PVDF密相氣力輸送和稀相氣力輸送比較

梁麗華

上海利柏特工程技術有限公司 （上海 201101）

氣力輸送系統通過封閉的管道輸送粉狀、顆粒狀物料，輸送的動力來自壓差和氣體流動。氣力輸送裝置結構簡單、操作方便、布置靈活、防塵效果好，在輸送過程中可以同時進行多種工藝操作，降低包裝和裝卸費用，可實現間歇或連續輸送、多點進料、多點卸料，而且運動零部件少、維修保養方便、可靠性高、便于實現自動化，減輕勞動強度和節省人力，因而在石化、糧食加工、醫藥、鋰電、環保等領域得到廣泛應用[1]。聚偏氟乙烯（PVDF）具有良好的化學穩定性、抗疲勞性能、蠕變性和電絕緣性能，是氟碳涂料最重要的原材料之一。PVDF 樹脂具有出色的耐候性，且可與其他樹脂共混改性，獲得的復合材料已被廣泛用于建筑和家用電器外殼等，而且采用PVDF樹脂制作的多孔膜、凝膠、隔膜等應用于鋰離子電池成為PVDF 需求增長最快的市場之一。以PVDF 粉料的輸送為例，對密相氣力輸送和稀相氣力輸送進行比較。

1 密相輸送和稀相輸送介紹

稀相輸送方式有吸送式、壓送式以及吸送和壓送混合式，氣源為羅茨風機、真空泵或離心風機；密相輸送方式有發送罐輸送和旋轉閥輸送，動力源為壓縮機。稀相正壓輸送壓力低于0.1 MPa，大多數稀相負壓輸送壓力低于0.04 MPa；而正壓密相輸送壓力高于0.1 MPa。吸送式氣力輸送，風機位于系統末端，物料在負壓下被輸送，適用于集中輸送，從多個地點料源到一個目的地，進料點可以是一個或多個，物料可以從多個進料點依次輸送到卸料點，也可以同時輸送到卸料點，輸送距離短；壓送式氣力輸送，風機位于系統始端，物料在正壓下被輸送，進料點是一個，卸料點可以是一個或多個，輸送距離較長；吸送和壓送混合式兼具吸送和壓送的特點，可以從多處吸料，然后將物料壓送到多處卸料[2-3]。

稀相氣力輸送：物料在氣流中呈懸浮狀態被輸送、輸送速率大、固氣比低。根據被輸送物料的特性，大多數正壓和負壓稀相系統的氣速為15～40 m/s，固氣比小于10[1]。

密相氣力輸送：物料在管道內不再均勻分布，而是呈密集狀態或者密集成栓狀，依靠氣流的靜壓來推動物料輸送，輸送速率小、固氣比高。根據被輸送物料的特性，輸送氣速一般小于15 m/s，固氣比大于10[1]。

2 工藝流程

2.1 PVDF 密相氣力輸送工藝

PVDF 密相氣力輸送工藝流程簡圖如圖1 所示。來自上游的干燥PVDF 粉料落入緩沖斗，緩沖斗中的PVDF 通過重力卸料到發送罐。在進料過程中，物料通過氣動閥進入到發送罐中，置換出的空氣通過排氣閥排到緩沖斗中，再經緩沖斗的除塵器過濾后，干凈氣體排空。當發送罐高料位計報警時，進料完成，進料閥門與排氣閥門被同時關閉，然后通過進氣閥向發送罐頂部及底部加入壓縮空氣加壓和流化；加入的壓縮空氣與物料相混合，當罐內壓力達到設定值時便自動打開底部出料閥，然后物料以栓狀流形式輸送。發送罐內物料在壓縮空氣的作用下緩慢流入輸送管道，輸送管內PVDF 物料在管內壓力和布置于相應輸送管的氣體噴入器噴入的壓縮空氣的作用下，緩慢流向輸送目的地儲料倉。物料被輸送進入儲料倉，含塵氣體進入倉頂除塵器，過濾后排出。直至發送罐內物料排空，吹掃管道，關閉出料閥，完成一次輸送循環，繼續進行下一次輸送循環。PVDF 物料發送罐密相輸送為批次輸送。當被輸送的目的地儲料倉1 高料位報警、儲料倉2 高料位不報警時，管路上的換向閥自動切換，物料被輸送到儲料倉2；當儲料倉2 高料位報警，而儲料倉1 高料位不報警時，管路上的換向閥自動切換，物料被輸送到儲料倉1：如此交替循環輸送。

圖1 PVDF 密相氣力輸送工藝流程簡圖

2.2 PVDF 稀相氣力輸送工藝

PVDF 稀相氣力輸送工藝流程簡圖如圖2 所示。空氣進入輸送風機壓縮后經換熱器冷卻到要求的溫度，再經空氣在線過濾器過濾后達到需要的過濾精度要求。來自上游的干燥PVDF 粉料加入到旋轉閥，通過入料靴將鎖氣旋轉閥的PVDF 物料加入到輸送管路中。經冷卻和過濾的來自羅茨鼓風機的空氣將管路中的PVDF 物料輸送至儲料倉，輸送氣體經倉頂除塵器過濾后排空。當被輸送的目的地儲料倉1 高料位報警、儲料倉2 高料位不報警時，管路上的換向閥自動切換，物料被輸送到儲料倉2；當儲料倉2 高料位報警，而儲料倉1 高料位不報警時，管路上的換向閥自動切換，物料被輸送到儲料倉1：如此交替循環輸送。

