第三章 物料输送过程与设备 在生物加工工业中，存在着大量固体和流体物料的输送问题，为了提高劳动生产率和减轻劳动强度，需要采用各种各样的输送设备来完成物料的输送任务。 在生物加工工厂的生产线中，输送设备按生产工艺的要求将物料从一个工作单元传送到另一个工作单元，有时在传送过程中对物料进行工艺操作。 按所输送的物料可分为固体物料的输送和流体物料的输送。输送固体物料采用各种类型的输送机和气力输送装置；输送流体物料则采用各种形式的泵和空气压缩机。 第一节 液体输送设备 在生产过程中，由于工艺上的要求，常需要把液体从一个设备通过管道输送到另一个设备中去，这就需要装置液体输送机械。被输送的液体，性质各异，有的粘稠，有的稀薄，有的有挥发性，有的对金属有腐蚀性。而且在输送过程中，根据工艺条件要求，各种液体的压头与流量又都各不相同，因此生产上就需要采用各种不同结构、不同材质的液体输送机械。 液体输送机械中，主要是各种类型的泵。根据其作用原理，大致可分为离心泵、往复泵、旋转泵等类型。 一、离 心 泵 （一）离心泵装置及其结构 离心泵是应用最广泛的一种液体输送机械。图3-1为离心泵装置简图。它由泵、吸入系统和排出系统三部分组成。吸入系统有吸入贮槽、吸入管、底阀、滤网。排出系统有排出贮槽、排出管、逆止阀、调节阀等。 吸入系统中的底阀为逆止阀，其作用是防止泵内的液体由吸入管倒流入吸入贮槽。滤网的作用是防止吸入贮槽内杂物进入吸入管和泵内，以免造成堵塞。排出系统的逆止阀是用来防止泵停转时排出贮槽和排出管内的液体倒灌入泵内，以免造成事故。调节阀是用来调节泵的流量。  （二）工作原理 离心泵在开动之前要先灌满所输送的液体。开动后，叶轮旋转产生离心力。在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高；并以很高的速度流入泵壳，在壳内减速，使大部分动能转化为压力能，然后从排出口进入排出管路。 与此同时，由于叶轮内液体被抛出，叶轮中心形成真空。泵的吸入管路一端与叶轮中心处相通，另一端则浸没在输送的液体内，在液面压力（或大气压）和泵内压力（负压）的压差作用下，液体便经吸入管路进入泵内，填补了被排出液体的位置。这样，叶轮在旋转过程中，一面不断吸入液体，一面又不断给吸入的液体以一定能量并送入排出管。 （三）离心泵的主要性能参数 表示离心泵工作性能的参数叫泵的性能参数，包括：流量、压头(扬程)、效率、转速、功率、气蚀余量（吸上真空度）等。主要性能参数有压头、流量、效率等。 1．压头H 单位质量液体流过泵后能量的增值称为压头，一般以符号H表示，单位为m。如图3-2所示，H的计算可根据b、c两截面间的柏努利方程：  （3-1） 由于两截面间的管长很短，其阻力损失通常可以忽略，两截面间的动压头之差也可以忽略，于是上式可简化为：  （3-2）  2．流量 流量又称排量或扬水量，是指泵在单位时间内由泵的排液口排出的液体量，通常以体积流量来表示，单位习惯上用m3/h表示。理论流量是指单位时间内流入离心泵作功部件里的液体体积容量。由于泵在工作时不免有内部和外部泄漏，因此，泵的理论流量与流量之间有如下关系： ，m3/h （3-3） 式中 ——单位时间内泵的泄漏量；它既包括所有不经过排液管而漏到泵体外部泄漏，也包括从泵作功部件出来后仍漏回泵吸液处的内部泄漏，m3/s 3．轴功率、有效功率和效率 根据泵的压头H和流量Q算出的功率是泵所输出的有效功率，以Ne表示：  （3-4） 而实际测得的轴功率N要大于有效功率Ne，这是因为泵轴输入的功率有一部分要被消耗。泵的效率就是反映泵的轴功率的利用程度，用来表示。一般小型水泵的效率为50~70%，大型泵效率可达90%。而油泵、耐腐蚀泵的效率比水泵低，杂质泵的效率更低。 离心泵的轴功率可直接利用效率计算：  （3-5） 式中 ——泵的轴功率，； ——泵的压头，； ——泵的流量，m3/h； ——液体密度，kg/m3； ——效率。 （四）离心泵特征曲线 离心泵的主要性能参数——压头H，轴功率N和效率与流量Q之间是有一定联系并有内部规律的。通常把表示泵的主要性能参数间的内部规律的曲线称为离心泵的特征曲线，由泵的生产部门提出，以便于设计、使用部门选择和操作时参考。 图3-3为某一型号的离心泵的特征曲线图，它由以下曲线组成： （1）H-Q曲线，表示压头与流量的关系； （2）N-Q曲线，表示轴功率与流量的关系； （3）-Q曲线，表示效率与流量的关系。  各种型号的离心泵各有其特征曲线，形状基本上相似，其共同点为： （1）压头随流量的改变而改变的规律，流量增大，压头下降，这是离心泵的一个重要特征； （2）功率随流量的增大而上升，故离心泵在启动前应关闭出口阀，使流量为零而功率最小，以减小电动机的启动电流，避免电动机因负荷大而受损； （3）效率开始随流量的增大而上升，达到一最大值后随流量的增大而下降。而泵在与最大效率对应的流量和压头下工作最为经济，所以在选择离心泵时，应使泵在最大效率点附近操作。 （五）离心泵的气蚀现象 离心泵能吸上液体是由于在泵的叶轮进口形成了低压，如果提高泵的安装高度，将导致泵内压力降低，当压力降至被输送液体的饱和蒸汽压时，将发生沸腾，所生成的气泡在随液体从泵入口向外周流动中，又因压力迅速加大而急剧冷凝。使液体以很大速度从周围冲向气泡中心，产生频率很高，瞬时压力很大的冲击，这种现象就称为气蚀现象。发生气蚀现象时，会发出噪音，使泵体震动，严重时可使泵根本无法工作，而且使泵的寿命大大降低。 为了防止气蚀现象，就要求泵的安装高度不超过某一定值，使泵入口处e的压力Pe应高于液体的饱和蒸汽压Pv，即气蚀余量大于泵刚好发生气蚀时的最小气蚀余量。如图3-4所示。   （3-6）  （3-7） 式中 ——泵入口压力，Pa； ——泵入口管的液体流速，m/s； ——液体的饱和蒸汽压，Pa； ——液体的密度，kg/m3。 其中 是刚达气蚀时泵入口处的最小压头。 （六）离心泵的吸入高度 吸入高度是指离心泵吸入口离液面所允许的最大距离。若在液面与吸入口之间列出伯努利方程式，则：  （3-8） 式中 ——大气压，Pa； ——泵入口压力，Pa； ——泵入口管的液体流速，m/s； ――管道压力损失，m。 由于和均受一定条件限制，故吸入高度亦受到一定限制，特别是受液体温度的限制。一般离心泵的吸入高度可参考表3-1所列的经验数据。 