李志華,金秋華,宮莉莉(青島科技大學(xué)機電工程學(xué)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(jìn)行濃相氣力輸送的試驗。試驗結(jié)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(guān)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(xiàn)標(biāo)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(yuǎn)距離輸送、輸送物料范圍廣和便于維護(hù)等優(yōu)點被廣泛應(yīng)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(fù)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?，F(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(yán)重以及物料易破裂等缺點,其應(yīng)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(yīng)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(guān)注。本工作采用濃相氣力輸送實驗裝置對炭黑的輸送進(jìn)行試驗和分析研究,以期為濃相氣力輸送炭黑裝置設(shè)計提供參考。

1　實驗

(1)試驗設(shè)備和原材料

試驗采用濃相主輔管氣力輸送形式,設(shè)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(jìn)入輸送系統(tǒng)。炭黑投料至解包機,再由解包機進(jìn)入流態(tài)化倉泵。由流態(tài)化氣對倉泵進(jìn)行加壓,使其達(dá)到一定的壓力設(shè)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(jìn)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(jìn)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(jìn)入4樓的日貯罐內(nèi),安裝在日貯罐頂部的分離器和引風(fēng)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(jìn)入炭黑秤進(jìn)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(yīng)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(jié)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(guān)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(dāng)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(dāng)氣體流量達(dá)到一定值后,炭黑質(zhì)量流量基本趨于穩(wěn)定。這是由于當(dāng)氣體流量增加到一定值后,氣體速度到達(dá)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(yīng)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(jìn)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(jìn)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(guān)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(jìn)入垂直提升段的炭黑尤其不利,極易導(dǎo)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(dāng)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(yīng)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(yuǎn)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(yīng)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(jié)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(yīng)盡量減小輸送管道長度并提高管道內(nèi)壁的光滑程度。