圖2 PVDF 稀相氣力輸送工藝流程簡圖

3 PVDF 密相輸送和稀相輸送比較

被輸送物料 PVDF 粉料粒徑為 40～320 μm，堆積密度 ρb為 250 kg/m3，真實密度 ρs為 1 700 kg/m3。設計要求：水平輸送距離L 為107 m，垂直輸送距離H 為11 m，最大輸送能力Gs為4.5 t/h，彎頭數量為9個。表1 是最大輸送量為4.5 t/h、輸送距離為118 m的PVDF 稀相輸送系統和密相輸送系統的主要參數，后續是對物料PVDF 稀相輸送和密相輸送主要參數和配置的對比。

表1 PVDF 稀相氣力輸送系統和密相氣力輸送系統主要參數

3.1 輸送氣源品質

稀相氣力輸送系統的氣源由羅茨鼓風機提供，輸送氣經風機加壓后溫度升高，而且含有油污、鐵屑和固體雜質，被輸送物料的性質在高溫下會發生變化且含有的金屬等雜質也會污染被輸送物料PVDF，不能滿足產品的要求，尤其是鋰電行業對PVDF 的高品質要求。一般在羅茨風機出口配置換熱器來降低輸送氣的溫度，配置空氣在線過濾器來過濾氣源雜質，但對空氣在線過濾器濾芯的過濾精度和羅茨風機的材質要求也相應提高，增加了成本。而密相氣力輸送系統的氣源由空氣壓縮機提供，空氣經高精度前置過濾器、后置過濾器過濾和油水分離器油水分離后，再經微熱吸附分子篩干燥機或無熱分子篩干燥機干燥后，為潔凈干燥的高壓空氣，含油量不高于0.01 mg/m3，含塵粒徑不大于0.01 μm。根據工藝要求，密相氣力輸送也可選用無油壓縮機來提供輸送所需的氣源，壓縮機提供的高品質氣源可以很好地避免污染被輸送物料PVDF，而且輸送風量和風壓可根據運行工況進行調整；而稀相氣力輸送系統控制只需啟動和停機操作，容積式羅茨鼓風機的風量一般不宜調整。密相輸送的空壓機組通常與其他系統共用，節約了投資。

3.2 輸送設備

旋轉閥是稀相氣力輸送的關鍵設備。如果廠商加工精度和組裝造成的誤差，使轉子和端蓋的間隙與要求間隙誤差較大，轉子對中不準，PVDF 物料會進入密封，導致系統漏氣量增加，而且軸封壽命嚴重縮短，維修更換頻繁。密相氣力輸送的發送罐為靜設備，沒有轉動部件，則不存在此問題，而且用于進料和卸料的氣動閥門，由于每個批次發送循環周期長和物料極其微弱的磨蝕性，對閥門沒有影響，所以閥門的使用壽命長，設備平穩運行時間長。

3.3 輸送氣速和管徑

在相同輸送能力和輸送距離的情況下，稀相輸送需要100 mm 的管徑，而密相輸送僅需80 mm 的管徑。稀相PVDF 輸送的氣速較高，為19～30 m/s；而密相PVDF 輸送的氣速較低，為5～12 m/s，約為稀相氣速的30%～40%。密相輸送氣速低，物料與管道的磨損少，加之管道氣體噴入器的配置，物料破碎率也低；相同的物料輸送管徑和輸送距離下，稀相輸送比密相輸送的輸送能力低。由于鋰電行業對PVDF粉料金屬含量的要求十分嚴格，所以氣力輸送過程中需要金屬分離器來除去物料中萬一帶進的金屬，而且金屬分離器的靈敏度與輸送速率的大小有極大的關系，輸送速率太大則金屬很難被檢測并排出。對于高速稀相輸送，金屬分離器的布置位置及管徑的選擇很關鍵，為了滿足低的氣速要求而選擇大型號金屬分離器會使成本增加，而密相輸送由于輸送速率較小則不存在該問題。

3.4 除塵面積

由表1 可見，稀相氣力輸送除塵器過濾面積約為20 m2, 而密相氣力輸送的除塵器過濾面積約為12 m2，僅為稀相輸送的60%。在同樣的輸送能力和除塵效率下,密相輸送所需除塵面積小，減少了更換濾筒的數量，也降低了倉頂除塵器的尺寸及安裝所需的空間。

3.5 輸送氣量和能耗

由表1 可見，同樣的PVDF 輸送，稀相輸送風量為15.6 m3/min（標準狀態），所需功率為37 kW,而密相氣力輸送所需風量約為稀相氣力輸送的1/3，所需功率約為稀相輸送的2/3。密相輸送的固氣比高，氣力輸送效率高，從而能耗也較低。

4 結語

針對PVDF 粉料的輸送，對稀相輸送和密相輸送進行對比。在輸送量和輸送距離相同的情況下，密相輸送具有能耗低、輸送氣速低、輸送管徑小、所需除塵面積少、平穩運行時間長、輸送氣源品質高、對輸送產品無影響和投資省等優勢。