表3-1 各种水温下的吸入高度 温度，℃ 10 20 30 40 50 60 65  吸入高度，m 6 5 4 3 2 1 0  （七）离心泵的选择 选择离心泵时，可根据所输送液体的性质及操作条件确定所用的类型，再根据所要求的流量与压头确定泵的型号。可查阅泵产品的目录或样本，其中列有离心泵的特性曲线或性能表，按流量和压头与所要求相适应的原则，从中可确定泵的型号。 若生产中流量Q有变动，则以最大流量为准，压头应以输送系统在最大流量下的压头为准。若是没有一个型号的H和Q与所要求相符，则在附近型号中选用H和Q都稍大的一个。若是有几个型号都满足要求，则除了考虑H和Q比较接近所需的数值之外，还应考虑那个型号的效率在该条件下比较大。为了保证操作条件得到满足并具有一定的潜力，所选的泵可稍大一些，但若选得过大，其在远离最高效率点工作，在设备费和操作费两方面都会造成不必要的浪费。 如图3-5为各种BA型离心泵（即悬臂式离心泵）系列特征曲线图，图中的扇形表示该泵的高效率区。根据系统所需的扬程与流量就可以很方便地在图上选得合适的离心泵型号。  图3-5 各种BA型离心泵系列特性曲线 二、往复泵 往复泵属于容积泵，其结构如图3-6所示。  活塞1内有活塞2，通过活塞杆3与传动机械相连接。当活塞杆3由于外力作用向右移动时，泵缸内密闭的工作室容积变大，压力降低，吸入池的液体在大气压的作用下，顶开吸入阀4进入泵缸，这时排出阀5因受排出管中液体的压力而关闭。当活塞移到最右端时，工作室的容积为最大，吸入的液体量也最大。此后活塞便开始向左移动，使泵缸内密闭工作室容积变小，压力升高，排出阀5被顶开，吸入阀4自动关闭，将缸内液体排出泵外。当活塞移到最左端时，排液完毕，完成一个工作循环。然后，活塞重复上述循环过程，液体不断被吸入和排出。 由于这种泵的活塞往复一次，只吸入和排出液体各一次，所以称为单动泵，单动泵的排液是间断的，在吸液的时候是不能排液的。其流量曲线见图3-7。   如图3-8所示是双动泵，这种泵的活塞左右两侧都装有阀室，在每个工作循环中，吸液和排液各两次，并且在整个循环中吸液和排液可同时进行，从而使液体的输送连续性。其特征曲线如图3-9所示。  如前所述，往复泵的流量是波动的，一般我们所说的往复泵流量是指其平均流量，其理论流量Q为： 对于单动泵： ，m3/min （3-9） 对于双动泵： ，m3/min （3-10） 式中 Q——理论流量，m3/min； ——活塞的截面积，m2； ——活塞直径，m； ——活塞冲程，m； ——每分钟活塞往复的次数； ——活塞柱的截面积，m2。 从以上两式可以看出，往复泵的流量由活塞截面积、活塞冲程及活塞往复次数所决定，而与系统所需压头无关，即流量与压头无关，这是往复泵的一大特点。要调节往复泵的流量，可采用改变往复次数或改变冲程或采用支路调节的方法来实现。 当被输送的液体为腐蚀性液体或是含固体颗粒的悬浮液时，为了不使活塞受到损伤，可采用隔膜泵，如图3-10所示。隔膜泵采用一弹性薄膜将活动柱与被输送的液体隔开。薄膜一般用耐腐蚀的橡皮制成，隔膜一侧接触液体的部分，均为耐腐蚀材料制成。隔膜的另一侧，则充满水或油。当活塞往复运动时，隔膜交替地向两边弯曲，使腐蚀性液体在隔膜一侧轮流地被吸入和压出。  图3-10 隔膜泵 往复泵的效率一般都在70％以上，最高可超过90％，它适用于所需压头较高的液体输送，也适用于输送粘度较大的液体，但往复泵不适用于输送腐蚀性的液体和有固体颗粒的悬浮液。 三、其他类型的泵 除了上述的离心泵、往复泵外，尚有其它类型的泵，它们均各有特点，在生物加工生产的某些场合使用。 （一）旋涡泵 旋涡泵的结构和作用原理与离心泵相类似，它的主要部分为泵壳3和叶轮1，叶轮上有许多径向的叶片2，叶片间有凹槽，吸入口6和压出口7由隔板5隔开，如图3-11所示。当叶轮以高速旋转时，由于离心力的作用，叶片凹槽内的液体以很高的速度甩向流道4，由于流道截面较宽，液体流速减慢，一部分动能就转变成为静压能而被压入管道。 旋涡泵在开动前，也应先灌满工作液体，它的流量与压头之间的关系也和离心泵相类似。但旋涡泵的调节应采取支路调节方法，而且在开动时出口阀不能关闭。  旋涡泵的特点为流量小而压头高，泵体结构简单而紧凑，但效率较低，一般要低于40％。 （二）齿轮泵 齿轮泵是旋转泵（转子泵）的一种，也要用支路调节流量。 齿轮泵的结构简图如图3-12所示。主要构件为泵壳和一对相互吻合的齿轮。其中一个为主动轮，另一个为被动轮。齿轮转动时，在进口处形成低压而吸入液体，液体在两齿轮的齿隙中随齿轮的转动而前进并在出口处形成高压而排出。 齿轮泵的特点为流量较小，但压头较高。在生产上常用来输送粘稠性液体和作为板框压滤机的加料泵。  图3-12 齿轮泵示意图 （三）螺杆泵 螺杆泵也称螺条泵，是转子泵的一种。主要结构为泵壳和一个螺杆（或几个螺杆）组成，在泵壳内有橡皮螺腔。当螺杆在螺腔中旋转作复杂的行星运动时，液体就在螺杆与螺腔的间隙中呈螺旋状前进，同时增高了静压头，最后从排出口挤出。图3-13为螺杆泵结构图。  第二节 气体输送设备 气体输送机械与液体输送机械大体相同。但气体具有可压缩性，因此在气体输送过程中，当气体的压强发生变化，其体积和温度也将随之发生变化因此气体的输送涉及到热力学性质。但一般工程计算中，除了高压气体压缩机外，均按一般流体输送问题处理。 在生物加工生产中，常用的气体输送设备为低压空气压缩机、通风机和鼓风机等。 一、空气压缩机 生物加工生产（特别是抗生素生产）中要求提供2～3kg/cm2(表压)的压缩空气供发酵罐通气之用，故常用涡轮空压机或经过改装的往复式空压机作为空压站的主要设备。 气体的输送和压缩过程中，常以“压缩比”来表示气体的压缩强度，若与分别作为空压机中进口与出口时的气体绝对压强，则其压缩比为。我国常用的往复式低压空压机的压缩比一般为3，而二级空压机的排气压力通常为8kg/cm2(表压)。 （一）涡轮式空压机 涡轮式空压机一般由电动机通过增速装置直接带动涡轮高速旋转，将空气吸入并使之获得较高的离心力，甩向叶轮外圆周，部分动能转变为静压能，由压出管排出。从结构上看，涡轮式空压机犹如一台多级串联的离心压缩机，如图3-14所示，通常都在10级以下。涡轮空压机的特点为供气量大，出口压强稳定，输出的压缩空气不含油雾。