送物料范圍廣和便于維護等優(yōu)點被廣泛應用于冶金、電力、化工、建材和輕工等行業(yè)。

氣力輸送系統(tǒng)[1]按輸送壓力可分為負壓氣力輸送系統(tǒng)(一般為稀相輸送)和正壓氣力輸送系統(tǒng)(有稀相輸送和濃相輸送)兩種形式。現(xiàn)有的氣力輸送裝置多為稀相高速懸浮輸送,這類輸送形式存在輸送效率低、管道磨損嚴重以及物料易破裂等缺點,其應用受到限制。近年來,各種低速濃相輸送裝置不斷得到開發(fā)和應用,這類輸送裝置由于動力消耗較小,能顯著降低破碎率和提高輸送能力,受到廣泛關注。本工作采用濃相氣力輸送實驗裝置對炭黑的輸送進行試驗和分析研究,以期為濃相氣力輸送炭黑裝置設計提供參考。

1　實驗

(1)試驗設備和原材料

試驗采用濃相主輔管氣力輸送形式,設備主要包括氣源裝置、泵送裝置、輸送管道、料氣分離裝置和貯存裝置等。輸送管道材料為超高相對分子質(zhì)量PVC,輸送管道長度分別為100 m(其中水平長度65 m,垂直高度35 m)和60 m(其中水平長度25 m,垂直高度35 m)。炭黑輸送系統(tǒng)流程如圖1所示,輸送管道照片如圖2所示試驗材料為炭黑N234,N326和N375。

(2)試驗過程

試驗采用的輸送氣體為經(jīng)過干燥凈化的壓縮空氣,分別以流態(tài)化氣和輸送氣的方式從如圖3所示的流態(tài)化倉泵的上部、錐體和出口處進入輸送系統(tǒng)。炭黑投料至解包機,再由解包機進入流態(tài)化倉泵。由流態(tài)化氣對倉泵進行加壓,使其達到一定的壓力設定值。同時流態(tài)化倉泵內(nèi)的炭黑在流態(tài)化氣的作用下進行流態(tài)化,然后打開倉泵底部出口的氣動蝶閥,炭黑在壓力的作用下從流態(tài)化倉泵進入輸送管道與輸送氣體混合并開始輸送。炭黑經(jīng)輸送管道最終進入4樓的日貯罐內(nèi),安裝在日貯罐頂部的分離器和引風機將炭黑和空氣分離,炭黑留在貯罐內(nèi),氣體排到室外。輸送過程完成后,炭黑由日貯罐進入炭黑秤進行稱量。輸送過程中氣體的體積流量由安裝在輸送管道上的應力式渦街流量計(見圖4)測得。另外,在輸送管道上還分別安裝了5個壓力傳感器(水平管上分散放置3個,垂直管上分散放置2個),以獲得炭黑輸送過程中管道壓力的變化情況。

2　結果與討論

2.1　空氣流量

空氣流量對炭黑的正常穩(wěn)定輸送有直接的影響,若單位時間內(nèi)空氣流量太小,則炭黑的移動速度慢,不足以克服運動阻力和自身重力,會造成炭黑堵塞管道,無法正常工作。圖5示出了氣體流量與炭黑質(zhì)量流量的關系。

由圖5可以看出,隨著氣體流量增大,輸送炭黑的質(zhì)量流量也增大,當輸送氣體流量較低時,炭黑質(zhì)量流量隨著氣體流量的增大顯著增大,但當氣體流量達到一定值后,炭黑質(zhì)量流量基本趨于穩(wěn)定。這是由于當氣體流量增加到一定值后,氣體速度到達臨界值(即臨界速度),管道內(nèi)的輸送由濃相輸送變?yōu)橄∠噍斔?使炭黑質(zhì)量流量增大的趨勢變緩,此時氣體流速較大,加劇了炭黑粒子間的碰撞,會造成炭黑破碎率增大。因此一般在滿足炭黑輸送的條件下,應盡量減小氣體的流量。

2.2　開泵壓力

開泵壓力即氣固混合物在流態(tài)化倉泵內(nèi)被流態(tài)化后倉泵的出口壓力。流態(tài)化氣體通過倉泵圓周表面的過濾噴嘴以脈沖控制的方式進入倉泵。為提高炭黑的出料速度,輸送時還要有一部分氣體從倉泵頂部進入。圖6所示為炭黑N234在不同開泵壓力下輸送相同質(zhì)量(600 kg)的炭黑時輸送時間與開泵壓力的關系。由圖6可以看出,開泵壓力越高,輸送時間越短。若開泵壓力太低,會使氣動蝶閥打開時的炭黑出口初始速度較小,易使炭黑沉積在輸送管道內(nèi),對從倉泵出口不經(jīng)加速段直接進入垂直提升段的炭黑尤其不利,極易導致輸送管道堵塞。試驗表明,適宜的開泵壓力為0.08~0.12 MPa。

2.3　輸送管道布局

輸送管道的布局在一定程度上取決于現(xiàn)場的土建情況。輸送管道布局不僅影響輸送能力,還會影響炭黑在輸送過程中的破碎率。另外,管徑大小、管路長度、彎頭數(shù)量和管道材料也有相當大的影響,例如,管徑較大,輸送能力就大;管路長,彎頭多,輸送時間就長,輸送能力下降,炭黑破碎率高;管道內(nèi)表面粗糙,摩擦因數(shù)大,輸送能力低。試驗證明,輸送管長為100 m時輸送能力為3~5t·h-1。輸送管長為60 m時,在其它條件不變的情況下,輸送能力幾乎增大1倍。因此,在布置輸送管道時應盡量走捷徑和減少彎頭數(shù)量。

圖7所示為不同品種炭黑在輸送管道總長度分別為60和100 m時輸送后的破碎率。從圖7可以看出,輸送距離為100 m時炭黑的破碎率遠大于輸送距離為60 m時,同時不同品種的炭黑也存在差別。炭黑破碎率對硫化膠的物理性能有直接影響,只有降低炭黑的破碎率才能滿足硫化膠的物理性能要求。因此,應盡量減小輸送管道總長度,提高內(nèi)壁的光滑程度,減小輸送阻力。

3　結語

濃相氣力炭黑輸送裝置因具有輸送能力高、能耗少和密閉性好,尤其是輸送過程中炭黑破碎率較小的優(yōu)點,被橡膠輪胎行業(yè)廣泛采用。試驗表明,流態(tài)化倉泵合適的開泵壓力為0.08~0.12MPa。為保證較好的輸送效果和減小炭黑破碎率,應盡量減小輸送管道長度并提高管道內(nèi)壁的光滑程度。