固體輸送是一種化工單元操作，在化工生產中很重要。化工生產中，許多種原料、半成品和成品產品是處於固體狀態，需要從一處輸送到另一處，固體物料的輸送要保證效率和維持物料的品質。 在固體輸送區，在旋轉著螺桿的作用下，從料斗加入的固體高分子材料通過料筒內壁和螺桿表面的摩擦作用向前輸送和壓實。在固體輸送區，由於溫度較低，物料仍然保持固體狀態並逐漸被樂實，同時，排除夾雜在鬆散物料中的氣體。
基本介紹
- 中文名：固體輸送
- 外文名：Solid conveying
- 屬於：化工單元操作
- 套用：化工生產
- 常用設備：帶式輸送機
- 影響因素 ：擠出機結構的影響
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固體流態化
流態化是一種使固體顆粒通過與流體接觸而轉變成類似流體狀態的操作。自20世紀20年代開始在粉煤氣化中套用以來，該技術已廣泛套用於顆粒物料的加熱、乾燥、混合、浸取、吸附等過程中。
固體流態化現象
當一種流體以不同速度向上通過顆粒床層時，可能出現以下幾種情況：當流體的速度低時，流體只穿過靜止顆粒之間的空隙而流動，這種床層稱為固定床，床層高度為L0。若流速增大至一定值，床層略有鬆動，有的顆粒位置稍有調整，床層膨脹但顆粒仍不能自由運動，床層高度為Lmf，這種情況稱為初始流化或臨界流化；此時的空塔流速稱為初始流化速度或臨界流化速度。如果流體的流速升高到全部顆粒剛好懸浮在向上流動的氣體或液體中而能做隨機的運動時，此時顆粒與流體之間的摩擦力恰與其淨重力相平衡。此後床層高度L將隨流速提高而升高。床層具有類似於流體的性質，這種床層稱為流化床。若流速再升高達到某一極限值後，流化床上界面消失，顆粒懸浮在氣流中，並被氣流帶走，這種情況稱為氣力輸送。顆粒開始帶出的速度稱為帶出速度，其數值等於顆粒在該流體中的沉降速度。
流化床的流體力學特性
流化床中的氣固運動狀態很像沸騰的液體，並且在許多方面表現出類似於液體的性質。流化床具有像液體那樣的流動性，固體顆粒可從小孔噴出，並像液體那樣，從一個容器流入另一個容器。比床層密度小的物體可很容易地推入床層，而一鬆開，它就彈起並附在床層的表面上。當容器傾斜時，床層的上表面保持水平，而且當兩個床層相通時，它們的床面會自行調整至同一水平。床層中任意兩截面問的壓強變化大致等於這兩截面間單位面積床層的重力。
利用流化床類似液體的特性，固體顆粒的流出是一個具有實際意義的重要特性，它使流化床的操作能夠實現固體的連續加料和卸料。
固體塞的運動分析
由於假設螺桿靜止料筒旋轉，則固體塞運動的驅動力是料筒表面與固體塞之間的摩擦力；而螺桿與固體塞之間的摩擦力則是阻止固體塞運動的作用力，因此，固體塞的移動是受周圍螺桿、料筒表面之間各摩擦力所控制。
由理論力學可知，絕對速度等於相對速度與牽引速度的矢量和，由下圖分析可知。
固體塞的運動分析固體塞微單元的絕對速度V3等於固體塞受到料筒的牽引速度V1與固體塞沿螺槽方向相對速度V2的矢量和，V1與V3的夾角θ被稱為牽引角或移動角，即固體塞絕對速度與螺桿外圓切線速度的夾角，其值為0~90°。從物理意義上說，θ角的方向是“位於”固體塞上的觀察者所看到的料筒運動方向。V3的軸向速度分量為Vp1。固體輸送流率等於同體塞軸向運動速度Vp1與垂直於Vp1的螺槽流道截面積F之積。
影響固體輸送率的因素
固體輸送率主要與擠出機結構和擠出工藝等因素有關。