与往复式空压机相比，功率消耗较小，结构紧凑，占地面积较小，但其技术管理要求较高。 用于抗生素发酵的是低压涡轮空压机，其出口压强为2.5～5.5kg/cm2 (表压)，容量一般都大于100m3/min，每分钟压缩1m3空气时，配备的电机功率约为3.5～5kW。 国产的涡轮空压机的型号有DA型和SA型，符号“D”表示单吸，而“S”代表双吸，“A”则表示涡轮压气机，其后的数字分别代表供气量与出口压强以及设计序号。如DA350-41，即为单吸涡轮空压机，供气量为350m3/min（公称），出口压强为4kg/cm2（绝对压），此机系第一次设计产品。  图3-14 多级离心压缩机 （一）往复式空压机 往复式空压机的结构和工作原理类似于往复泵，但因操作时气体受压发热，故在气缸外需有冷却装置。冷却装置有水冷和风冷之分，一般需连续供气的场合，都选水冷式空压机。往复式空压机的优点是容量范围广，价格比较低廉，操作与维修比较方便；其缺点是出口流量不稳定，而且压出气体中夹带油雾，给后道工序――空气除菌带来一些困难。 往复式空压机按其气缸的排列不同，可分为V型、W型、L型等；按其排气压强分，可分为高压（80～100大气压）、中压（10～80大气压）与低压（低于10大气压）三类。国内目前生产的低压往复式空压机大多为双缸二级压缩，在抗生素生产中使用L型空压机较为普遍。如4L-20/8型号的空压机，就表示两个气缸呈L型排列，额定排气量为20m3/min，排气压强为8kg/cm2（表压），L前面的数字“4”表示该系列空压机的序号。由于二级空压机的出口压强为8kg/cm（表压），对抗生素发酵来讲，这个压强过高了。为此，一些抗生素工厂常将二级空压机进行改装，把原来两个串联的气缸改为并联气缸，即同时吸气与排气，这样空气排气压强可降到2kg/cm2左右，而空压机的排气量可增加30～40％。有些空压机制造厂为了适应发酵工业的需要，制成了具有两个低压缸并联的压缩机，排气压强为2.5kg/cm2（表压）左右，而排气量比原型号差不多要增加一倍，如4L-40/2.5（4L-20/8的改进型号）。 为了解决往复式空压机的出口空气中含有油雾的缺点，目前有些工厂采用含有二硫化钼的氟塑料制成的活塞环，代替空压机中原来的金属环作无油润滑，使用效果甚好，即有利于以后的空气净化，又节约了润滑油。但由于氟塑料的弹性不及金属活塞环，故气缸中气体的泄漏量增加，改装后的空压机排气量一般要减少10％左右。 空气压缩机所需消耗理论功率可用下式表示：  （3-11） 式中 ——理论功率，kg·m/min，1＝6210kg·m/min； 、——分别为压缩前后的空气压强，kg/cm2； ——空压机的吸气量，m3/min； ——空气多变指数，=1.25~1.30。 实际功率消耗值为，效率一般为0.6~0.7，同时在配备电机时，一般还需增加5~15％的安全因素。 二、离心通风机 （一）离心通风机的结构 按出口压力的不同，离心通风机可分为低压（1kPa以下）、中压（1~3kPa）、高压（3~15kPa）三种。离心通风机的结构和单级离心泵有相似之处，由机壳、叶轮、轴等部件组成。如图3-15所示。它的机壳也是蜗壳形，壳内气体通道和出口的载面通常为矩形，它直接与矩形截面的气体管道连接。通风机叶轮上叶片数目比较多，叶片比较短。叶片有平直、后弯、前弯几种如图3-16所示。由于通风机的送气量比较大，用前弯叶片有利于减小叶轮及风机的直径。    （二）离心通风机的主要性能参数 离心通风机的主要性能参数包括风压、风量、功率和效率等。 1．风压 离心泵的静压头是泵出口与进口之间的静压头之差，当风机直接从大气抽入空气时，泵进口的静压头可以看作为零，即泵出口的静压头就是泵的静压头。加上泵出口的动压头，两者之和就是离心泵的总压头，即  （3-12） 式中 ——总压头，m； ——静压头，m； ——动压头，m； ——泵出口压力，Pa； ——出口气体流速，m/s。 由于压头的单位为m，代表对单位重量流体所提供的机械能。而风机提供的机械能一般都以对单位体积的气体为准，即单位为Pa，将风机总压头乘以ρg，得到风压的表达式： ，Pa （3-13） 2．风量 风量Q就是气体通过泵进口的体积流率，单位为m3/h，气体的体积由进口状况决定。 3．功率与效率 离心通风机轴功率的计算公式为：  （3-14） 式中 ——轴功率，kW； ——实际风量，m3/h； ——风压，Pa； ——全压效率，一般约为70～90％。 （三）离心通风机的特性曲线 图3-17系离心通风机在某一特定转速下风压、轴功率、全压效率与风量的关系，此外还有静压、静压效率与风量两条关系曲线。 需要注意的是，风机性能曲线中的风量、静压头、风压及全压效率η与静压效率均按气体在标准状态下的参数作出的。如风机吸入的气体状态不同，性能曲线的形状将有所变化。其相应各参数应换算成标准状态下的参数，便于比较和应用。  （四）离心通风机的选用 选用离心通风机时，应先根据所输送气体的性质与风压范围，确定风机类型，然后再根据所要求的风量与全压，从产品样本或规格目录中的特性曲线或性能表格中查得适宜的类型和机号。 国产离心通风机，常用的有4-73（4-72）型，9-19型和9-26型。例如9-19NO14。机号中的数字代表叶轮直径mm数的1/100。其他符号说明详见产品样本。 三、离心鼓风机 排气压力为（0.1～3×105Pa）的风机，称为鼓风机。鼓风机也是用来压缩和输送气体的机器，同通风机、泵一样，属于通用机械。 离心鼓风机的外形与离心泵相像，如图3-18所示。鼓风机的外壳直径与宽度之比较大，叶轮上叶片的数目较多，所以能适应更大的风量。转速亦较高，所以离心鼓风机能达到较大的风压，鼓风机中还有一个固定的导轮，而这个在离心泵中不一定有。单级离心鼓风机的出口表压多在30kPa以内，多级离心鼓风机则可达到0.3Mpa。  固体输送设备 在生物加工工业中，在很多情况下，使用的原料为生物质固体原料，要在各生产工序、车间之间输送这些原料，都要依赖各种不同的固体输送设备来实现。 近年来，在现代化的工业生产中，为了提高劳动生产率、减轻劳动强度、节约原材料和缩短生产周期，除了采用新型的工艺设备和实现单机自动化外，还要求生产过程按连续流水作业进行，组成生产自动线。即所加工的物品在一组设备上完成某一工序加工后，再由连续运输机械将其输送至另一组设备上进行下一工序的加工，甚至有时直接就在连续运输机上进行各种加工。