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生物工程设备

  生物工程 生物工程设备 目 录 第一章 绪 论· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·3 第二章 内压容器设计基 础· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6 第三章 物料输送设 备· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 77 第四章 物料处理与培养基制备设 备· · · · · · · · · · · · · · 110 第五章 空气净化除菌设 备· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 182 第六章 生物反应设 备· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 256 第七章 过滤、离心与膜分离设 备· · · · · · · · · · · · · · · · · · · 384 第一章 绪 论 ? 1.1 研究对象 生物产品生产过程中所用的工艺主体设备和辅 助设备。 工艺主体设备-静止,如生物反应器、培养基制备 设备、空气除菌设备 、分离、 提取、 过滤 等设备。 辅助设备-运转,如输送设备(泵、提升机等) 、 粉碎设备、灌装设备等。 第一章 绪 论 ? 1.2 课程性质与任务 ? 《生物工程设备》是生物工程专业的必修专业课。 ? 工艺主体设备多为非标准设备,要求掌握其作用原 理、结构特点、设计方法。 ? 辅助设备多为标准设备(定型),要求掌握性能特 点和选用方法。 第一章 绪 论 ? 1.3 教材与参考书 ? 教材: 《生物工程设备》梁世中主编,中国轻工业出版社. ? 参考书: 《发酵设备》 高孔荣主编,中国轻工业出版社. 《化工轻工设备机械基础》成都科技大学等校主编 , 成都科技大学出版社. 《化工容器及设备》 化学工业出版社. 《发酵工程与设备》 华南工学院等院校主编, 中国轻工业出版社. 相关工艺和设备设计手册、专业期刊。 第二章 内压容器设计基础 ? 2.1 概述 设备都有一个外部壳体, 称为容器。由几种不 同几何形状的壳体组 成一个密闭体。 、 一. 容器组成(见右图) 1. 筒体:一般为圆柱形. 2. 封头:常用的有椭圆 形、半球形、锥形等, 密闭作用通常与筒体 焊接. 3. 支座:支撑固定作用, 卧式容器 主要型式: 支撑式、悬挂式。 第二章 内压容器设计基础 ? 4. 接口管 管道接口:主物料管道、 辅助物料管道(空气、 水、蒸汽)。 仪表接口:温度计、压 力表、安全阀、液位 计、溶氧、pH值等。 ? 5. 人孔(手孔):为了便 于清洗和维修,一般安 装在容器(设备)顶部。 竖式安装的大型容器(设 备)还应在筒体底部安 装人孔.多为椭圆形 (Φ400-450×300) 或圆形。 第二章 内压容器设计基础 ? 6. 视镜 用于观察容器内的情况。一般是对称 (两个)安装在容器(设备)顶部或体的中部。 ? 二. 容器分类 ? 1. 按压力承受方式分: ? 外压容器:容器内部的工作压力小于外界压力(主 要承受外压)。如具有夹套加热的容器(设备)、在 真空条件下操作的容器(设备)。 ? 内压容器:容器内部的工作压力大于外界压力(主 要承受内压)。这类容器(设备)在工业上较普遍应 用。如发酵罐等。 第二章 内压容器设计基础 ? 2. 按承受压力大小分: ? 常压容器 一般指承受介质内压为0.1MPa(lkgf/cm2)以下的容 器; ? 低压容器:容器内压在0.1-1.6MPa范围内; ? 中压容器,容器内压在1.6-10MPa范围内; ? 高压容器,容器内压在10-100MPa范围内; ? 超高压容器:容器内压100MPa以上。 第二章 内压容器设计基础 ? 3. 按设计方法不同(器壁厚度)来分: ? 薄壁容器:容器外径Do内径Di之比不大于1.2, ? 即K=Do/Di≤ 1.2 或S/Di≤ 0.1 (S为容器壁厚)。 ? 厚壁容器:容器外径Do内径Di之比大于1.2, 即K=Do/Di 1.2 或S/Di 0.1(S为容器壁厚)。 ? 一般中低压容器属于薄壁容器范围. ? 4. 容器的其它分类方法 ? 按容器的材料:分为金属和非金属容器。 ? 按容器的形状:分为矩形,圆形,球形,圆锥形容 器等。 ? 按容器的安装方式:分为立式,卧式容器。 第二章 内压容器设计基础 ? 5. 压力容器综合分类 根据容器承受压力的高低、压力与容积的乘积PV 、 介质的性质、用途等综合分类(不包括核能容器,船 舶上的专用容器和直接受火加热的容器)。 综合分类根据《压力容器安全监察规程》分为三类。 ? 一类容器:属下列情况之一者为一类容器 1.非易燃或无毒介质的低压容器。 2.易燃或有毒介质的低压分离器外壳及热交换器的外 壳。 ? 二类容器:属下列情况之一者为二类容器 1.中压容器。 2.剧毒介质的低压容器。 3.易燃或有毒介质的低压反应容器和贮运容器。 4.内径小于1米的低压废热锅炉。 第二章 内压容器设计基础 ? 三类容器:属于下列情况之一者为三类容器 1.高压,超高压容器。 2.剧毒介质且最高工作压力与容积之乘积PV > 200LMPa(PV>2000Lkgf/cm2 )的低压容器或剧毒 介质的中压容器。 3.易燃或有毒介且PV > 500LMPa(PV> 5000Lkgf/cm2 )的中压贮运容器 4.中压废热锅炉或内径大于1米的低压废热锅炉。 ? 剧毒介质:是指进入人体量<50克即会引起肌体严 重损伤或致死作用的介质。如氟,氢氟酸,氢氰酸, 氟化氢,光气等。 第二章 内压容器设计基础 ? 有毒介质:是指进入人体量≥ 50克即会引起人体 正常功能损伤的介质。如二氧化硫,氨,一氧化 碳,氯乙烯,甲醇,二氧化碳,乙炔,硫化氢等。 ? 易燃介质:指与空气混合的爆炸下限<10%或爆 炸上限和下限之差值>20%的气体。如甲烷,丙 烷,丙烯,丁烷,丁二烯,丁烯,氢,氯甲烷, 乙烷,乙烯,环氧乙烷等。 第二章 内压容器设计基础 ? 2.2 内压薄壁容器设计计算 ? 在设计受压容器时,其容器的几何形状,结构,尺 寸主要是满足工艺要求,而作为设备的强度尺寸(壳 体壁厚) ,则主要是在工艺给定的压力下,保证其 安全生产和可靠运行,而不致于发生破坏。 ? 一. 内压圆筒体设计计算 ? 1. 筒体受力 ? 拉应力-轴向应力、环向应力 ? 弯曲应力-数值与轴向应力、环向应力相比很小, 设计时可略去不计。 ? 因此,设计内压薄壁容器时,可以认为筒体上只存 在拉应力,且均匀分布在纵、横截面上。 第二章 内压容器设计基础 σt ↓ σz ? 环(周)向应力σt σt= P*D /2So ? 因此,σt=2 σz ? 可以得出结论: ↓ ↓ ? 2. 筒体应力计算 ? 轴向应力σz σz=P*D /4So 式中 P- 圆筒内压力, kgf/cm2; D- 圆筒平均直径, cm; So- 壁厚,cm。 ↓ 第二章 内压容器设计基础 a.圆筒形容器危险截面是纵截面,纵向强度较弱, 要确保纵向焊缝 的质量; b.在圆筒体上开椭圆形人孔时,应使其短轴与筒体 轴向一致; c.筒体纵向和横向焊缝不交叉。 3.内压筒体强度设计 ? 1). 强度设计的基本知识 关于弹性失效准则: 设计压力容器时,确定器壁内允许应力的限度, 即容器判废标准有不同的理论依据。依据这一理 论,容器上某处的最大应力达到材料在该温度下 的屈服限σs ,容器即告破坏(这里所讲的“破坏” 并不完全指容器破裂,而是泛指容器失去正常的 工作能力,即工程上所说的‘失效”)。 第二章 内压容器设计基础 也就是说,容器的每一部分必须处于弹性变形范围内, 保证器壁内的相当应力必须小于材料由单向拉伸时 测得的屈服极限σs ,即σ当 ≤ σs。 为了保证结构安全可靠地工作,必须留有一定的安 全裕度,使结构中的最大工作应力与材料的许用应 力间,满足一定的关系。这就是强度安全条件,即 σ当 ≤ [ σ] 。 ? 2).理论基础: 第一强度理论从实验的性质来看, 适合于脆性材料,第三,四强度理论适用于塑性材 料,而第二强度理论与实际相差很大,目前已很少 采用。压力容器都是采用塑性材料制造的,应该采 用第三和第四强度理论,但由于多年来沿用第一强 度理论使用经验丰富,业已习惯,且因计算结果与 第三强度理论相同,工程上也常采用第一强度理论, 我国“钢制石油化工压力容器设计规定”中也采用 第一强度理论来建立强度计算公式。 第二章 内压容器设计基础 第一强度理论,最大主应力不超过容器材料的许用应 力, 即σ≤ [σ]; σ= P*D /2So ≤ [σ] 3). 