1、擠出機結構的影響
從擠出機結構角度來考慮，增加螺桿直徑、螺槽深度、和螺旋角，對增大固體輸送速率是有利的。但螺桿直徑增大必然使擠出設備過於龐大，螺槽深度增大會導致螺桿根徑尺寸過小，易使螺桿根部被扭斷。同時，為了使螺桿更易於加工，通常螺旋角為定值。因此，通過改變螺桿參數來增大固體輸送率是不可取的。
2、運轉條件的影響
螺桿轉速同樣與固體輸送率成正比，即提高螺桿轉速，能夠提高固體輸送流率，但是增大轉速，有可能引起螺桿熔融能力的下降，導致產品質量變差。
3、牽引角的影響
牽引角是影響擠出生產率的重要因素。它取決於螺桿幾何參數、摩擦因數和壓力增長情況等因素。牽引角越大，固體輸送率越大。
為了提高固體輸送速率，應降低物料與螺桿的靜摩擦因數，提高物料與料筒的徑向靜摩擦因數、，降低物料與螺桿的靜摩擦因數可通過提高螺桿的表面光浩度實現。此外，由於固體物料對金屬的靜摩擦因數是隨溫度的降低而減小的，因此可在螺桿中心通入冷卻水，以適當降低螺桿的表而溫度，從而達到降低物料與螺桿的靜摩擦因數的目的；為了提高物料與料筒的徑向靜摩擦因數，可在加料段的料筒內表面開設一些縱向溝槽，以增大物料與料筒間的徑向摩擦力。
固體輸送設備
背景介紹
固體輸送系統的設備主要分為機械輸送及氣力輸送兩大類。機械輸送設備一般由驅動裝置、牽引裝置、張緊裝置、料斗、機體組成，如帶式輸送機、螺旋輸送機、斗式提升機、刮板輸送機等，該類設備比較適宜短距離、大輸送量設備，機件局部磨損嚴重，維修工作量大。
氣力輸送裝置一般由傳送器、進料閥、排氣閥、自動控制部分及輸送管道組成，負壓抽吸輸送、高壓氣力輸送、空氣輸送斜槽等均屬氣力輸送設備。氣力輸送設備結構簡單、工藝布置靈活，便於自動化操作、一次性投資較小，適於長距離輸送，易密封，廣泛用於石油、化、醫藥及建材等工業領域。
帶式輸送機
帶式輸送機是藥品生產中套用很廣泛的一種連續式輸送設備，不僅適用於各種塊狀、粒狀、粉狀物料及成件物品的水平或傾斜方向的輸送，還可作為清洗、選擇、處理、檢查物料的操作台，用在原料預處理、選擇裝填和成品包裝等工段。
帶式輸送機的構造如下圖所示。
帶式輸送機封閉的輸送帶繞在傳動滾筒和改向滾筒上，由張緊裝置張緊，並在其長度方向上用上下托輥支承。工作時，驅動裝置驅動傳動滾筒迴轉，輸送帶在其與驅動滾筒間摩擦力的作用下，連續在傳動滾筒和改向滾筒間運轉，將加到輸送帶上的物料輸送到所需要的位置。
輸送帶既是帶式輸送機中的承載件又是牽引件，它是最易磨損的部件，要求其強度高、耐磨性強、延伸率及吸水性小。常用的輸送帶有橡膠帶、纖維帶、塑膠帶、鋼帶和網帶等。橡膠帶不易清理，在使用一段時間後會伸長，需定期調整滾筒的拉緊裝置，但其構造簡單，多用於對衛生無特殊要求的場合。鋼帶由不鏽鋼片或改性聚甲醛塑膠製成，表面光滑、不易生鏽，多用於對衛生條件有一定要求的場合。金屬絲網帶可耐高溫和低溫，因帶上有網孔，故其也可用於要求排水性好的洗滌裝置或透氣性好的乾燥裝置中。
滾筒按其所起作用的不同可分為驅動滾筒、改向滾筒、張緊滾筒等。驅動滾筒是傳遞動力的主要部件，輸送帶藉助於滾筒之間摩擦力運行。改向滾筒可改變輸送帶的走向，又可用來增大驅動滾筒和膠帶間的包角。張緊滾筒和托輥對輸送帶起到張緊和支撐作用。帶式輸送機輸送距離長，輸送能力高。構造簡單，工作可靠，運行平穩，噪聲小。其缺點是輸送不密封，輸送輕質粉狀料時易產生粉塵，輸送帶易磨損、易跑偏，不適用傾角較大的場合。