这就使连续运输机械成为工业生产自动化的一个重要环节。 在工业生产中输送机械还有劳动保护的重要意义。例如酒精厂的原料粉碎工段采用机械输送代替人工搬运，改善了劳动条件，减轻了劳动强度。后来又用气力输送代替机械输送，减少了粉尘，进一步改善了劳动条件，保护了工人的身体健康。所以，随着新型机械的不断出现，使我们进行绿色清洁的工业生产成为一大趋势。 在工业生产中，输送系统的选择关系到工厂的总体布置和结构形式，而输送系统的合理选择又决定于生产工艺过程。所以在考虑生产工艺过程时，应当把工作机构和输送系统设备有机地结合起来。 在目前生物化工工业生产中，输送方式有两种：一种是机械输送，利用机械运动输送物料；另一种是气力输送，借助风力输送物料。这两种方式各有特点，设计时应根据地形、输送距离、输送高度、原材料形状和性质、输送量、输送要求以及操作人员的劳动条件来考虑。 连续机械输送设备种类繁多，目前用于输送固体原料的主要有以下几种： （1）带式输送机； （2）斗式提升机； （3）刮板输送机； （4）螺旋输送机。 下面就这几个主要机械输送设备进行介绍。 一、带式输送机 （一）带式输送机的结构和应用 带式输送机是连续输送机中效率最高，使用最普遍的一种机型。它广泛地应用于食品、酿酒等生物加工行业。它可用来输送散粒物品（谷物、湿粉、麸曲、麦芽等），块状物品（薯类、酒饼、煤等）。按结构不同带式输送机可分为固定式、运动式、搬移式三类；按用途不同，可分为一般的和特殊的。工厂以采用固定式的带式输送机为多。 带式输送机的主要构件包括：输送带、鼓轮、张紧装置、支架和托辊等。有的还附有加料和中途卸载设备。带式输送机的示意图如图3-19。  在带式输送机中，输送带既是承载构件，又是牵引构件，主要有橡胶带、塑料带、钢带等几种，一般采用多层的橡胶带。它们都是联成环形，套在两个鼓轮上。普通橡胶带上胶层厚度在3—6mm之间，下胶层是输送带和支撑托辊接触的一面，其厚度一般较薄，为1.5mm。卸料端的鼓轮由电动机传动，称主动轮，借摩擦力带动输送带，另一端的鼓轮则称从动轮。鼓轮可以铸造，也可以焊制成鼓形的空心轮，表面稍微凸起，使带运行时能对准中心。为了增加主动轮和带的摩擦，在鼓轮表面包以橡胶、皮革或木条。鼓轮的宽度应比带宽100—200mm。鼓轮直径根据橡胶带的层数确定。由于环形带长又重，若只由两端鼓轮支承而中间悬空，则带必然下垂，所以必须在带的下面装置若干个托辊把带托起来，不使其下垂。托辊多用钢管，长度比带宽100—200mm，两端管口有盖板，板中镶以轴承。环形带回空部分，由于已经卸载，托辊个数可以减少。此外还有张紧装置使输送带有一定的张紧力，以利正常运行。 （二）生产能力和功率消耗的计算 1．输送量的计算 带式输送机的输送量Q由下式决定： ，t/h （3-15） 式中 ——带上单位长度的负荷，kg/m； ——带的运行速度，m/s； 2．功率计算 带式输送机功率可由下式计算  （3-16） 式中 ——带式输送机功率，kW； ——提升高度，m，上升为正，下降为负； ——系数，表3-2所示； ——输送机长度，m； ——输送能力，t/h； ——输送带速度，m/s； ——起动附加系数，＝1.3～1.8； ——系数，表3-3示。 表3-2 带式输送机轴承的K值 400 500 600 750 900 1100 1300  滚动轴承 21 26 29 38 50 62 74  滑动轴承 31 38 43 56 75 92 110   表3-3 带式输送机A值 输送机长(m) ＜15 15～30 30～45 ＞45  A 1.2 1.1 1.05 1   二、斗式提升机 （一）斗式提升机的结构和应用 斗式提升机是将物料连续地由低的地方提升到高的地方的运输机械 ，广泛地应用于生物加工工业。所输送的物料为粉末状、颗粒状和块状的，如大麦、大米、谷物、薯粉、瓜干等。 斗式提升机构造如图3-20所示。主要由传动的滚轮、张紧的滚轮、环形牵引带或链、斗子、机壳和装、卸料装置等几种部分组成。它是一个长的支架，上下两端各安一个滚轮，上端的是起动滚轮，连传动设备，下端的是张紧滚轮，提升机的带或链则围绕在两个滚轮上，提升机的带上每隔一定的距离就装有斗子。  物料放在斗式提升机的底座内，当提升机运转时，机带随之而被带动，斗子经过底座时将物料舀起，斗子渐渐提升到上部，当斗子转过上端的滚轮时物料便倒入出料槽内流出。 传动滚轮的转速及直径的选择很重要。若选择不当，物料很可能由于离心力的作用将物料超过卸料槽而抛到很远的地方；或者未到卸料槽口即被抛落于提升机上段的机壳内。传动滚轮的直径与速度的关系： ，m/s （3-17） 式中 ——滚轮直径，m； ——滚轮线速度，m/s。 一般运碎料时，u不超过1.2（m/s）；运小块物料，u不超过0.9（m/s）;运大块而坚硬物料，取0.3（m/s）。主动轮和从动轮的直径相同，一般为300mm~500mm。 盛斗有深斗和浅斗两种。深斗的特征是前方边缘倾斜65°，浅斗45°。深斗和浅斗的选择取决于物料的性质和装卸的方式。输送干燥容且易流动的粒状和块状物料常用深斗；潮湿和流动性不良的物料，由于浅斗前缘倾斜角小能更好地卸料，故一般采用浅斗。 斗式提升机的装料方法分掏取式和喂入式两种，如图3-21所示。 掏取式装料是从提升机下部的加料口处，将物料加进底部机壳里，由运动着的料斗掏取提升。这种方法适用于磨损性小的松散物料，料斗的速度可较高，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，适用于大块和磨损性大的物料，可与导槽式卸料法相配合。 斗式提升机的优点是横断面上的外形尺寸小，有可能将物料提升到很高的地方（可达30~50m），生产能力的范围也很大（50~160m3/h）；缺点是动力消耗较大。  （二）生产能力和消耗功率的计算 1．生产能力计算 斗式提升机的生产能力由下式计算： ，kg/h （3-18） 式中 ——料斗容积，m3； ——料斗间距，m； ——运行速度，m/s； ——物料堆积密度，kg/m3； ——料斗的充填系数，粉状及细粒干燥物料=0.75~0.95，谷物φ=0.70~0.90。 2．功率计算 斗式提升机的功率可由下式估算： ，kW （3-19） 式中 ——生产能力，t/h； ——提升高度，m； ——总效率，0.3~0.8。 