理论计算公式 So= P*D /2[σ] 式中 P- 设计压力,kgf/cm2; D- 平均直径,cm; [σ]- 设计温度下材料许用应力,kgf/cm2; So- 壁厚,cm。 理论计算公式校正 a. D → Di 为了计算方便把D用Di来表示。 则有D=Di + So 4). 第二章 内压容器设计基础 b.焊缝的影响 考虑到一般直径较小的容器(D在500mm以下),可采 用无缝钢管,其余多数情况是由各种不同的钢板卷 焊而成。 由于不管采用什么样的焊接形式,都有一个局部热 影响区。都有一定程度的夹渣,气孔,末焊透和冷 缩后出现一些不同程度的裂纹。虽然焊接后采用了 各种手段进行了不同程度的无损检验(而检验的目的 是按一定的检验标准把这些削弱强度的因素控制在 一定的范围)。这样由于焊接使得金属母体的强度在 一定程度上有所降低。为了补足这一点,引入了焊 缝系数Ф。一般取Ф<1。 即[σ] →[σ]·Ф 第二章 内压容器设计基础 c.设计温度 ? 化工设备一般都在有一定的温度的场合下使用,而 要使公式适用,必须考虑一般材料的许用应力随着 温度的变化而变化。故[σ]采用设计温度下的许用应 力[σ]t来表示。 即[σ]·Ф → [σ]t ·Ф d.壁厚附加量C ? 在实际工程设计中,按理论计算公式得到的容器壁 厚S。仅能满足强度计算的要求,还没有考虑到: ? (1)介质对材料的腐蚀作用(C1); ? (2)钢板在轧制过程中不可避免地出现负偏差(C2); ? (3)容器在加工制造过程中钢板可能会减薄(C3)等。 第二章 内压容器设计基础 为了补足这些金属损耗,又引入壁厚附加量 C(C=C1+C2+C3)。因此,我国《钢制石油化工压 力容器设计规定》规定了一般压力容器强度计算公 式。 4). 压力容器强度计算公式 ? S=P ·Di/(2 [σ]t ·Ф― P) + C ? 式中 S- 容器钢板厚度(壁厚),cm; [σ]t- 设计温度下材料的许用应力,kgf/cm2; Ф- 焊缝系数; Di - 容器内径,cm; C- 壁厚附加量,cm。 ? 强度校核: σ=P(Di+S+C)/2(S ― C) ? 当容器(设备)使用一段时间后,按规定需对筒体 壁厚进行校核。 第二章 内压容器设计基础 ? 若σ≤ [σ]t ·Ф,则容器(设备)可继续使用; ? 若σ≥ [σ]t ·Ф,则需对容器最薄处补强后,才能 使用。 ? 二. 内压球形壳体(容器)强度设计 ? 设计公式 S=P ·Di/(4 [σ]t ·Ф― P) +C ? 式中 S- 容器钢板厚度(壁厚),cm; [σ]t- 设计温度下材料许用应力,kgf/cm2; Ф- 焊缝系数; Di - 容器内径,cm; C- 壁厚附加量,cm。 第二章 内压容器设计基础 两类容器比较: a.壁厚--球形容器制造材料用量少; b.表面积--球形容器占地少,基础工程费用少,防 护 剂用量少,保温层用量少,因此,广泛用作贮 罐(如石油液化气、乙烯、氨、氧气等)。 直径在3000mm以下的容器多采用圆筒形。若采用 球形容器由于直径小,壁厚很薄,不易壳体成型和 焊接,制造费用也较高。 ? 三. 设计公式中各参数确定 ? 1.设计压力 ? 设计压力是指在相应设计温度下用以确定容器器壁 的厚度及元件尺寸的表压力,一般取略高于或等于 容器的最高工作压力。 第二章 内压容器设计基础 ? 所谓容器的最高工作压力,是指容器顶部(安全泄放 装置一般装于顶部)在操作过程中可能产生的最高表 压力。如果容器内的工作介质是液体,在计算容器 各不同截面的壁厚及元件尺寸时,该截面处所受液 柱静压力应计入设计压力中。 ? 对于一般容器,当液体压力超过工作压力的5%时 则计入液体静压。 ? 设计时,一般设计压力稍高于工作压力(这主要考虑 到设备中的安全装置泄压情况和安全阀的误差,以 免造成安全装置不必要的泄放)。具体确定如下: ? a.当容器装有安全阀时,取安全阀起跳压力(一般取 工作压力的1.05-1.1倍)作为设计压力。安全阀结构 见图。 内压容器设计基础 ? 单个容器装有平衡型安 全阀时取1.1倍;单个 容器装有弹簧型安全阀 时取1.05倍。 ? 最高工作压力≤ 4MPa 取1.1倍,最高工作压 力4MPa取1.05倍。 ? 单个容器不装安全阀时 (低压),设计压力取稍 高于最高工作压力。 安全阀 内压容器设计基础 ? b.当容器内装有爆炸性 介质,一般都采用防爆 膜。根据爆炸的瞬时压 力、气相容积和防爆膜 的防爆面积等因素,一 般要考虑5%的误 差。还要注意到,由于 防爆膜一般工作压力较 高,应尽量避免由蠕变 和疲劳而引起过早的破 坏和泄放。 根据长期使用经验,一般 取工作压力的1.15-1.3 倍。 防爆膜 第二章 内压容器设计基础 ? c.当操作压力由于化学反应比较强烈等原因而波 动较大,压力有突然上升的可能,按其压力升高 的速度快慢取最高工作压力的1.15-1.4倍,该容 器必须装上防爆膜。 ? d.对装有液化气体的容器,选取最高温度下的相 应的饱和蒸汽压作为设计压力。此种容器若无温 度调节装置时,在地面仅受地温影响,可取40℃ 时介质的饱和蒸气压作为设计压力。若埋在地下, 则取30℃时的饱和蒸汽压。 ? 2. 设计温度 ? 设计温度是指容器在操作过程中在相应的设计压 力下,壳体或元件金属可能达到的最高或最低(指 -20℃以下)温度。是选择材料及确定许用应力 时的一个基本设计参数。 内压容器设计基础 ? 容器的壁温可由实测或化工操作传热过程计算来确 ? ? ? ? 定。当无法预计壁温时,可参照以下情况来确定。 a.装有不被加热或冷却的介质的容器,其器壁温度 一般取介质本身的温度。 b.用水蒸汽,热水或其它液体加热或冷冻的容器, 器壁温度取加热介质或冷冻介质的温度。 c.用可燃气体或电加热的器壁,有衬砌层或一侧裸 露在大气中,其器壁温度为被加热介质温度加上 20℃,且不低于250℃. d.直接用可燃气体或电加热的器壁,壁温取被加热 介质的温度加上50℃,且不低于250℃;当载热体 温度等于或高于600℃时,器壁温度取被加热介质 温度加上100℃.且不低于250℃。 内压容器设计基础 ? 3. 许用应力[σ]t ? 设计温度下所选材料的许用应力,是一个很重要的 参数。 ? 确定方法有两种:计算法和查表法。 ? 计算法: [σ]t = σ/n ? 式中 σ- 材料的极限应力 n- 安全系数 ? 查表法:确定所选材料和设计温度,查阅相应许用 应力表。 内压容器设计基础 ? 4. 焊缝系数Ф ? 焊接容器的焊缝区是容器上强度比较薄弱的地方。 焊缝区强度降低的原因在于焊接焊缝时可能出现 缺陷而末被发现,焊接热影响区往往形成粗大晶 粒区而使强度和塑性降低。由于结构刚性约束造 成焊缝内应力过大等,焊缝区的强度主要决定于 熔焊金属,焊缝结构和施焊质量。选取焊缝系数 的大小主要根据焊接接头的形式和焊缝的检验程 度(保证的焊接质量)而定。可按表选取。 ? 5. 壁厚附加量C ? 容器壁厚附加量主要考虑钢板或钢管的负偏差 C1, 介质的腐蚀程度C2和制造过程中的减薄量C3, 即C=C1+C2+C3。 内压容器设计基础 ? a.钢板和钢管的负偏差C1 ? 一般情况下C1可按表选取。 ? 当实际钢板厚度负偏差小于计算厚度的6%且少于 0.3毫米时,可以忽略不计。 ? b.腐蚀裕量C2 ? 腐蚀裕量由介质对材料的均匀腐蚀速率与容器的设 计寿命决定: ? C2=Ke· Y ? 式中 ke为腐蚀速率,毫米/年; Y为使用寿命,年。 ? 一般中低压容器设计的寿命为10-15年。 ? 当材料的腐蚀速率为0.05- 0.1毫米/年时,考虑单 面腐蚀C2=1-2毫米,C2=2-4毫米。 内压容器设计基础 ? 当材料的腐蚀速率小于或等于0.05毫米/年时,考 虑单面腐蚀取C2=1毫米,双面腐蚀取C2=2毫米。 ? 对于不锈钢,当介质的腐蚀极微时可取C2=0。 ? c.制造减薄量C3 ? 制造减薄量,根据我国锅炉及压力容器制造厂的 实际情况,对于冷卷和热卷的圆筒一般由制造厂 根据加工工艺条件自行确定,一股中低压容器都 采用冷卷,故加工减薄量C3=0。 ? 对于冲压,由于拉伸减薄或加热产生氧化皮等, C3应按《钢制焊接压力容器技术条件》中的规定 选取。 内压容器设计基础 钢 板 负偏差表(mm) 焊缝系数表 第二章 内压容器设计基础 ? 2.3 内压封头的设计和选择 ? 容器的封头(端盖),按其形状可分为三类, (凸型 封头.锥形封头,平板封头)。其中凸型封头包括半 球形封头,椭圆形封头,碟形封头(或称带折边的球 形封头)和无折边的球形封头。锥形封头包括不带折 边的锥形封头和带折边的锥形封头。平板封头是根 据封头与简体的连接方式的不同,有多种结构式。 ? 一. 半球形封头 半球形封头,如图所示,是由半球壳构成,它的壁 厚计算公式与球形壳体壳相同, 即S=P ·Di/(4 [σ]t ·Ф― P) + C ? 