奶粉風力輸送的設計

文 / 劉殿宇

（黑龍江華禹乳品機械制造有限公司）

奶粉在連續化生產中，成品送入粉倉進行暫存是為下道工序的順利進行而設置。從噴霧干燥塔出來的粉送至粉倉一般采用風力輸送方式來完成。它分為壓送及吸送2 種。近年來在輸送粉過程中也出現過不少問題，這些問題主要有：輸送時的混合比選擇不合適；輸粉管道直徑不合適；風機的風壓偏小；進入風機的空氣沒有做好除濕處理或除濕效果不佳，從而導致送粉不暢，管道容易堵塞等問題的發生。本文以RNJM03-1000型立式壓力噴霧干燥塔在奶粉生產中的應用為例，闡述了風力送粉設計與應用過程中可能出現的問題及注意事項。

1 風力輸送粉的設計過程

1.1 風力輸送粉的設計參數

物料介質為奶粉，生產能力857 kg/h，環境溫度20 ℃；奶粉的平均粒徑35 μm，堆積密度（ρ）0.6 t/m3，溫度50 ℃，比熱容3.514 kJ/kg?℃；當地大氣壓按1.013X10-6MPa計算，水平輸送距離為35 m（傾斜角60 o）；旋轉出料閥出粉，旋風分離器卸粉。本例按吸送進行設計。

1.2 系統主要參數的確定及計算

選定質量混合比，即單位時間內輸送粉塵質量與所需空氣質量的比值，m=G/G1，本例質量混合比為4，則空氣質量=G1=857/4=214.2 kg/h，空氣體積流量：M=214.2×1.205=258.2 m3。

粉塵與空氣的混合溫度（t1）按下式計算：t1=（mt2c+ t0c）/（mc+c），式中：t0-最初的混合溫度，取空氣溫度（℃）；t1-混合溫度（℃）；t2-奶粉溫度（℃）；c-空氣的比熱，c=1.005 kJ/kg?℃，t1=（4X50×1.005+20×1.005)/（4×1.005+1.005）=44（℃）。

混合溫度下空氣的密度[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。

根據d，ρ空和t1查懸浮速度圖線，得懸浮速度[1]：u約為0.018 m/s，乘以修正系數0.6，u為0.0108 m/s。

粉塵在管道中的速度[1]：，式中：u1-管道中氣流速度（m/s）；a-速度修正系數，這里a=16；B-系數，這里B=5×10-5；L-管道水平長度（m），L=35 m。

輸送管道直徑[1]：，式中：D-管道直徑（m）；G–輸送粉塵質量（kg/h），這里G=857 kg/h。m，因此取外徑為80 mm，壁厚為3 mm的不銹鋼管。

1.3 系統壓力損失計算[1]

1.3.1 給料裝置的壓力損失計算

本例給料裝置按旋轉出料閥供料計算：ΔP= B1m（ρu21/2）

式中：ΔP-給料裝置的壓力損失（Pa）；B1-物料在輸管道內速度與輸管道內空氣速度之比值的平方，即B1=（uc/u1）2。uc= u1- u=12.45-0.0108=12.4392 m/s，則B1=（12.4392/12.45）2=0.998。

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

1.3.2 粉塵啟動的壓力損失

ΔP1=（1+B1m）×（ρu21/2），式中：h-提升高度（m）。

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

1.3.3 粉塵提升的壓力損失

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 彎管的壓力損失

（1）傾斜管道壓力損失（傾斜管道與水平成60 o，傾斜長為8.08 m）按下式計算：

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

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

（2）彎管的壓力損失按下式計算：ΔP4=ξ（1+Km）×（ρu2

1/2），式中：ξ-系數，這里ξ=0.062；K-系數，這里K=1.6。

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

這里按2個彎頭計算，其總壓力損失為2ΔP4=2×21.33=42.66 Pa

1.3.5 水平輸送管道的壓力損失

水平輸送管道的壓力損失按下式計算：ΔP5=?（L/D）（ρu21/2）（1+K0m），式中：?-系數，這里?=0.062；K1-系數，這里K1=0.269。

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

1.3.6 物料經過旋風分離器時的壓力損失

ΔP6=0.102ξ1（rv2/2g）[1～3]，式中：r-空氣密度，1.187 kg/m3；v-進入旋風分離器的空氣速度，這里按20 m/s計算；ξ1-阻力系數，這里ξ1=5。

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

1.3.7 總的壓力損失

ΔP總=λ(ΔP+ΔP1+ΔP2+ΔP3+ΔP4+ΔP5+ΔP6），式中：λ-安全系數，這里λ=1.1。

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

由計算結果可知選擇風機時，其風壓不得低于6 730.34 Pa。

2 風力輸送的除濕問題

我國南北方的空氣相對濕度相差較大。同一地區隨著季節的變化其空氣相對濕度值也有很大差異。在我國東北、華北、西北等地區，受空氣相對濕度的影響不大，或說有利于噴霧干燥生產，而在我國南方尤其是沿海地區影響卻比較大。主要原因是空氣中水分含量高，即空氣相對濕度大，在這些地區，在空氣相對濕度最大的季節里生產時[4～6]，奶粉水分含量容易超標，風力輸送粉過程中，進入管道的空氣如果不進行除濕處理在管壁上容易產生凝結水，導致管道堵塞頻發而影響正常生產。因此，進入風機入口的空氣必須經過除濕加熱處理后才可進入風機。在選擇除濕機時應把當地一年四季最大相對濕度參數、風機的風量、風機所處的工作環境參數、除濕后空氣所要達到的理論相對濕度值及除濕后空氣的溫度提供給除濕機的生產廠家，作為除濕機選擇設計的依據。

3 結束語

風力輸送粉的優點是粉塵不容易受污染且節省人力物力，可實現連續化自動化生產。不但在奶粉工業生產中有應用，在其它食品及發酵行業上也都有應用。文中主要針對近些年來在奶粉工業生產中出現的一些主要問題進行了理論計算，這些也是在應用過程中最容易出現的問題。此外，風力輸送粉的使用維護也很重要，如要保持管道系統密閉不得漏氣；要定期清洗風力輸送粉的管道；間歇生產時要檢查管道內是否殘留粉塵，有滯留的粉塵如果不及時清理徹底再生產時極有可能引起風送受阻。

[1] 張殿印，王純主編. 除塵設備設計手冊. 北京：化學工業出版社，2010.

[2] 姚玉英主編. 化工原理（上）. 天津：天津科學技術出版社，2005.

[3] 馬曉迅，夏素蘭，曾慶榮主編. 化工原理. 北京：化學工業出版社，2010.

[4] 劉殿宇. 空氣相對濕度對噴霧干燥生產的影響. 乳業科學與技術，2011（4）：197-199.

[5] 劉殿宇，梁素梅. 壓力噴霧干燥系統在速溶茶粉生產的應用. 中國茶葉，2009（7)：21-22.

[6] 劉殿宇，陳麗. 速溶茶粉噴霧干燥生產的幾個問題. 福建茶葉，2009（3）：8-9.