三、螺旋输送机 （一）螺旋输送机的结构和应用 螺旋输送机的结构简单，它是由一个旋转的螺旋和料槽以及传动装置构成。如图3-22。当轴旋转时，螺旋把物料沿着料槽推动。物料由于重力和对槽壁的摩擦力作用，在运动中不随螺旋旋转，而是以滑动形式沿料槽移动。 螺旋是由转轴与装在轴上的叶片所构成。根据叶片的形状可分为四种：实体式、带式、成型式和叶片式。在这些螺旋中，实体式是常见的，构造简单，效率也高，对谷物和松散的物料较为适宜。粘滞性物料宜采用带式，可压缩及随动的物料宜用叶片式或成型式。  螺旋的轴用圆钢或钢管制成。为减轻螺旋的重量，以钢管为好，一般可用直径为50~100mm的厚壁钢管。螺旋大都用厚4~8mm的薄钢板冲压成型，然后互相焊接或铆接，并用焊接方法固定在轴上。螺旋的直径普遍为150、200、300、400、500和600mm。螺旋的转数一般为50~80r/min。螺旋的螺距有两种：实体螺旋的螺距等于直径的0.8倍；带式螺旋的螺距等于直径。螺旋与料槽之间要保持一定间隙，一般采取较物料直径大5~15毫米。间隙小，则阻力大；间隙大，则运输效率低。 料槽多用3~6mm厚的钢板制成，槽底为半圆形，槽顶有平盖。为了搬运、安装和修理的方便，多用数节联成，每节长约3m。各节连接处和料槽边焊有角钢，这样便于安装又增加刚性。料槽两端的槽端板，可用铸铁制成，同时也是轴承的支座。 螺旋输送机的优点在于结构简单、紧凑、外形小，便于进行密封及中间卸料，特别适用于输送有毒和尘状物料。它的缺点是能量消耗大，槽壁与螺旋的磨损大，对物料有所研磨。常用于短距离的水平输送，也可用于倾斜角不大（倾角小于20℃）的输送。生物加工工厂常用它来输送粉状及小块物料，如麸曲、薯粉、麦芽等，还可用于固体发酵中的培养基混合等。 （二）生产能力和消耗功率的计算 螺旋输送机的生产能力可由下式近似计算： ，t/h （3-20） 式中 ——生产能力，t/h； ——螺旋的直径，m； ——螺距，m； ——螺旋每分钟的转数，r/min； ——物料的密度，t/m3； ——槽的装满系数 φ=0.125~0.4，麦皮、米糠φ=0.25，粮粒φ=0.33。 ——倾斜系数 0°时c=0.9，10°时c=0.8，15°时c=0.77，20°时c=0.65。 螺旋输送机的功率消耗可由下式解决： 轴=，kW （3-21） 电机=1.2轴/η，kW （3-22） 式中 ——生产能力，t/h； ——输送机的长度，m； ——输送高度，m；（水平输送，=0）； ——阻力系数，粉料取1.8，谷物取1.4； ——传动效率，=0.6~0.8。 四、刮板输送机 （一）刮板输送机的基本原理 如图3-23所示，刮板输送机在作水平输送时，被输送的物料受到刮板链条在运动方向的压力和自身重量的作用，在物料之间产生了内摩擦力；这种物料之间的内摩擦力，保证了物料堆形成稳定状态，不至于在输送过程中发生翻滚现象。同时，这种内摩擦力足以克服物料在料槽内移动时料槽对物料的外摩擦阻力，使物料成为连续整体的料流而被输送。  （二）刮板输送机的主要构件 1．刮板链条：均用45（调质）钢或45Mn2(调质)钢制成，其链条种类有简单的片式链、衬套片式链、衬套片式滚柱链、块环链等。刮板的型式有T、U1、V1、O、O4型等。根据机组形式（水平的、倾斜的和垂直的）和被输送物料的性质与长度而定。一般而言，对于粉质多尘的物料不宜采用衬套片式链和衬套片式滚柱链；对于易引起浮链的物料输送时，则应优先采用衬套片式链和衬套片式滚柱链。对于水平输送，可采用T、U1型刮板；对于倾斜与垂直输送时，根据物料散落性不同而可选用V1、O、O4型刮板，物料散落性愈好，愈应选择外形包围系数大的刮板型式。 图3-24为用于水平输送的三种刮板链条。至于倾斜输送与垂直输送，仅在刮板形式上改为V1、O、O4型。  选用定型链条时，应根据输送机链条的最大张力Smax和下式的要求而决定： ，kg （3-23） 式中 Smax――刮板输送机链条的最大张力，kg； ――链条的使用系数，主要由物性、链条长度和速度决定； ――链条的许用应力，kg，如表3-4所示。 表3-4 链条许应力[P] 链条名称 块环链 滚柱链 双板链  链条代号 DL GL BL  节距，毫米 材料（调质） 许用载荷[P]（公斤）  100 45 45Mn2 1500 1700 2200* 2500* 1500 1700 —  125 45 45Mn2 2300 2600 2900* 3300* 2300 2600 —  160 45 45Mn2 3100 3500 4400* 5500* 3100 3500 —  200 45 45Mn2 —  — 2900×2 3300×2 4400×2** 5000×2**  注：[*]者仅用于GSZ型；[**]者仅用于GSS40型 2．链轮：在一般情况下，驱动链轮采用较多的齿数（8-10个），以降低链条运动时的动载荷；紧装置的链轮采用较少的齿数（7-8个），以降低机体重量。下表3-5可作为设计参考的系列化刮板输送机的链轮直径。 表3-5 链轮的参考直径D 型号 头轮 尾轮 有载分支导向 轮（光轮） 无载分支 导向轮  GSS和GSQ 16 258.69 230 － －   20 324.01 290 － －   25 412.86 370 － －   32 514.76 450 － －  GSS 40 514.76 450 － －  GSZ 16 353.21 320 520 280   20 440.18 320 600 300   25 511.33 410 640 360  3．其他构件 简单的讲，刮板输送机的其他部件包括刮板输送机的机尾、机头、上部回转段、加料段、水平段和垂直段等部件，这里不再详细叙述。 （三）生产能力和输送机的功率的计算 1．刮板输送机的生产能力计算 刮板输送机的生产能力可按下式计算： ，T/h （3-24） 式中 ――设备生产能力，T/h，必须大于或等于设计所要求的最大生产率Q'； ――料槽宽度，m； ――料槽高度，m，即指垂直段的机壳高度； ――刮板链条运行速度，m/s，一般为0.1～0.5m/s； ――被输送物料的容重，T/m； ――输送机的输送效率，一般为0.7～0.9之间。 2．