粉体输送中旋风分离器的设计研究

唐晓军（赛铂（广州）机电科技有限公司，广东广州510663）

粉体输送中旋风分离器的设计研究

唐晓军
（赛铂（广州）机电科技有限公司，广东广州510663）

在制药、食品、化工等领域，很多工序都会涉及粉状或颗粒状物料的输送。这类输送系统里，旋风分离器是使用较多的单元装备，为合理地设计旋风分离器，不造成无谓的浪费，从实用性和科学性性出发，简明扼要的从理论研究和设计实践的基础上，通过严谨计算，对如何选型做了一个简单的描述。

旋风分离器；设计；计算

0　引言

由于行业不同，粉状或颗粒状物料（以下简称粉体）的物理化学性质各异，工序之间的输送路径远近及位置空间大小等因素，导致适用高效的旋风分离器设计计算较为复杂。

在河北某药业有限公司前处理车间，有一使用中的旋风分离器（以下称为G旋风），它严重偏离当代标准状态，根本不匹配，但还一直在用，确实令人吃惊！

旋风分离器在工业使用，已经有100多年时间，这是一个百花齐放不断改善的历史进程。各个时期，旋风分离器的造型有所不同。G旋风的外观给人19世纪的古典感觉；由此看来，旋风分离器的设计与制造确有进一步探讨的必要。

1　设计思路

1.1参数

要想设计制造一个效率较高的旋风分离器，严格的做法，在设计计算之前，必须知道输送粉体的一些重要物性参数，例如：

实际流量：（m3/h）；尾气粘度η：（Pa·s）；

密度ρ尾气：（kg/m3）；粉体成分密度ρ：（kg/m3）。

有了这些参数后，方可进一步计算。只有进行较为严格的计算后，方可进入较为准确的施工图设计阶段。

但在制药、食品行业，实际的工程实践与理想状态有一定的差距。

从理论研究着手，假设出一个“理想粉体”，预设“理想状态”的有关条件，再试验得出各个不同的修正系数，然后在各类设计计算中去应用。显然，这是一个漫长的过程，此类课题有待专家研究。

实际工程中，很多时候，所输送的粉体是多品种，小批量；有些粉体还是多组分的混合物。这种状况下，要想准确测量这类粉体的物性及参数有一定难度。旋风分离器的设计，本文尝试寻求一条较为实用的方法。

1.2思路

在离心场，一个粉体微元受力可以记为：

式中：C为粉体微元的离心力；Dc为粉体微元的力场直径；从此式可以推出：离心力随旋风分离器直径减小而增大。

经设计计算、制造、安装调试各种规格大小的旋风分离器后，实际采用的设计计算思路如下。

从旋风分离器的几个关键尺寸着手；一般情况下，工业领域一个已知系统里的流量Q，是可以得知的。

1.2.1筒体直径

Dc为旋风分离器的筒体直径。

这是一个关键尺寸。有了这个尺寸后，按照设计步骤，旋风分离器的其它尺寸即可计算。

公式里Vp的取值范围为2.5～4.0m/s；这个范围有点宽，究竟是偏上限？还是取中间值？

经过试验分析，得到Vp的取值与粉体的主要相关因素：粉体的粒度，粉体的容重。

粒度与Vp负相关；容重与Vp正相关。

考虑这因素，选取Vp，可求出旋风分离器的关键尺寸筒体直径Dc。

1.2.2入口尺寸

U为旋风分离器的入口风速，查资料入口风速12～25m/s。

在这样宽的范围，取值有技巧。

主要相关因素：粉体的粒度，粉体的容重。

粒度与U负相关；容重与U正相关。

考虑这两因素，选取U；确定A。在大多数情况下，A是矩形。

特别需要注意的是，与这矩形入口连接的管路，必应设计一段天圆地方管。这一段天圆地方管的设计颇有讲究；根据长期跟踪客户的使用情况，其收缩角应在21°以内，扩散角不得超出15°。忽视这一点将导致系统的阻力上升。

2　实例

2.1计算

现一中药制药厂（福建XX中药厂有限公司），某复方制剂，原料药粉碎后需要收集。首选方案直接用袋式除尘器收集，试车数次，断断续续，无法正常运行；研讨后，决定在系统里增加一旋风分离器。

查该系统的风机型号：9-19；功率11 kW，转速2 900 r/min；

经初步计算，从技术和经济方面考虑，留用这台风机。依据风机的参数，查得Q为3 619m3/h；

依据该公司现场生产的主要产品，品种物料参数选取Vp=3；代入公式；

得到Dc=0.653 4m；圆整取650mm。

依据筒体直径650mm，计算旋风分离器的其他尺寸。

2.2效果验证

该旋风分离器设计制造后，安装并投入系统运行。系统一次开机运行状态良好，不浪费而且比袋式集尘器易清洁，客户很满意。

3　启示与结论

3.1启示

工业领域，系统中需要选用旋风分离器时，选型要有基本的工艺计算；如果不是选型，必须有规范的设计计算。

产品设计是个严谨的过程，不能想当然。再也不能让古典式旋风分离器出现在当代的工业领域。

3.2结论

旋风分离器的设计，需要一定的基础数据、参数；从系统的实际状况出发，利用已有参数，经过严谨计算、设计；加上精心制造，方能得到较为理想的结果。

盲目设计制造的旋风分离器，其效率只会远远低于达标的旋风收集器，增加公司的运营成本。

［1］陆厚根.粉体工程导论［M］.上海：同济大学出版社，1993.

［2］刘建平，陈旭.高效旋风收集器的设计［J］.化工设计通讯，2004，30（4）：45.

［3］张殿印，王纯.脉冲袋式除尘器手册［M］.北京：化学工业出版社，2011.

［4］盖国胜.超细粉体分级技术理论研究工艺设计生产应用［M］.北京：中国轻工业出版社，2003.

［5］张殿印，王纯.脉冲袋式除尘器手册［M］.北京：化学工业出版社，2011.

［6］丹麦：A.C霍夫曼，美国L.E斯坦因著；彭维明姬忠礼译；魏耀东审核.旋风分离器--原理、设计和工程应用［M］.北京：化学工业出版社，2004.

(编辑：向飞)

Design of Cyclone Separator in the Powder-Feeding

TANG Xiao-jun
（Surpass（Guangzhou）Tech.Group Ltd.，Guangzhou510663，China）

In the pharmaceutical，food，chemical and other fields，many processes included delivery ofpowdered or granularmaterials. Cyclone is often equipped in these delivery systems.To satisfied with the user requirement specification and not waste，this article succinctly described how to selecta cyclone separator and based on theoretical research，design practice and rigorous calculation and with a scientific attitude.

cyclone；design；calculation

TQ051.8+4

A

1009－9492(2015)06－0101－02

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.06.026

2015－03－09

唐晓军，男，1976年生，湖南人，大学本科，工程师。研究领域：制药设备的研发，工艺流程设计，维修维护及设备管理。已发表论文3篇。