第二章 内压容器设计基础 ? 根据上式可判断,球 形封头的壁厚与相同 直径的圆柱形壳体相 比,在设计压力相同 时,其计算壁厚只有 圆柱形壳体计算厚度 的一半。但在工程实 际中,为了便于封头 与筒体焊接(采用等厚 度焊接可以降低边缘 连接处的边缘应力) 及 考虑到封头上开孔等 因素的影响,半球形 半球形封头 封头常和圆柱形壳体取 相同的厚度。半球形封头多用 于直径较大或压力较高的容器。 内压容器设计基础 ? 二. 椭圆形封头 ? 椭圆形封头是由长、短 铀分别为a和b的半椭圆 球和高度为h的短圆筒 (称为直边)两部分组成 的一个整体。直边的作 用是避免封头与简体连 接的环焊缝与椭圆壳和 圆柱壳交界处重合。这 样可改善交界处的应力 状态。如图所示。由椭 圆壳的应力分析可知, 椭圆封头的应力分布是 变化的。其应力分布随 椭圆形封头 点的位置不同而不同,其应力 值大小还要随a/b的比值变化而 变化。a/b的比值直接反映椭圆 壳体的几何形状(扁平程度)。 h 内压容器设计基础 ? 当a/b=2时是标准椭圆封头,在工程上除特殊情况 外,一般采用标准椭圆形封头,这样既提高设备部 件的互换性,也可提高设备制造的质量和降低设备 的成本。与筒体壁厚相同的标准椭圆形封头在与圆 筒体对焊接后由内压生成的最大应力与圆简体最大 应力相等。 ? 其计算公式为 S= PDi/(2 [σ]tФ―P)+ C ? 标准椭圆封头的直边高度可按下表确定 ? 内压容器设计基础 ? 三. 锥形封头 ? 锥形封头广泛应用于 许多设备(如发酵罐,空 气过滤器,蒸发器,喷 雾干燥器,结晶器等) 的底盖。它的优点是 便于收集与卸除这些 设备中的固体物料。 此外,有一些设备上 下部分的直径不等, 也常用锥形壳体将直 径不等的两段连接起 来(称为变径段)。 无折边锥形封头(无加强) 内压容器设计基础 ? 三. 锥形封头 ? 锥形封头广泛应用于许多化 工设备(如蒸发器,喷雾干 燥器,结晶器等)的底盖。 它的优点是便于收集与卸除 这些设备中的固体物料。此 外,有一些设备上下部分的 直径不等,也常用锥形壳体 将直径不等的两段连接起来 (称为变径段)。 ? 1. 无折边锥形封头 直接与简体联接,中间没有 过渡圆弧因而称为无折边锥 形封头。 ? 为了降低边缘连接处出现的 较高应力,一般采用以下两 种方法。 无折边锥形封头(无加强) 无折边锥形封头(加强) 内压容器设计基础 ? a.局部加强:将联接处附近 的封头和筒体的壁厚增大。 ? b.加过渡区 ? 2. 带折边锥形封头 ? 与简体连接处有过渡圆弧和 高度为h的直边。可以降低 连接处的局部应力,用于半 锥顶角>30度的场合。 ? 折边锥形封头如右图所示。 锥体大端过渡区的计算分两 部分,一部分是过渡区壁厚 计算,另一部分是过渡区连 接处的锥体壁厚计算。 带折边锥形封头 内压容器设计基础 ? 2.4 压力试验 ? 一. 概述 ? 容器和设备制成或检修、修补后,在投入生产之前都要进行 设备的整体检验。 ? 1. 试验目的 ? a.检查容器和设备的宏观强度.看其能否满足操作条件下及 工作压力条件下的强度要求; ? b.检验容器和设备有无渗漏现象,密封性能是否可靠; ? c.在试验过程中观测受压元件的变形量和发现设备结构、材 料和制造过程中的缺陷。 ? 如出现以上问题,应及时采取措施加以解决,以确保设备在 现场运行过程中的安全性和可靠性。 ? 2. 试验方法 ? 一般用压力试验的方法,常用的是液压试验和气压试验。 ? 一般都采用液压试验验,只有不宜作液压试验的某些特殊要 求的容器和设备,才用气压试验来代替液压试验。 内压容器设计基础 ? 液压试验通常采用水为介质,但是水的渗透性不如气体,对 于细小的渗漏,短时间不易被发现,故对装易燃、易爆、有 毒、有害或强挥发性物料的受压容器和设备,由于其密封性 要求高,因此,还要在水压试验的基础上加作气密性实验, 对于不允许气压试验的设备而又要求密封性较高时,则可做 煤油试验。 ? 容器或设备在进行压力试验之前,也就是在强度设计计算 时.就要考虑容器和设备是否能满足压力试验所需的强度要 求。因此,在进行压力试验之前必须进行压力试验时的容器 强度校核(应力校核)。 ? 对于需要进行焊后热处理的容器,应在全部焊接工作完成并 经热处理之后,才能进行压力试验,对于大型的容器和设备, 往往是分段制造.现场组装。对于这种容器,可分段进行热 处理.在现场焊接后。对焊缝区进行局部热处理后,再进行 压力试验。 ? 二. 液压试验 ? 1. 试验介质 试验时对液体介质有如下要求: ? a.容器试压常用洁净的水作为试验介质,故称为水压试验。 对于不锈钢制的容器和设备用水进行试验时,应限制水中的 氯离子含量不超过25ppm,以防止氯离子腐蚀。 内压容器设计基础 ? b.试验温度应低于试验介质的沸点温度,对于新材料,新钢 种的试验温度应高于材料的脆性转变温度。 ? c.对于碳素钢、16MR等钢制成的容器和设备在试压时,其 液体温度不得低于5℃。其它低合金钢制容器(不包括低温容 器)液压试险时,液体温度不低干15℃。如果是由于板厚等 原因造成材料脆性温度升高,这时还要相应地提高试验液体 介质的温度,一般都是在常温下进行。 ? 2. 试验过程与要求 ? a.液压试验时,容器顶部应设排气孔,事前充液时应将容器 中的空气排尽。整个试验过程中要保持容器,特别是焊缝周 围和密封区域的干燥和清洁。 ? b.试验之前,根据试验压力制订试验方案和升压等级。压力 应缓慢上升.达到试验压力后,一般保压30分钟,然后将压 力降至规定压力的80%,并在保持这一压力的条件下对所有 的焊缝和连接部位进行检查,如有渗漏,或发现其它缺陷, 卸压修补后再重新试压。 ? c.对于夹套容器先进行内筒试压,试压合格后再焊夹套。 ? d液压试验完毕,应将液体排尽,并用压缩空气或其它办法 使容器保持干燥。 内压容器设计基础 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 三. 试验压力 1. 用液体介质试压时,其试验压力Pt为 Pt=1.25P [σ]/ [σ]t ,且不小于P+0.1MPa [σ]/ [σ]t比值最高不超过1.8(≤1.8)。 2. 对于立式容器,如卧置进行液压试验,其试验压力应为立 置时的试验压力加上液柱静压力。 3. 用气体介质试压时其试验压力Pt为 Pt=1.15 P [σ]/ [σ]t , [σ]/ [σ]t比值最高不超过1.8 (≤1.8)。 式中 Pt- 试验压力, MPa; P- 设计压力, MPa; [σ]- 常温下材料的许用应力,MPa; [σ]t- 设计温度下材料的许用应力,MPa。 内压容器设计基础 ? 四. 压力试验的强度校核(应力校核) ? 1. 水压试验时的强度校核 ? 水压试验时,容器产生的一次总体薄膜应力值按下式计算: σ=Pt(Di十S-C)/2(S-C)Ф ? 式中 σ- 试验压力下的应力,MPa; Pt- 水压试验压力,MPa; Di- 筒体直径,mm; S- 筒体壁厚,mm;C- 壁厚附加量,mm;Ф- 焊缝系数。 ? 对于液压试验产生的应力不得超过材料在该试验温度下材料 屈服极限的90%,即σ ≤ 0.9 σs。 ? 2. 气压试验时的强度校核 ? 气压试验时,容器产生的一次总体薄膜应力值按下式计算: σ=Pt(Di十S-C)/2(S-C)Ф ? 式中:σ- 试验压力下的应力,MPa; Pt- 气压试验压力,MPa; Di- 筒体直径,mm; S- 筒体壁厚,mm;C- 壁厚附加量,mm;Ф- 焊缝系数。 内压容器设计基础 ? 对于气压试验产生的应力不得超过材料在该试验温度下材料 屈服极限的80%,即σ ≤ 0.8 σs。 ? 2.5 容器最小壁厚 ? ? ? ? ? ? 1. 容器最小壁厚的引入 容器要满足强度条件和刚度条件。 强度设计,通过计算可得S值。 强度是指构件(容器)抵抗载荷而不损坏的能力,满足强度 条件是说明该容器能够承受设计载荷而不致被破坏。 刚度是指构件(容器)抵抗变形的能力。如果刚度不够,容 器会产生变形,时间长,变形加大,同样会损坏容器。 对于常压或低压容器,当容器直径较小时,由壁厚公式计算 所得的S值很小,如 :Di=500mm,P=0.07MPa, [σ]=127MPa,C=1.2mm,Ф=0.7 计算得 S=1.4mm,刚度不够,且壁厚太薄不易焊接。 需确定最小壁厚以满足刚度条件。 2. 确定方法 ? ? ? 内压容器设计基础 ? a.对于碳素钢和低合金钢制容器 当内径Di ≤3800mm时,Smin ≥2Di/1000(mm),且不小于 3mm,腐蚀裕度另加。 当内径Di 3800mm时,Smin 按现场运输制造和安装条件而 定,腐蚀裕度另加。 ? b.对于不锈钢制容器, Smin ≥2mm。 ? 2.6 公称直径与公称压力 ? 