刮板输送机的功率计算 刮板输送机驱动链轮的圆周力为： ，kg （3-25） 刮板输送机所需配备的电动机功率为： ，kW （3-26） 式中 ――刮板输送机需配备的电动机的计算功率，kW； ――电动机贮备系数K1＝1.1~1.3； 和――刮板输送机的刮板链条绕入与绕出驱动链轮之点的张力，kg； ――刮板链条的地运行速度，m/s； ――传动效率，； 式中 ——减速器传动效率，可取0.92~0.94； ——开式链传动，可取0.85~0.90；如果为三角带传动，可取0.95； ——链条绕过链轮时的运行阻力，=（0.03~0.08）（+），kg。 五、气力输送设备 气力输送是利用气流在密闭管道中输送固体物料的一种输送方法，也就是利用具有一定压力和一定速度的气流，来输送固体物料的一种输送装置，气力输送又称为风力输送。 气力输送发明于19世纪后半叶。1883年，在俄国彼得堡出现了第一台用来卸船仓散装粮食的气力吸粮机。1893年英国也出现了固定式吸粮机。后来世界各港口广泛采用气力输送装置来运送粮食。据统计，1925年~1926年间荷兰的鹿特丹港的海运粮食中，将近90%是用气力吸粮机，即吸送式气力输送装置来完成输送的，如图3-25所示。 近些年来，气力输送发展很快，在生物加工行业得到广泛应用，生物加工工厂利用气力输送瓜干、大米等固体物料都收到良好的效果。随着输送距离的增长，又发展了压送式气力输送装置，如图3-26所示。 气力输送与其他机械输送相比，具有以下的一些优点： (1)系统密闭，可以避免粉尘和有害气体对环境的污染； (2)在输送过程中，可同时进行对输送物料的加热、冷却、混合、粉碎、干燥和分级除尘等操作； (3)设备简单，操作方便，容易实现自动化连续化，改善了劳动条件； (4)占地面积小，可以根据建筑物的结构，比较随意地布置气力输送管道。 当然，气力输送也有不足的地方：一般来讲其所需的动力较大，风机噪音大，一般要求物料的颗粒尺寸限制在30mm以下，对管路和物料的磨损较大，不适于输送粘性和易带静电而有爆炸性的物料。对于输送量少而且是间歇性操作的，亦不宜采用气力输送。  （一）悬浮式气力输送的基本原理 1．垂直管中颗粒物料气流输送的流体力学条件 颗粒在垂直管内受到气流的影响，有三种力作用到颗粒上： 颗粒（粒子）本身的重力W； 颗粒受到的浮力Fa； 颗粒（粒子）与气流相对运动而产生的阻力Fs。 这三个力中，W、Fa是恒定不变的，是由粒子决定的。只有阻力Fs是随气流而变化的。当气流发生变化时，粒子将有三种状态，如图3-27所示。   （1）粒子向下加速运动：阻力方向向上，当W＞Fa+Fs时，即粒子的重力大于粒子的浮力和阻力之和时，粒子向下运动，随着运动速度的增大，空气对颗粒的阻力也随之增大，最终达到W=Fa+Fs； （2）粒子相对静止（或匀速直线下落）：当W=Fa+Fs时，即粒子的重力等于粒子所受的浮力和阻力之和时，粒子处于相对静止状态，此时的气流速度为一特殊值，是使该粒子静止悬浮的一临界速度，这一临界速度便是该粒子的悬浮速度。显然，这一速度，是指气流所具有的速度，方向是向上的。 根据物理学理论，当W=Fa+Fs时，即三力平衡时，粒子也可以以不变的速度在气流中匀速降落，此时称粒子自由沉降，粒子所具有的下降速度称为粒子（颗粒）的沉降速度。显然粒子的沉降速度的方向是向下的，其数值与悬浮速度相等，方向相反。 （3）粒子向上加速运动：此时粒子所受阻力方向向下，粒子的重力与阻力之和小于浮力，即W+Fs＜Fa，粒子不再静止悬浮，而是向上作加速运动。这说明此时的气流速度大于粒子的悬浮速度，气流速度迫使粒子向上运动。这就是悬浮流气力输送原理，此时的气流速度即为可输送该物料的气流速度。 所以，在垂直管道中，气流速度大于颗粒的悬浮速度，这就是垂直管中颗粒物料气流输送的流体力学条件。 2．颗粒在水平管中的悬浮 颗粒在水平管中的悬浮一般可认为是下列几种力作用的结果，如图3-28所示。 （1）气流为湍流时在垂直方向上的分速度所产生的力。 （2）从流体力学方面得知，沿管截面的气速分布呈抛物线形，即管中心气速最大，越靠近管壁气速越低，由于这个速度差而引起的静压所产生的作用力。 （3）在管中心线下侧的颗粒，由于自身的旋转运动，使颗粒上方的气流局部加速，颗粒下方的气流局部减速，即在颗粒上下方之间有一个气流速度差，相应产生一个压强差，该压强差形成的作用力方向自管底指向中心。这种作用也称麦格纽斯效应（Magnus effect）。 （4）由于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。 （5）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。 3．颗粒在输料管中的运动状态 气流输送中，颗粒在管道中的运动状态与输送气流速度有直接的关系。 在垂直管中，气流速度达到粒子的自由沉降速度时，颗粒在气流中呈变化状态，自由悬浮在气流中；气流速度超过悬浮速度时，进行气流输送，颗粒基本上是均匀分布于气流中的。 在水平管道中，当气流速度很大时，颗粒全部悬浮，均匀分布于气流中，呈现所谓的悬浮流状态（Streamflow）；当气流速度降低时，一部分颗粒沉积到管底下部，但没有降落到管壁上整个管的截面上出现上部颗粒稀薄，下部颗粒密集的所谓两相流动状态（Two-Phase Conveying）；这种状态为悬浮输送的极限状态。当气速进一步降低时，将有颗粒从气流中分离出来沉于管底部，形成“小砂丘”向前推移，产生所谓团块流（Slug Flow）。 由上述分析看出，要想得到完全悬浮发气流输送，必须有足够的气流速度，以保证气流输送的正常进行。但是，过大的气速也是没有必要的，因为这将造成很大的输送阻力和较大的磨损。 （二）气力输送系统的组成设备 1．进料装置 （1）吸嘴 吸送式气力输送装置通常采用吸嘴作为供料器。吸嘴有多种不同形式，主要有单筒形、双筒形、固定形三种。 ①单筒形吸嘴 输料管口就是单筒形吸嘴，它可以做成直口、喇叭口、斜口和扁口等多种形式，如图3-29所示。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。  ②双筒形吸嘴 如图3-30所示，它由一个与输料管相通的内筒和一个可上下移动的外筒组成。内筒用来吸取物料，其直径与输料管直径相同。