是容器标准化的两个基本参数。 ? 1. 公称直径(Dg):标准化的直径,如1.5、2.0、3.0(m)。 ? a.对筒体和封头,Dg=Di ? b.无缝钢管,Dg=外径 ? 2. 公称压力(Pg) ? 将设备所承受的压力范围分为若干个标准等级。 ? 如: Pg 0.25 0. 6 (MPa) 允许工作压力 0.22-0.32 0.42-0.65 (MPa) 允许工作压力≥设计压力 内压容器设计基础 ? 思考题与习题 ? 1.为什么薄壁容器上只考虑两向应力? ? 2.圆筒形受压容器上开椭圆孔有什么好处,椭圆孔的长轴和 短轴各应在什么方向上? ? 3.试设计一台内径为l000毫米,操作温度为155℃,工作压 力为2.2MPa的容器,器身为圆筒形,采用双面对接焊,局 部探伤,配有标准椭圆形封头,容器上装有安全阀,选用 lCrl8Ni9Ti介质无腐蚀,试确定简体,封头的壁厚。 ? 4. 今欲利用库存的一台受压容器,实测圆简形内径Di=l000 毫米,壁厚为12毫米,采用双面对接焊,材料为不锈钢,今 欲利用该容器承受1MPa内压,在330℃下工作,介质无腐蚀, 容器顶端装有安全阀,试判断该容器是否能用。 ? 5.试述压力容器的分类方法。 ? 6.试述内压圆筒壁厚计算公式及公式中各参数的确定方法。 内压容器设计基础 ? 2.7 容器和设备零部件设计 ? 概述 ? 轻化工容器及设备,除主体设计(筒体和封头)以外,还需选 择适当的零部件(法兰、支座,人孔,手孔,开孔补强,视 镜和各种用途的接管等)组成完整的设备。由于零部件的数 量,几何尺寸、几何形状和结构形式的变化都很大,受力状 态,应力分布和强度、刚度的设计计算都十分复杂。为了简 化设计,简化生产程序和提高零部件的互换性,便于组织成 批生产,提高产品质量从而降低成本,在工程实际中对一定 设计压力和一定几何尺寸范围的零部件制定了统一的标准, 制成标准件可以直接选用。只有对于少数特殊情况下超出以 上标准范围的零部件才需进行复杂的设计(非标准件)。 ? 标准件经常选用,主要以公称压力和公称直径为基本参数选 取。而非标准件很少选用。 内压容器设计基础 ? 本节主要讨论标准件零部件(法兰、支座,人孔,手孔,开 孔补强,视镜等)的选用,其他零部件(加热冷却装置、搅 拌器、轴封等)将结合具体设备讲解。 ? 一. 法兰 ? 设备与设备之间,管道与管道之间,管道与设备之间的连接 方式主要有两种: ? 不可拆连接――焊接,整体。 ? 可拆连接――有些设备由于加工工艺的限制和工艺的要求, 如考虑到制造、安装、运输、维修、清洗等方便,常常采用 可拆性连接。例如多数的换热设备,反应设备,塔设备等都 采用可拆性连接。 ? 容器和设备采用可拆性连接时,为保证设备使用时的可靠性, 可拆性连接的型式和结构必须满足以下最基本要求: ? a.在操作温度和压力条件下,要有足够的强度,也就是采用 可拆性连接形式时,除结构形式本身强度足够外,还必须考 虑到不要因为采用这种连接形式而削弱设备的强度和刚度。 内压容器设计基础 ? b.密封形式必须可靠,在设计压力和设计温度下紧密不漏。 ? c.连接迅速,并多次反复拆装,即具有一定的使用寿命。 ? d.便于互换,结构简单,易于制造,成本低,适于大批量和 标准化生产。 ? 为了满足工程需要,针对以上条件,出现了很多种型式的可 拆性连接。在工程上常使用的是法兰连接,螺纹连接和插套 连接等多种型式。相比之下,法兰连接具有较高的强度和较 好的密封性能,其几何尺寸适应范围广,在容器、设备管道 上用得最为广泛。 ? 1. 法兰的结构 ? 法兰联接结构是一个组合件,它由联接件、被联接件,密封 元件组成。其中上下法兰盘为被联接件,螺栓螺母为联接件, 垫片为密封元件。上下法兰盘靠螺栓紧固力压紧垫片,使连 接处达到密封,并将两部分设备或管道连在一起。 ? 对于法兰连接,在设计和形式的选择中,密封的可靠性是非 常重要的。法兰连接中其介质泄漏一般有两条途径:一是垫 片本身渗漏,二是通过法兰的压紧面进行渗漏。 内压容器设计基础 ? 2. 法兰结构与种类 ? 法兰的种类很多,按其连接 对象来分:分为管道法兰和 设备法兰两大类;按法兰间 的接触面的宽窄来分,可分 为宽面法兰和窄面法兰(法 兰的接触面,处在螺栓孔以 外全部接触的叫宽面法兰); 按法兰本身的结构来分,分 为整体法兰,活套法兰和其 它结构形式的法兰。 ? 整体法兰 ? 法兰与设备或管道不可拆 卸地固定在一起,构成一个 整体,这种型式的法兰叫整 体法兰。常见的整体法兰有 平焊法兰和对焊法兰两种。 法兰密封连接 1-法兰 2-垫片 3-螺栓螺母 内压容器设计基础 ? ? ? a. 平焊法兰 如图所示。 这种法兰结构简单,制造 容易,成本低,适应性强, 应用最广泛。但这种法兰 与设备或管道相连,其刚 性较差,当法兰受力后法 兰盘容易产生变形,因而 容易引起与法兰相连的筒 壁也随着发生弯曲变形而 产生附加弯曲应力。 平焊法兰 适应的压 力较低, 一般低 于4MPa。 平焊法兰 内压容器设计基础 ? b. 对焊法兰:又称高颈法 兰或长颈法兰,如图所示。 法兰结构上由于有颈的存在, 大大地提高了法兰本身的刚 度,同时由于颈的根部厚度 比容器和设备的壳体厚,所 以不容易产生弯曲变形。这 一点与平焊法兰相比降低了 对设备由于法兰连接而产生 的附加弯曲应力。另外,法 兰与设备或管道的连接采用 对接焊接型式,这也比平焊 法兰与设备连接时采用角焊 的焊接型式强度要高。 ? 由于有这些持点,所以对焊 法兰可适用于压力,温度 较高的场合。 内压容器设计基础 ? 法兰还以它的几何形状不同 分为圆形,方形,长圆形和 某些特殊形状(如图所示)。 圆形法兰制造方便,多用于 筒体和管道的连接;方形法 兰可用于管道安装,长圆形 法兰常用于高压管道和阀门。 ? 3. 法兰密封面的选择 ? 法兰密封压紧面的选择主要 根据工艺条件(介质、压力、 温度)和法兰尺寸以及选用 垫片等因素来决定。压力容 器法兰和管道法兰的密封压 紧面有如下几种形式: 方形法兰 长圆形法兰 内压容器设计基础 ? a. 平面型密封面:法兰表 面是一个平面或在平面上车 有几条同心的圆环形沟槽。 ? 设计简单,制造方便,大多 和平垫片配合使用。对处理 腐蚀性介质采用防腐衬里比 较方便。但密封性能差,主 要用于压力较低,介质无毒 等场合。 ? b. 凸型密封面:由一个凹 面和一个凸面组成的一对法 兰盘,在凹面处放入垫片。 密封面在压紧垫片时能防止 垫片被挤出,采用这种结构 可得到较好的密封效果。 一般可用于Dg≤800, Pg≤6.4MPa的场合。 平面型密封面 凸型密封面 内压容器设计基础 ? 此外,还有锥形、梯形、榫性密封面等,密封可靠,密封性 能好,常用于高压容器设备和高压管道上. ? 4. 法兰标准 ? 分为两个不同的标准,压力容器法兰标准(JBll57-1164-82) 和管法兰标准(HG500l-5027-58),两种标准使用场合不同, 注意使用时不要混淆。 ? a压力容器法兰标准:分为甲型平焊法兰,乙型平焊法兰和 长颈对焊法兰三种类型。 ? 甲型平焊法兰:有Pg0.245、0.588、0.98、1.57MPa(2.5、 6、10、16kgf/cm2)四个公称压力等级,其最大直径可为 2000mm,最高使用温度为300℃。甲型平焊法兰只限于使 用非金属软垫片,并配有光滑密封面和凹凸密封面。 ? 乙型平焊法兰:与甲型平焊法兰相比,乙型平焊法兰本身带 有一个圆筒形的短节,短节的壁厚一般不小于16mm,大于 简体的壁厚,因而增加了法兰的刚度,故可用于较大的 内压容器设计基础 ? ? ? ? 公称直径和公称压力的范围。短筒与法兰盘的焊缝开V型坡 口,设备与短简采用对接焊,从这点看,乙型平焊法兰较甲 型的强度好。使用的公称压力范围比起甲型平焊法兰可增加 到Pg2.45,Pg3.92,其最高使用温度可增加到350℃。 长颈对焊法兰:长颈对焊法兰是具有较大厚度的锥颈与法兰 盘构成一整体,法兰与设备采用对接焊连接。长颈对焊法兰 具有较高的强度和刚度,它有6个公称压力等级,最大公称 直径为2000mm,最高工作温度为450℃。 5. 法兰标记 a. 压力容器法兰标记由以下几部分代号组成 1(法兰);2(密封面形式);3(公称压力);4(公称直径);5(标 准号) 例如,公称压力16kgf/cm2 (1.57MPa),公称直径1000mm 的衬环凹凸密封面,乙型平焊法兰的标记为:法兰CYl6- 1000JBll59-82 内压容器设计基础 ? b. 管道法兰标记由以下几部分组成: 1(法兰);2(公称压力);3(公称直径);4(标准号) 例如,公称压力16kgf/cm2(1.57MPa),公称直径100mm的 平焊管法兰其标记为:法兰Pg16Dgl00HG5010一58。对于 管法兰的密封面必须注明,例如: 凹面法兰Pg16Dgl00HG5010一58。 二. 容器支座 ? 容器和设备的支座是用来支撑设备自身和介质重量,井使其 固定在一定的位置上。支座有时还要承受操作时的振动载荷。 在设计和选择时有时还要考虑地震裁荷。对于设置在室外的 高塔设备还要考虑风载荷的影响等。支座结构和型式很多, 基本上分为卧式客器支座和立式容器支座两大类。 内压容器设计基础 ? 1. 卧式客器支座 ? 卧式容器及设备的支座有 鞍座,圈座和支腿三种结构 型式,其中鞍座是用得最广 泛的一种。 鞍座 ? a.鞍式支座一般是由直立筋 板和底板焊接而成,在与简 体连接处设置有一块腹板, 该板分为带加强板和不带加 强板两种结构型式,一般满 足下列条件之一,就要考虑 设置加强板。 ? a).设备壳体计算壁厚≤ 3mm。 圈座 支腿 内压容器设计基础 ? b).设备壁厚虽>3mm, 但<Di/500。 ? c).设备用高合金钢制造, 配以普通碳钢支座时。 ? d).设备壳壁与支座之间 温差大于200℃时。 ? e).设备壳体要求焊后 热处理时需设加强板, 且加强板需在热处理 前焊上。 ? f).壳体鞍座处的最大周 向应力大于1.25 [σ]时。 需采用加强板的设备,加强 板选材最好与壳体材料相同。 Dg1300-2000A型鞍座 内压容器设计基础 ? b. 鞍式支座标准 ? 鞍式支座标准系列按JB1167-81选取,它有4个尺 寸规格,分别适用于Dg159-550、 Dg 600-1200 、 Dg130-2000 和 Dg2100-4000的范围。同一直径的 鞍座又分为A型(轻型)和B型(重型)两种。 ? 如果设备与介质之和的重量大,选用B型支座。B 型支座的纵向筋板为6块,比A型支座多两块,而且 其厚度由A型的12毫米增至14毫米。对于A、B型鞍 座的材料一般均用A3F钢. ? —台卧式容器或设备一般都是安装两个卧式支座, 若多于两个则会由于鞍座水平高度间的微小差异, 会造成各支座受力不均,对筒壁产生不利的附加应 力。鞍座的位置对设备受力有很大的影响,两鞍座 内压容器设计基础 ? 太靠中或靠边,设备都将产生较大的弯曲应力。 鞍座安装的位置,当采用双鞍座时,位置由圆柱 形壳体端部与鞍座之间的距离A来确定。 ? A按下述原则确定: ? 当设备简体的L/D较小,S/D较大或在鞍座所在 平面内有加强圈时取A ≤ 0.2L; ? 当筒体L/D较大,且鞍座所在平面内又无加强圈 时取A ≤ 0.5R。 ? c. 鞍式支座标准的选用 ? 鞍式支座的选用,根据设备的公称直径,从标准 的支座结构尺寸表中查出所需的鞍座尺寸及其允 内压容器设计基础 ? 许的负荷Qa。再校核该鞍座的Qa是否大于每个鞍座 的实际负荷量Q 。每个鞍座的实际负荷量Q根据设备 总重量和鞍座个数进行计算。若Q<Qa,可以选用 标准,按标准上的尺寸制造,若Q>Qa则需加大筋 板的厚度进行计算,直至满足Q<Qa为止。 ? 2. 立式支座 ? 立式支座常用于立式设备的支撑,立式支座的结构 型式分为耳座(耳式支座、悬挂式支座)、裙式支座 和支承式支座等。 ? a. 耳式支座(耳座,悬挂式支座) 广泛用于中小型设备,是将设备支承在框架上或附 属在另外的设备上或悬挂在大型设备上。 内压容器设计基础 ? 结构简单,一般由数块钢板焊接而成(如下图所示) 或者用钢板直接弯曲而成。 ? 一般设备的悬挂式支座有两块筋板,小型设备只用 一块或不用筋板直接用型钢制成,重型设备的耳座可 以多至三块筋板,这样可增加耳座的承载能力。 A型 B型 内压容器设计基础 ? 每个设备根据尺寸的大 小和轻重可用2-4个耳 座。一般不要用得太多, 太多就不能保证全部耳 座都装在一个水平面上, 不能保证每个耳座受力 均匀。 ? 优点是结构单,制造方 便,但必须注意的是支 座与设备连接处会产生 较大的负荷。故对大型 设备和壳体较薄的设备, 一般应在壳壁与支座之 间加一垫板。 悬挂式支座 内压容器设计基础 ? 耳座巳标淮化,在一般 情况下按标准选用。 ? b. 支承式支座 ? 又称立式支脚,常用于 中小设备。支撑式支座 结构简单,一般用钢管, 角钢,槽钢来制造。支 承式支座也可以用数块 钢板拼焊而成。前者常 称为主承式支脚,后者 为支承式支座。 ? 支承式支座巳标准化, 其尺寸和结构如右图所 示。 主承式支脚 内压容器设计基础 c.裙式支座: 裙式支座用于高 大的塔设备的支撑, 它的结构形式分圆 筒形裙座和圆锥形 裙座。常用圆筒形, 因圆筒形结构简单, 制造方便。由以下 几部分构成: (a)座体 为圆筒形, 一般用钢板卷焊而成, 上端与塔设备的底 封头焊接在一起。 内压容器设计基础 (b)基础环 是一块环形的 垫板,它的作用是把整 个塔体的重量均匀地传 到基础上去,故需一定 厚度。 ? (c)螺栓座 由座板和筋 板组成,与裙座都是采 用焊接连接。主要是用 来安装地脚螺栓,把塔 设备固定在基础上。 ? (d)裙座上开孔 开设供 检修,安装用的人孔, 工艺接管引出孔,裙座 顶端开设排气孔。 裙式支座 内压容器设计基础 ? 三.容器的开孔补强 ? 由于生产工艺和结构上的要求,需在容器和设备的 壳体或封头上开孔,接管。例如开设物料的进、出 口,测量和控制点,视镜,液面计孔,人孔,手孔 等。 ? 壳体或封头开孔后,不但会削弱容器的强度,而且 在开孔附近还会形成应力集中。由于开孔处局部应 力高,开孔附近就往往成为容器和设备的破坏源。 因此,应重视开孔和接管附近的应力,并采取适当 的补救措施。 ? 1.接管、视镜、手孔和人孔 ? a. 接管 为了控制和监测操作过程,需开设温度, 压力和仪表等接口。这类接口采用的接管直径都较 小,可直接利用一内螺纹管或外螺纹短管焊在设备 壳壁上,如下图所示。 内压容器设计基础 ? 输送物料的工艺管一般直径较大,常采用短管与法 兰连接,其管的长度根据设备是否需设保温层和便 于接管法兰的螺栓装拆等因素来确定,一般这个长 度不少于80毫米,对于铸造设备其接管最好与设备 本身一起铸造。 ? b.视镜 视镜的作用是观察设备内反应过程进行的情 况,为了有比较大的观察范围,视镜接口的长度尽 量短—些。一般采用突出接口型式。如下图所示。 主要有不带颈视镜和带颈视镜。 内压容器设计基础 ? 视镜的玻璃一般用硼硅玻璃,视镜的玻璃在操作条 件比较差的情况下,可能因振动,冲击,温度剧变 等因素使视镜发生破裂。这样最好采用双层玻璃安 全视镜或采用带罩视镜。 ? 为了便于清楚地观察设备内物料的反应情况,需用 一个或两个视镜作照明用,另取一个作观察用(对 称安装)。视镜若因介质结晶,水汽冷凝等原因影 响观察时需装设冲洗装置。 ? 不带颈视镜孔的公称直径有50-150毫米五种,公称 压力最大为2.5MPa(25kgf/cm2)。当视镜需要斜 装或设备本身的直径较小时,常采用带颈视镜。 内压容器设计基础 不带颈视镜 椭圆形人孔 带颈视镜 快开人孔 内压容器设计基础 ? c.人孔和手孔 ? 为了便于设备的维护, 检修,拆装和清洗内件, 设备根据不同的需要一 般开设人孔或手孔。人 孔开设成圆形或椭圆形。 圆形人孔直径为400500毫米,椭圆形人孔 最小尺寸为400 x 300 毫米,手孔直径为l50250毫米。 ? 手孔已标准化,可根据 设备的公称压力和手孔 的公称直径按标准选取。 手孔 手孔 内压容器设计基础 ? 对于工艺和维修需要,在设备直径大于900毫米时 可开设人孔。人孔的尺寸及位置应该以设备内件安 装和工人进出方便为原则。为了减少对设备的开孔 削弱,人孔的尺寸在满足以上原则的前提下,尽量 小或采用椭圆形人孔。圆形人孔制造简单方便,成 本低,因而应用广泛;椭圆形人孔制造加工较困难, 但它对设备的削弱较小,特别是在圆筒形壳休上开 椭圆孔更显示出它的优越。故常用于压力较高的设 备。 ? 2. 开孔补强 ? 补强的目的:是使孔边应力集中系数(应力集中系数 是指容器开孔局部区域中的最大应力与该容器中的 薄膜应力的比值)降低到某一允许的范围,即能满足 工程上的要求。 ? 方法:采用孔边局部补强(增加壁厚)。 内压容器设计基础 ? a.允许不另行补强的开孔直径 ? 在容器上开小孔,允许不另行补强的开孔直径:在 圆筒体,球体,锥体及凸型封头(以封头中心为基准 的80%的封头内径的范围内)开单个小孔按下式计 算:d=0.14√D S 式中:d- 开孔直径,D- 壳体内径,S-壳体计算厚壁。 ? b.补强圈(贴板)补强:结构简单,一般是在壳体开 孔的周围贴焊一块厚度、材质与壳体相同的圆环形 钢板,要求补强圈要紧贴在壳体上。在补强圈上开 有一个M10的螺孔,以便通入压缩空气检查加强圈 与壳体焊接贴合的紧密性。采用补强圈补强,若焊 缝质量得到保证,就具有一定的补强作用和效果。 补强圈补强由于抗疲劳性能差,所以补强圈通常用 于受静载的中低压容器。此外,还有接管补强法和 整锻件补强法等。 第三章 物 料 输 送 设 备 概述 1.