外筒与内筒间的环隙是二次空气通道。外筒可上下调节，以获得最佳操作位置。环隙面积与吸入口面积之比a的最佳值为：。内外筒口的高度差S一般在S=0附近为宜，a取较小值时，S=+0.5de左右为好。吸嘴长度一般不超过900mm。   ③固定形吸嘴 这种吸嘴如图3-31所示，物料通过料斗被吸至输料管中，由滑板调节进料量。空气进口应装有铁丝网，防止异物吸入。 （2）旋转加料器 旋转加料器广泛应用在中、低压的压送式气力装置中，或在吸送式气力装置中作卸料用。它具有一定的气密性，适用于输送流动性好，磨磋性小的粉状、小块状的干燥物料。 旋转加料器结构如图3-32所示，它主要由圆柱形的壳体及壳体内的叶轮组成。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腔里，已落入的又可能被甩出来。通常圆周速度在0.3~0.6m/s较合适。 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，以提高其气密性。 旋转加料器的加料量G。在设计时应满足压送式气力输送装置生产率的要求。G可按下式计算： ，t/h （3-27） 式中 ——叶轮的转数，r/min； ——叶轮格腔的装满系数； ——格腔外缘半径，m； ——格腔底部半径，m； ——叶片厚度，m； ——叶片数； ——被输送物料堆积密度，t/m3； ——叶轮格腔长度，m。 叶轮格腔的装满系数Ψ，在合适的转速情况下与物料的种类有关，对粒状和细块状而密度较大的物料可取Ψ=0.7~0.8；对粉状物料可取Ψ=0.5~0.6；对细粉状而密度小的物料取Ψ=0.1~0.2。 此外还有喷射式加料器和螺旋式加料器，它们都可用于压送式气力输送系统。   2．物料分离装置 物料沿输料管被送达目的地后，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。常用的分离器有旋风分离器和重力式分离器。 （1）旋风分离器 旋风分离器是利用离心力来分离捕集粉粒体的装置。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，而且进口气速不宜过高，以减轻颗粒对器壁的磨损。如图3-33所示：气、固两相流经入口管1，以切线方向进入圆筒体3后，形成下降的空间螺旋线4运动，较大粒子5借离心惯性力被甩向器壁而分离下沉，经圆锥体6，由卸料口8排出。而较细的粒子和大部分气体，则沿上升的反转螺旋线7，经排气管2排出。 如图3-34所示，气固两相流沿切线方向流入器内，在横断面上作旋转运动。粒子M因离心惯性则沿虚线轨迹运动。设某瞬时粒子位于半径为r处，其离心分离速度为vc，重力沉降速度为v0，圆围切向速度为u，由粒子径向运动方程可得：  （3-28） 在旋风分离器中，，所以上式表明旋风分离器比重力沉降更能有效地分离粒子。同时又可知，越大，越小，则分离速度越高。  （2）重力式分离器 这类分离器又叫沉降器，有各种结构形式，图3-35是其中一种。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、玉米等能百分之百地分离。  分离器的圆筒直径可按下式计算： ，m （3-29） 式中 ——空气流量，m3/s； ———系数，0.03~0.05； ——悬浮速度，m/s。 圆筒高度，对粒径大于3mm的粗颗粒取1.0~1.5，对中等颗粒取1.3~1.8，对粉状物料取1.5~2.0。 圆锥部分的外锥角应大于物料的摩擦角。圆锥高度可按下式计算： ，m （3-30） 3．空气除尘装置 由于经分离器出来的气流尚含有较多的微细物料和灰尘，为保护环境，回收气流中有经济价值的粉末并防止粉末进入风机使其磨损，需在分离器后和风机入口前装设除尘器。 除尘器的形式很多，常用的除尘器有离心式除尘器、袋式除尘器和湿式除尘器。 （1）离心式除尘器 普通离心式除尘器又称旋风分离器，其构造与离心式分离器相似，如图3-36所示。含尘空气沿除尘器外壳的切线方向进入圆筒的上部，并在圆筒部分的环形空间作向下的螺旋运动。被分离的灰尘沉降到圆锥底部，而除尘后的空气则从下部螺旋上升，并经排气管排出。    离心式除尘器近十几年在结构形式上有很多变化，种类较多，如图3-37所示旁路式离心除尘器，图3-38所示扩散式离心除尘器等。 离心式除尘器的压力损失可采用下式计算： ，Pa （3-31） 式中 ——决定于除尘器结构形式的阻力系数； ——除尘器进口处空气的密度，kg/m3； ——除尘器进口处气流的速度，一般为14~20m/s左右。 各种形式离心式除尘器的阻力系数ξ值，均可由实验求得，若无实验条件可用下列经验公式作粗略估算：  （3-32） 式中 ——常数，取30~40； ——除尘器入口面积，m2； ——圆筒直径，m； ——旋风分离器出口管直径，m； ——圆筒体长度，m； ——锥体长度，m。 （2）袋式除尘器 袋式除尘器是利用织物袋子将气体中的粉尘过滤出来的净化设备，其结构如图3-39所示。含尘气流由进气口进入，穿过滤袋，粉尘被截留在滤袋内，从滤袋透出的清净空气通过滤袋由排气管排出，袋内粉尘借振动器振落到下部排出。 袋式除尘器的总过滤面积F按下式估算： ，m2 式中 ——通过除尘器的含尘风量，m3/h； ——单位负荷，一般取q=10~40m3/（m2h），对手工振打的取小值；对脉冲气流反向吹洗的取大值。 国产袋式除尘器的定型产品，可根据含尘风量由产品目录选用。   （3）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3-40就是结构较为简单的一种。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，只适用于含尘量较少的气体净化。 （三）气力输送装置的设计计算 1．设计计算程序 （1）根据被输送物料的性质和输送距离及起点和终点具体使用情况，确定气力输送型式（吸送式、压送式），并由要求的输送量确定其输送能力。 （2）确定合适的混合比和空气消耗量。 （3）根据被输送物料的悬浮速度确定最有利的气流速度。 （4）根据输送系统结构、输送距离、输送物料的特性等计算整个装置的总压力损失。 （5）按照计算确定的空气消耗量和输送装置的总压力损失选取定型压气机械，计算风机所需功率并选定配套电动机。 