输送机械 a.液体输送设备 离心泵、往 复 泵(泥浆泵)等; b.气体输送设备 鼓风机、真空 泵 、空气压缩机等; c.固体输送设备 带式输送机、 斗式提升机 、螺旋输送机等。 2.输送方式 : 气流输送系统-利用空气的动能 在管道 内输送固体物料。 物料输送设备 3.1 输送机械 一.带式输送机 ? 带式输送机是一种广泛应用的连续输送机械。可 用于输送块状和粒状物料,如谷物.地瓜干、煤 块等;也可用于整件物料的输送,如麻袋包、瓶 箱等。可进行水平方向和倾斜方向输送。 ? 1. 结构 ? 带式运输机的主要部件为带、托辊、鼓轮、传动 装置、张紧装置、加料装置和卸料装置。 ? 带: 输送带有橡胶带、钢带、网状钢丝带以及塑 料带等多种,以适应不同使用场合,其中用得最 广泛的是橡胶带。橡胶带由苦干层帆布组成,各 层帆布之间用橡胶胶合,带的上下及两侧复有橡 胶保护层。 物料输送设备 ? 帆布层是承受拉力的主要部分.带愈宽,帆布层数 愈多,承受拉力也愈大。国产橡胶带一般2-12层, 宽300-1600mm. ? 托辊: 由于带式运输机很长,所以必须在胶带下面 安装托辊以限制胶带下垂。托辊分上托辊和下托辊, 上托辊有直形和槽形两种,下托辊多为直形。 ? 托辊的间距与带宽和所运送的物料有关,当物品为 大于20kg的成件物品时,间距应不大于物品在运输 方向的长度的1/2,以保证物品至少支持在两个托辊 上。对于松散物料,间距可取1-1.5m。空载托辊的 间距可取2-3m。 ? 鼓轮:带式输送机两端的轮称为鼓轮。卸料端的鼓 轮通常为主动轮,该轮旋转时,借摩擦力作用,带 动胶带运动。另一端的鼓轮为从动轮,其作用是拉 紧胶带和转向胶带。 物料输送设备 ? 鼓轮常为生铁铸造或用 钢板焊接成的空心轮。 为增加鼓轮和带之间的 摩擦力,可在轮表面包 上橡胶、皮革或木条。 鼓轮的宽度应较胶带的 宽度大100-120mm。 ? 传动装置:主要包括电 动机和减速器,有两种 另一种是开式,电机经敞开的 结构形式:一种是闭式, 齿轮或链轮减速后传动主动轮。 电机和减速器都装在主 闭式结构紧凑,易于安装布置, 动轮内; 所以多用。 物料输送设备 螺旋式(大型机) 重 锤 式(小型机) ? 张紧装置: 作用是给 胶带一定张力,防止 胶带在鼓轮上打滑。 ? 常用的张紧装置有重 锤式和螺旋式两种。 ? 加料装置:为确保物 料均匀地落到输送带 上,常用漏斗式加料 器和螺旋式加料器。 漏斗式加料器结构简 单,漏斗后壁为一倾 斜面,以方便物料落 至带上,漏斗出口应 不超过带宽的0.7倍。 螺旋加料器加料准确 均匀,但结构较复杂。 物料输送设备 ? 卸料装置: 物料通常从输送带的末端卸出,此时不 需要卸料装置。中途卸料可用挡板,挡板与输送带 纵向中心线度,角度太大, 侧向推移力小,物料不易卸出;角度太小,会增加 挡板所占位置。 ? 2.工作原理 ? 带式输送机的工作原理是利用一根封闭的环形带, 由鼓轮带动运行,物料放在带上,靠摩擦力随带前 进,到带的另一端(或规定位置)靠自重(或卸料器)卸 下。 ? 带的运行速度对输送量有很大影响,对不同物料应 选用不同的带速。 ? 当输送成件物品时,为装卸方便,往往用较低的带 速,约为0.5-1.5m/s,甚至更小一些。 ? 当连续输送散料时,速度过小,输送能力很小;速 度太快,输送带会产生振动,物料容易从带上掉下。 具体设计时,可查阅相关设计手册。 物料输送设备 ? 带式输送机在倾斜情况下工作时,各种物料的许用 倾角可查阅相关设计手册。 ? 优点:结构比较简单,工作可靠,输送能力大,动 力消耗低,适应性广。 ? 缺点:造价较高,若改向输送需多台机联合使用。 ? 二. 斗式提升机 ? 斗式提升机是一种垂直升送(也可倾斜升送)散状物 料的连续输送机械。机械的远行部件均装在机壳内, 防止灰尘飞出,在适当的位置,装有观察口。 ? 1. 结构 ? 料斗:料斗一般由薄钢板、不锈钢板或铝板冲压, 焊接或铆接而成。分为深斗、浅斗和尖角形斗三种 类型,如图所示。 物料输送设备 ? 料斗带:常用的料斗带有胶带和链条两种。胶带 和带式运输机的相同。料斗用特种螺钉和弹性垫 片固定于带子上,钉头应埋于胶带内,以免与转 鼓碰击。带宽比料斗的宽度大35-40mm。 链条 具有较强的牵引力,适用于高生产率及提升高度 较高和较重的物料运输,但运行的平稳性较差。 深斗 浅斗 尖斗 物料输送设备 ? 卸料方法:根据物料 性质不同,可分别选取离 心式或重力式卸料法。 ? 装料方法:分为掏取式 和喂入式两种。掏取式装 料适用于磨损性小的松 散物料,料斗的速度可 离 心 式 较高,可与离心式或 重力式卸料法相配 合。 喂入式装料就是 把 物料直接加入 到 运动着的料斗中, 料斗 宜低速运行, 运用于大块和磨损性 大的物料。 掏取式 重力式 喂入式 物料输送设备 ? 转鼓: 根据使用的胶带和链条不同,转鼓有两种不 同的类型:皮带轮和链轮。上下两轮直径相同,一 股为300一500mm,上部为主动轮,下部是从动和 张紧轮。 ? 2.工作原理 ? 它用胶带或链条作牵引件,将一个个料斗固定在牵 引件上,牵引件由上下转鼓张紧并带动运行。物料 从提升机下部加入料斗内,提升至顶部时,料斗绕 过转鼓,物料便从斗内卸出,从而达到将低处物料 升送至高处的目的。 ? 三. 螺旋输送机 ? 螺旋输送机是生物(发酵)工厂较为广泛应用的一种 散状物料输送机械,如啤酒厂常用于输送大麦和麦 芽,此外还可用于加料、混料等操作。 物料输送设备 ? 螺旋输送机主要用于水 平方向运送物料,也可 用于倾斜输送,但倾角 一般应小于20度。也有 1-皮带轮 2-轴承 3-机槽 用螺旋输送机在垂直方 向运送物料。 ? 1. 结构 ? 螺旋:螺旋是由转轴 与装在轴上的叶片构成, 4-吊架 5-螺旋 6-轴承 螺旋叶片的形状有全叶 式、带式、叶片式和成 型叶等四种,如右图所 示,生物(发酵)工厂较 常用的是前两种。 物料输送设备 ? 全叶式结构最简单, 推力和输送量都很大, 效率很高,特别适用 于松散物料。对于粘 稠物料宜用带式螺旋。 叶片式和成型叶在输 送物料的同时,往往 还对物料具有搅拌、 揉捏及混合等作用。 ? 螺旋叶片大多由薄钢 板冲压而戊,然后焊 接到轴上。螺旋的旋 转方向有左旋和右旋 之分。 全叶式 带式 叶片式 成型叶 物料输送设备 ? 在同一根轴上,可以将螺旋设计为一半是左旋,一 半是右旋,这样可将物料同时从中间输送到两端, 或从两端输送到中间。螺旋与机槽有一定的间隙, 为5-15mm,间隙太大,输送效率降低。 ? 轴:可以是空心轴也可以是实心轴,一般每段制成 2-4m长,然后按需要连接起来。通常用钢管制成空 心轴,因空心轴重量轻,又方便互相连接。 ? 轴承:在轴的两端装有止推轴承, 以承受螺旋推 送物料时所产生约轴向力。由于轴很长,所以在中 间应装有吊装的轴承-吊架,以加强对轴的支承作 用。 ? 机槽:机槽多用3-6mm钢板制成,槽底为半圆形, 槽顶有平盖。为了搬运、安装及修理的方便,多由 数节联成,每节长约3m。各节连接处和机槽边焊 物料输送设备 ? 角钢,这样便于安装又增加刚性。机槽两端的槽 端扳,可用铸铁制成,同时也是轴承的支座。 ? 2.工作原理 ? 利用旋转的螺旋,推送散状物料沿金属槽向前运 动。物料由于重力和与槽壁的摩擦力作用,在运 动中不随螺旋一起旋转,而是以滑动形式沿着物 料槽移动。 ? 优点:构造简单紧凑,密封好,便于在若干位置 进行中间装载和卸载,操作安全方便。 ? 缺点:输送物料时,由于物料与机壳和螺旋间都 存在摩擦力,因此单位动力消耗较大,物料易受 损伤或破碎,螺旋叶及料槽也易受磨损,输送距 离不宜太长,一般在30m以下(个别情况可达5070m)。 物料输送设备 ? 3.2 气流输送 ? 概述 ? 气流输送在生物发酵工厂中广泛用于输送颗粒或粉 末状的松散物料(原料、半成品、成品)。如大麦、 大米、麦芽、地瓜干、玉米、味精、酶制剂等松散 物料,它是借助强烈的空气流沿管道流动,把悬浮 在气流中的物料输送至所要求的地方。 ? 与机械输送相比: ? 气流输送的优点为设备简单,占地面积小,设备费 用少,输送能力和输送距离的可调性大,管理简便 和易于实现自动化; ? 它的主要缺点是动力消耗比较大,不适于输送潮湿 的和粘滞的物料。 物料输送设备 ? 一. 气流输送原理 ? 1. 颗粒在垂直管中的悬浮与输送 ? 当一个小颗粒在静止气流中降落时,颗粒受到重力、 浮力和阻力的作用。如果重力大于浮力,颗粒就受 到一个向下的合力(它等于重力与浮力之差)的作用 而加速降落。随着降落速度的增加,颗粒与空气的 摩擦阻力相应增大,当阻力增大到等于重力与浮力 之差时,颗粒所受的合力为零,因而加速度为零, 此后颗拉即以加速度为零时的瞬时速度等速降落, 这时颗粒的降落速度称为自由沉降速度(Ut)。 ? 若气流具有向上速度U,而U=Ut,则颗粒在气流中 静止(悬浮),这时的气流速度称为颗粒的悬浮速度, 它在数值上等于Ut。若U Ut,颗粒就会被气流带 动而实现气流输送。 物料输送设备 ? 2. 颗粒在水平管中的 悬浮与输送 ? 颗粒在水平管中的悬浮 较为复杂,一般认为是 下列几种力作用的结果。 ? a.气流为湍流时在垂直 方向上的分速度所产生 的力。 ? b.静压差产生的作用力。 ? c.麦格纽斯效应。 ? d.由于颗粒形态不规则 而产生的气流推力的垂 直分力。 物料输送设备 ? e.颗粒与颗粒碰撞或颗粒与管壁碰撞而产生的垂 直方向的反作用力。 ? 上述五种力的作用,仅表示水平管颗粒悬浮受力 的可能性,并不表示作用力的同时性。它们的作 用与时间的关系,还是个未知函数。 物料输送设备 ? 二. 气流输送流程 ? 1. 真空输送流程 ? 真空输送又称吸引式气 流输送。当真空泵(或 风机)开动后,系统内 形成负压,空气和物料 被吸入输料管中。送到 指定地点后,经卸料装 置使物料从气流中分离 出来,再经过旋转加料 器(闭风器)将物料卸 出,空气经过除尘净化 后排放。 线-旋转加料器 6-排料斗 7-空气管 8-除尘 器 9-线-排风管 物料输送设备 ? 2. 压力输送流程 ? 当风机开动后,物料经 旋转加料器(闭风器) 加入输送管中(由于系 统内的压力高于大气压 力,所以要用旋转加料 器加料,以防反吹), 在高速气流的带动下物 料输送到指定点,然后 压力输送流程 经卸料装置使物料从气 1-空气入口2-鼓风机3-加料 流中分离出来,而空气 斗4-旋转加料器5-输送管 6经净化后排放。 分离器7-排料口 8-空气出口 物料输送设备 3. 比较 ? 真空输送 ? 当从几个不同的地方, 向一个卸料点送料时, 真空输送系统最合适。 ? 加料器结构简单,而排 料则要有封闭较好的排 料器(闭风器),防止物 料反吹。 ? 真空泵在后,空气除尘 要求高,以免被磨损。 ? 密闭负压输送,物料不 会飞扬。 ? 压力输送 ? 当从一个加料点,向几 个不同的地方送料时, 压力输送系统最适合。 ? 加料口要有闭风器,而 排料口不需闭风器,可 自动排出。 ? 正压输送,若密闭不严, 物料会飞扬。 物料输送设备 ? 输送方式选择 ? 应根据物料的特性、输送量、输送距离、线路状况、 动力消耗等因素,综合进行考虑。 ? 一般对于大麦、大米等松散的粒状物料,最适宜用 气流输送;而较大的块状物料、过细的粉状物料、 潮湿粘性大的物料、浆状物料等,气流输送时困难 较大,宜选用机械输送。输送量大且能连续运行的 操作,宜用气流输送,输送量少而且是间歇操作的, 不宜用气流输送,可选用机械输送。对短距离输送, 宜用低压压送或真空输送;长距离输送,则以高压 压送为宜。 ? 三. 气流输送系统的组成设备 ? 1. 进料装置 物料输送设备 ? a.吸嘴 吸嘴是用于真空系统的进料装置,种类很多,常 用的有下列几种: a).单管形吸嘴 输料管口就是单管形吸嘴,空气和 物料同时从管口吸入。由于结构简单,应用较多。 其缺点是当管口外侧被大量物料堆积封堵时,空 气不能进入管道而使操作中断。 b).带二次空气进口的单管形吸嘴 对上述单管形吸 嘴的缺点有所改善,但效果有限。 c).喇叭形双筒吸嘴 : 这种吸嘴由内简和外筒组成。 内筒用来吸取物料,其直径与输料管直径相同, 吸料口做成喇叭形。外简与内筒间的环隙是二次 空气通道。外简可上下调节,以获得最佳操作位 置。吸嘴长度一般不超过900mm。 物料输送设备 d).固定形吸嘴 : 这种吸 嘴如右图所示,物料通 过料斗被吸至输送管中, 由滑板调节进料量。空 气进口应装有铁丝网, 防止异物吸入。 固定形吸嘴 物料输送设备 ? b.旋转加料器 ? 又称旋转阀(闭风器), 可在压送式系统中作加 料用,或在吸送式系统 中作卸料用。外壳内有 一旋转叶轮,叶轮由六 至八片叶片组成,由电 动机带动旋转。在低转 速时,转速与排料量成 正比,当达到最大排料 量后,如继续提高转速, 排料量反而降低。这是 因为转速太快时,物料 不能充分落入格里,已 落入的又可能被甩出来。 旋转加料器 物料输送设备 ? 叶轮与外壳之间的间隙约为0.2-0.5mm,间隙愈小, 气密性愈好,但相应的加工精度也就愈高,从而增 加制造费用。也可在叶片端部装聚四氟乙烯或橡胶 板,以提高气密性。 ? 2.物料分离装置 物料沿输送管被送达目的地后,必须有一个装置 (分离器)将物料从气流中分离出来,然后卸出。常 用的分离器有两种:旋风分离器和沉降器。 ? a.旋风分离器 这是一种利用离心力沉降原理自气流中分离出固体 颗粒的设备。这种分离器结构简单,加工制造方便, 对于大麦、豆类等物料,分离效率可达百分之百, 且进口气速不宜过高,以减轻颗粒对器壁的磨损。 ? 物料输送设备 旋风分离器 物料输送设备 ? b.重力式分离器 这类分离器常称为沉 降器,有各种结构形 式,图示的是其中的 一种。带有悬浮物料 的气流进入分离器后, 流速大大降低,物料 由于自身的重力而沉 降,气体则由上部排 出。这种分离器对大 麦、玉米等能百分之 百的分离。 重力式分离器 物料输送设备 ? 3.空气除尘装置 ? 空气除尘器的作用是:可进一步回收粉状物料, 减少损失;净化排放的空气,以免污染环境;防 止尘粒损坏真空泵。 ? 常用的除尘器有旋风分离器、袋滤器和湿式除尘 器。 ? a.旋风分离器 ? 粉尘的粒径较小,它在离心力场中的沉降速度, 受离心力大小的影响是明显的。旋转速度愈大, 颗粒受的离心力也愈大,沉降速度也就增大。所 以要有一定的进口气速(10-25m/s),且器身直 径也要符合结构比例,以保证足够的旋转速度。 ? 当然,过高的气速也不宜,会使压力损失大大提 高,同时已沉降的粒子会被重新卷起,反而降低 了分离效率,旋风分离器有多种类型,国内已有 物料输送设备 ? 完善的系列产品,选用 时可查阅有关手册。 ? 旋风分离器用于分离 l0μm以下的粒子,效 率不高,可在其后连接 袋滤器或湿式除尘器来 进一步捕集。 ? b.袋滤器 器内装有许多直径为 100-300mm圆筒状的 滤袋,含尘气流由进气 口进入,穿过滤袋,粉 尘被截留在滤袋内,从 滤袋出来的洁净气流由 排出口排出。袋内粉尘 借振动器振落到下部而 袋滤器 物料输送设备 国产袋滤器有LD8/1、 LDl4、LDl8等多种型 号。能捕集细小而干燥 的工业粉尘,其初始含 尘量可在200mg/m3以 上,若空气的初始含尘 量为5000-10000 mg/m3时,可作为第二 段除尘,除尘效率可达 98%以上。 物料输送设备 ? c.湿式除尘器 湿式除尘器 就是利用水来捕集气 流中的粉尘,有多种 不同的结构形式(图示 为较简单的一种)。含 尘气体进入除尘器后, 经伞形孔板洗涤鼓泡 而净化,粉尘则被截 留在水中。这种除尘 器要定期更换新水, 只适于含尘量少的气 体净化。 物料输送设备 ? 四. 气流输送系统的计算 ? 1. 气流速度 如何正确的确定气流速度,是系统设计一个很重要 的参数。一般来说,物料的密度愈大,粒径愈大, 选用的气流速度就要大。 ? 2. 混合比 气流输送系统中,物料的质量流量Ws(kg/h)与空气 质量流量Wa(kg/h)的比值称为混合比。 ? 3. 输送空气量和输送管径计算 ? 4. 压力损失计算 ? 5. 输送功率计算及风机选择 ? 具体设计可参考教材上的例题。 ? 概述 第四章 物 料 处 理 与 培 养 基 制 备设备 ? 培养基制备工艺过程: 原 料 → 筛 选 → 粉 碎 → 糊 化(蒸煮、酶) → → 糖 化(酶法)→ 灭 菌 → 冷 却 4.1 固体物料的预处理与粉碎设备 概述 工业化大生产所用原料主要有两种: 1.直接使用淀粉为原料(或淀粉的加工品,如各种淀 粉糖)。 2. 以初级粮食为原料(淀粉质原料),如大米、玉米、 瓜干、苕干、大麦等,需要对原料进行预处理(包括 筛选、除杂和粉碎)。 物料处理与培养基制备设备 预处理原因:是因为原料在收获贮藏和运输中会混入 各种夹杂物,可分为三类: a.纤维性较长物质,如麻绳、草屑、庄稼秸秆等; b.颗粒状,如泥土块、沙子、小石块等; c.铁磁性物质,如铁钉、螺丝等。 危害:原料出品率降低;影响后面工序的进行,如粉 碎时会磨损机械等。 粉碎目的:主要是使物料颗粒变小,表面积显著增大, 可加速溶解,节省 加热时的蒸汽量(减少能 耗),提高原料利用率,减少输送时管道堵塞等。 物料处理与培养基制备设备 一. 固体物料的筛选除杂设备 1. 粗选设备--振动筛 a.结构 以大麦粗选设备为例 ,结构见下图。 振动筛:是一种平面筛,常用筛子有两种:一种是 由金属丝(或其他丝线)编织而成的;另一种是冲 孔的金属板。 筛孔的形状有圆形、正方形、长方形等。 大麦粗选机用的是长方形的冲孔筛板。 筛板开孔率一般为50-60%,开孔率愈大,筛选效 率愈高,但开孔率过大会影响筛子的强度。 