2．主要参数的计算 （1）气流速度 气力输送装置设计得是否合理，选择合适的气流速度是很关键的。气流速度过低，被输送的物料不能悬浮或不能完全悬浮，容易造成管道阻塞。气流速度过高，则浪费动力，而且加剧了输送装置的磨损和物料的破碎。 根据悬浮气力输送的机理，只要气流速度大于物料的悬浮速度，就能实现气力输送。实际上，由于物料颗粒间的碰撞，颗粒与管道的碰撞，以及气流速度沿管截面上分布的不均匀等因素，要获得良好的气流输送状态，获得完全的悬浮流状态，使用的气流速度远比颗粒的悬浮速度大，超出的系数应通过实验确定。水平管中颗粒的悬浮机理与垂直管中是完全不同的。要较合理地确定气流速度，只能采用实验或经验方法。表3-6为生产中使用的气流速度。一般来说，物料的密度越大，粒径愈大，则所选用的气流速度就要大。 表3-6 气流速度表 物料 速度，m/s  大麦 22~24  绿麦芽 24  麦芽 22  大米 24  山芋干 18~22  面粉 14~18  （2）混合比 混合比又称质量浓度，是指在单位时间内所输送的物料质量与空气质量之比，即：  （3-33） 式中 ——物料的质量流量，kg/h ——空气的质量流量，kg/h 上式表明每1kg空气所能输送的物料量。显然，混合比愈大，每1kg空气输送的物料量就愈多。但过高的混合比，易造成管路堵塞，且阻力损失也大，因此需要压力较高的空气。混合比的选择主要取决于输送系统的具体情况和物料特性。吸送式系统混合比可取小些，压送式系统混合比可取大些。输送距离短的混合比可取大些，反之可取小些。松散的颗粒状物料混合比可取大些，粉状物料或较潮湿物料混合比应取小些。一般选取混合比的范围如表3-7所示。 表3-7 混合比值 输送方式 系统内压力Pa 混合比  低真空吸送 -0.2×105以下 1~10  高真空吸送 （-0.2~-0.5）×105 10~50  低压压送 <0.5×105 1~10  高压压送 （1~7）×105 10~50  （3）输送空气量和输送管径计算 输送空气量： ，m3/h （3-34） 式中 ——物料的质量流量，kg/h； ——混合比； ——空气密度，kg/m3； 输送管直径： ，m （3-35） 式中 ——空气流速，m/s。 （4）气力输送系统的总压力损失ΔP 输送系统的总压力损失，包括输料管中各项损失和各部件的压力损失之总和。下面就来计算总压力损失。 ①加速段的压力损失ΔP1 物料进入输料管后开始向规定方向运动时，需要靠气流的动能对它进行一段加速的过程，才能达到稳定的输送状态。这段压力损失按下式计算： ，Pa （3-36） 式中 C——供料系数，其值在1~10之间，连续稳定供料取小值，间断供料或从吸嘴吸料时取大值。 对于均匀的粒状物料（如小麦），进入输料管后经约2秒钟运动距离约在10m以内，便可加速完毕。加速段内，空气与粒子之间的速度差较大，空气流动阻力显著增加。对于吸送式或低压压送式气流输送系统，加速段虽然距离不长，但其压力损失在总风压中占有较大比例，这就影响到整个系统的输送能力。所以，应尽量采用连续稳定的加料装置，以减少加速段压力损失。 ②输料管中的压力损失ΔP2 输送管中的压力损失是指以稳定状态输送物料时，输送管中由于物料在管内相互碰撞与管壁碰撞摩擦而引起的压力损失，这部分损失在整个系统的压力损失中占的比例很大，设计时应尽可能减小这项损失。当输料管分别由垂直管、水平管和弯管部分组成时，应分别进行计算： 水平输料管中的压力损失ΔP2H ，Pa （3-37） 式中 ——水平输料管长度，m； ——输料管内径，m； ——空气摩擦系数，一般在0.02~0.04之间，可按下式近似计算：  （3-38） 光滑管：=1.0，新焊接管：=1.3，旧焊接管：=1.6 ——系数，可由下式计算：  （3-39） 垂直输料管中的压力损失ΔP2V ，Pa （3-40） 式中 ——系数，由下式计算：  （3-41） 弯管输料管中的压力损失ΔP2e ，Pa （3-42） 式中 ξe——阻力系数，依表3-8选用。 表3-8 管弯阻力系数 曲率半径比R/D 2 4 6 8  阻力系数ξe 1.5 0.75 0.50 0.38  ③分离器的压力损失ΔP3 重力式分离器的压力损失ΔP3w ，Pa （3-43） 式中 ——阻力系数，1.0~2.0 旋风分离器的压力损失ΔP3s ，Pa （3-44） 式中 ξs——阻力系数 ④空气管的压力损失ΔP4 空气管内的压力损失是指不带物料的气流管道中纯空气气流的压力损失。在吸送式系统是指从空气吸入口至供料器这段管路，压送式是指从风机至供料器一段的管道，以及气流从分离器出来后的一段气体管路。空气管的压力损失分直管和弯管两部分计算。 直管的压力损失： ，Pa （3-45） 弯管的压力损失： ，Pa （3-46） 式中 ——空气在空气管中流速，m/s； ——弯管阻力系数，由表3-9查取。 所以，气流输送装置的总压力损失ΔP=ΔP1+ΔP2+ΔP3+ΔP4 表3-9 空气管弯阻力系数 曲率半径比R/D ξb  1.0 0.26  1.5 0.17  2.0 0.15  （5）输送功率的计算及风机的选择 计算输送功率，实质就是求取系统所需的风机功率，而风机功率则由系统的总压力损失及所需空气量求得。实际上应考虑排风口的风压、计算的误差等因素，应有一定的余量。所以将ΔP增加10~20%作为选择风机的依据。即风机风压为： ，Pa （3-47） 风机的风量为： ，m3/s （3-48） 风机的功率为： ，W （3-49） 式中 ——效率，一般取0.5~0.7； ——风压，Pa。 风机是气流输送系统的动力设备，选择风机首先是选型。在压力输送系统中，低压压送通常可选用离心式通风机；压力稍高可用罗茨鼓风机或离心式鼓风机；高压压送则可选用空气压缩机。对于真空输送系统，通常可用往复式泵、水环式真空泵或罗茨鼓风机等。此外，在选型时还应考虑到空气的含尘量而选择合适的型号，即风机的结构要适应输送气体的性质。同时要使送入系统的空气尽可能不带油、水和灰尘等。 风机型式确定后，其次是确定其大小（即机号），也就是要满足输送系统对风量和风压的要求。任何一台风机，在一定转速下，只有在某一风量和风压范围内工作，才能有较高的效率。所以选择风机的大小，就是要选择一台在所要求的风量和风压下具有较要效率的风机。