目前使用的筛选机,筛宽在500-1600mm,振幅通常 取4-6mm,频率可在200-650次/分范围内选取。 物料处理与培养基制备设备 b.工作原理 筛选操作就是将物 料从筛的一端加入, 并使其向筛的另一 端移动,从而使尺 寸小于筛孔的物料 穿过筛孔落下, 成为筛下物;尺寸 大于筛孔的物料则 经过筛面从筛的另 一端引出。 SZ型振动 筛的技术参数 ( SZ50×2 等)和振动 筛系列规格见教材 P163-164。 大麦粗选设备 物料处理与培养基制备设备 2. 磁铁分离器 a.结构 平板式磁铁分离器 旋转式磁铁分离器 b.原理: 用磁铁分离器 除铁时,只要原料成 薄层通过分离器,铁 块便被吸住而除去, 物料则继续自由通过。 3. 分级设备 旋转式 工厂常用的另一种筛是 圆筒分级筛,可用于 原料精选后的分级。 如啤酒厂用于大麦精 选后的分级。 平板式 物料处理与培养基制备设备 筛子用1 mm厚的钢板制 作,筛孔长25mm, 宽2.2及2.5mm, 精选大麦从小 孔端进入,由大 孔端排出,从而分 出三 个级粒(2.2、 2.5、2.8)。 2.2 2.5 分级筛 物料处理与培养基制备设备 二. 固体物料粉碎设备 1. 锤式粉碎机 广泛用于各种中等 硬度的物料,如瓜干、 王米等的中碎与细碎, 尤其适用于脆性物料。 a.结构:如左图所示。 a).转子(钢质圆盘或方盘) )b.锤刀 形式:矩形、带角矩形 和斧形。 锤式粉碎机 物料处理与培养基制备设备 安装:严格对称,保证 主轴具有动平衡性能。 以免产生附加的惯性力 损伤机器。 筛网 有不同规格,控制 粉碎度,一般1.5mm。 b.工作原理 物料从上方料斗加入, 在悬空状态下就被高速 旋转的锤刀产生的冲击 力所破碎。然后物料被 抛至冲击板上,再次被 击碎。 锤刀 形式 矩形 带角矩形 斧形 两辊式粉碎机 物料处理与培养基制备设备 此外物料在机内还受到挤压和研磨的作用。被粉碎 的物料通过机壳底部上的格栅网孔(筛网)排出。 ? 优点:构造简单、紧凑,能粉碎各种不同性质的 物料,粉碎度大,生产能力高,运转可靠。 ? 缺点:机械磨损(锤刀)比较大。 ? 2.辊式粉碎机 ? 辊式粉碎机广泛用于粒状物料的中碎及细碎。如 麦芽和大米的粉碎都可用辊式粉碎机,常用的有 两辊式、四辊式、五辊式和六辊式等。 ? a.结构 以两辊式粉碎机为例。 该机由两个直径相同,以相对方向转动的圆柱形 辊筒组成。 物料处理与培养基制备设备 ? 辊简的圆周速度一般在2.5-6m/s之间,速度太大, 物料在辊筒面上会跳动,而不易被辊筒带入压碎。 两辊速度相同时,辊筒对物料只有挤压作用,若使 两辊存在15-20%的转速差,则可同时产生挤压与 剪切作用,从而增加粉碎度。两辊筒中,一个是固 定的,一个是可移动的,这样可调节辊筒的间隙。 另外在可移动辊筒的轴承后方,还装有推力弹簧, 当过硬或大块物料通过时,辊筒可稍微移开,而不 致损环机器。辊筒按其表面状况分为光辊及丝辊两 种。 物料处理与培养基制备设备 ? b. 四辊式粉碎机 四辊式粉碎机由两对 辊简和一组筛子所组 成。麦芽经第一对辊 筒粉碎后,由筛选装 置分离出皮壳排出, 粉粒再进入第二对辊 筒粉碎。 四辊式粉碎机 物料处理与培养基制备设备 c.五辊式粉碎机 该机前三个辊筒是光辊, 组成两个磨碎单元。 后两个辊筒是丝辊, 单独成一磨碎单元。 通过筛选装置的配合, 可以分离出细粉、细粒 和皮壳。 五辊式粉碎机 ? 3. 盘 磨 机 盘磨机广泛用于磨碎 大米、玉米、豆类等 物料。主要构件是两 个带沟绞的圆盘,一 个和轴一起转动, 另—个固定在外壳上。 物料由料斗进入圆盘 中心。由于离心力的 作用,物料在两个圆 盘缝隙中向外甩出, 并受到圆盘的研磨和 剪切作用而被粉碎。 两圆盘的缝隙是可调 的。 另有一种结构是两圆盘同时反向旋转,其对物料的研磨及 剪切作用更强。 物料处理与培养基制备设备 物料处理与培养基制备设备 ? 4. 球磨机 主要由转筒与硬质球体所 组成。转筒旋转时,圆 球在离心力作用下依旋 转方向升起,直至圆球 的重力超过离心力时, 圆球才向下掉落,对物 料产生撞击,同时靠近 筒壁的物料也为圆球所 研磨。物料能同时受到 撞击与研磨作用者属正 常操作。显然,转速过 慢,撞击作用减弱甚至 不起作用;转速过高, 球磨机 圆球所受的离心力超过重力 时,球即随转筒旋转而不能 有效地粉碎物料。所以,转 筒的转速应适当选择,以使 球能被转筒带上一定的高度 后落下。 物料处理与培养基制备设备 ? 5. 超细粉碎设备 超细粉碎技术是近年来 发展起来的一门新兴技 术,它在化工、冶金、 建材、电子、轻工、医 药、农业等许多领域有 着广泛的应用。 1).气旋式气流粉碎机 ? a.结构 由粉碎、分级、收集三 部分组成。 气旋式气流粉碎系统 物料处理与培养基制备设备 ? b.工作原理 压缩空气经过冷却、 过滤、干燥后,经喷 嘴形成超音速气流射 入粉碎室,使物料流 态化,被加速的物料 在数个喷嘴的交汇点 汇合,产生剧烈的碰 撞、磨擦、剪切而形 成颗粒的超细粉碎。 物料处理与培养基制备设备 c.工艺流程图 粉碎后的物料被上升的气流输送至叶轮分级区内, 在分级轮离心力和风机抽力的作用下,实现粗细粉 的分离,合格的细粉随气流进入旋风收集器、袋式 除尘器收集,净化的气体由引风机排出。 物料处理与培养基制备设备 ? d.特点 ◇集粉碎、分级、混合、颗粒整形于一体,实现联 机综合作业。 ◇产量大,能耗低。比传统流化床、对喷式气流粉 碎机产量提高1倍,更适用于低附加值产品的超细 粉碎。 ◇进料粒度范围大,最大进料粒度5mm。 ◇粒度分布集中,尤其适合于粒度分布窄的产品。 ◇粉碎粒度范围广,在d=3~180μm范围任调;机 型全,产量5–3200kg/h机型任选。 ◇对易燃、易爆的物料可用惰性气体作介质粉碎。 ◇磨损极小,尤其适合于高硬度、高纯度物料生产。 ◇低温无介质粉碎,尤其适合于低熔点、热敏性物 料的粉碎。 ◇设备结构设计易于拆洗、消毒;方便更换品种。 物料处理与培养基制备设备 设备性能表 LHC-6 LHC-10 LHC-20 LHC-40 LHC-60 ≤3 ≤3 ≤3 ≤3 ≤3 型号 参数 入料粒度 (mm) 粉碎产品 细度 (d97=um) 生产能力 (kg/h) 空气耗量 (m3/min) 空气压力 (MPa) 装机功率 (kw) LHC-3 ≤3 3 5~150 3 3 60~ 300 6 3 100~ 500 10 3 200~ 1500 20 3 600~ 3000 40 3 800~ 4500 60 0.8 30.5 0.8 59 0.8 85 0.8 165 0.8 310 0.8 450 物料处理与培养基制备设备 ? 2).机械冲击磨 ? a.工作原理 利用围绕水平或垂直轴高 速旋转转子上的冲击元 件(叶片、锤头、棒等) 对物料施以激烈的冲击, 并使其与定子间以及物 ACM型机械冲击磨结构示意图 料与物料之间产生强烈 的冲击,从而以强大力 由日本细川公司研制,结构 量进行粉碎。 简单、产量高、能耗低; 产 品平均细度(d90)在10b.特点及适用范围 (a).构造简单,操作容易; 1000μm范围 ;若采用陶瓷 ? (b).单位能耗的粉碎能 作粉碎部件,则具有高耐磨 力大,因而设备运转费 性;由于大风量输送物料, 传热效果好,可有效的降低 用低; 磨内温升。 ↓ ↓ ↓ 物料处理与培养基制备设备 ? (c).容易调节粉碎产品粒度; ? (d).可连续自动运转; ? (e).粉碎对象从矿石类到有机、无机化学药品,纤 维状物质以及塑料聚合物类等,应用范围广泛; ? (f).机械安装占地面积小。 ? 由于高速运转,不可避免要产生磨损问题,因而该 类设备不适合处理高硬度的物料;此外,还有发热 问题,对热敏性物质的粉碎,要注意采取适宜措施。 这种粉碎机主要应用在矿业、化工、建材、药物等 行业。 ? 3).搅拌磨 ? 搅拌磨是超细粉碎设备中最有发展前景的粉碎设备。 ? a.结构:由一个静止的内填小直径研磨介质的研磨 筒和一个旋转搅拌器构成,有间歇式、循环式和连 续式三种类型。 物料处理与培养基制备设备 ? 工作原理:由电动机 通过变速装置带动磨 筒内的搅拌器回转, 物料和研磨介质作自 转运动和多维循环运 动,从而在磨筒内不 断地上下、左右相互 置换位置而产生激烈 的运动,由研磨介质 重力以及螺旋回转产 生的挤压力对物料进 行摩擦、冲击、剪切 作用而粉碎。 湿式塔式磨机 物料处理与培养基制备设备 ? 这是一种立式搅拌磨, 它们均借助于竖立的螺 旋叶片进行搅拌、翻动 研磨介质和物料进行粉 碎的。 ? b.特点:(a)结构简单, 操作容易;(b)占地面 积小,安装基础费用低; (c)机械振动小、噪音低; 干式塔式磨机 (d)产品粒度分布均匀, 容易获得所需粒度的产 主要适用最大粒度小于微米以 品;(e)磨介尺寸。