راهنمای کامل فنی فن‌های موادکش هواگردان (سانتریفیوژ)

مقدمه

فن‌های موادکش هواگردان نوعی از فن‌های سانتریفیوژ هستند که برای انتقال مواد خشک پودری، گرانولی، و الیافی و مکش هوای آلوده حاوی ذرات در صنایع مختلف طراحی شده‌اند. این فن‌ها به دلیل توانایی تولید فشار بالا (تا 11,500 پاسکال) و انتقال حجم زیاد هوا (تا 240,000 مترمکعب بر ساعت) در محیط‌های صنعتی با شرایط سخت مانند دمای بالا، رطوبت بالا، و محیط‌های اسیدی کاربرد دارند. این گزارش مشخصات فنی، کاربردها، محاسبات ظرفیت، هزینه‌های انرژی، و روش‌های جایگزین برای انتقال مواد را با فرمت یکنواخت و محاسبات دقیق ارائه می‌دهد.

مشخصات فنی

فن‌های موادکش هواگردان با طراحی پروانه شعاعی (Radial) و بدنه مقاوم برای انتقال مواد در شرایط سخت صنعتی مناسب هستند. مشخصات کلیدی عبارت‌اند از:

• ظرفیت هوادهی: 400 تا 240,000 مترمکعب بر ساعت (m³/h)

• فشار استاتیک: 250 تا 11,500 پاسکال (Pa)

• قطر پروانه: 30 تا 130 سانتیمتر (cm)

• سیستم گرداننده: کوپل مستقیم، تسمه‌ای (پولی و تسمه)، یا کوپلینگی

• جنس بدنه و پروانه: ورق فولادی ST37 با پوشش رنگ اپوکسی، گالوانیزه، آلومینیوم، استنلس استیل (304 یا 316)، یا ورق‌های ضدسایش (مانند هارداکس)

• الکتروموتور: ضد انفجار، ضد جرقه، و ضد احتراق، با ولتاژ 230/400 ولت (V) و فرکانس 50 هرتز (Hz)

محاسبات ظرفیت

برای انتخاب فن مناسب، دبی هوا (Q) و فشار استاتیک (P) باید محاسبه شوند. فرمول محاسبه توان فن به صورت زیر است: [ P_{\text{fan}} = \frac{Q \times P}{\eta \times 3600} ] که در آن:

• ( P_{\text{fan}} ): توان مورد نیاز فن (کیلووات، kW)

• ( Q ): دبی هوا (مترمکعب بر ساعت، m³/h)

• ( P ): فشار استاتیک (پاسکال، Pa)

• ( \eta ): راندمان فن (0.70 تا 0.85)

• ثابت 3600: تبدیل ساعت به ثانیه

اعداد در محاسبات به دو رقم اعشار گرد می‌شوند و واحدها به طور یکنواخت استفاده می‌شوند.

مثال برای صنعت نساجی

• دبی هوا: 50,000 m³/h

• فشار استاتیک: 5,000 Pa

• راندمان فن: 0.80

• محاسبه توان:[ P_{\text{fan}} = \frac{50,000 \times 5,000}{0.80 \times 3600} = 86.81 , \text{kW} ]

• مصرف برق سالانه (24 ساعت در روز، 365 روز):[ 86.81 \times 24 \times 365 = 760,194.60 , \text{kWh/سال} ]

• هزینه برق (نرخ 100 تومان/kWh):[ 760,194.60 \times 100 = 76,019,460 , \text{تومان/سال} ]

مثال برای صنعت کاغذسازی

• دبی هوا: 100,000 m³/h

• فشار استاتیک: 8,000 Pa

• راندمان فن: 0.80

• محاسبه توان:[ P_{\text{fan}} = \frac{100,000 \times 8,000}{0.80 \times 3600} = 277.78 , \text{kW} ]

• مصرف برق سالانه:[ 277.78 \times 24 \times 365 = 2,432,391.20 , \text{kWh/سال} ]

• هزینه برق:[ 2,432,391.20 \times 100 = 243,239,120 , \text{تومان/سال} ]

کاربردها و ظرفیت تولید

فن‌های موادکش هواگردان در صنایع زیر برای انتقال مواد و مکش هوای آلوده استفاده می‌شوند. ظرفیت تولید به نوع مواد و حجم انتقال بستگی دارد:

جدول 1: کاربردها و ظرفیت تولید در صنایع مختلف

صنعت	کاربرد	ظرفیت تولید نمونه	ظرفیت فن (m³/h)	فشار (Pa)
نساجی و ریسندگی	انتقال الیاف طبیعی و مصنوعی	1.00 تا 10.00 تن/ساعت	10,000-100,000	2,000-8,000
چوب و کاغذ	انتقال خاک اره، پوشال، گرد و غبار	5.00 تا 50.00 تن/ساعت	20,000-240,000	3,000-11,500
کود و کمپوست	انتقال مواد پودری و گرانولی	10.00 تا 100.00 تن/ساعت	5,000-50,000	1,000-5,000
یونولیت	انتقال گرانول‌های پلی‌استایرن	1.00 تا 5.00 تن/ساعت	5,000-20,000	500-3,000
شیمیایی	انتقال ذرات و گازهای خورنده	1.00 تا 20.00 تن/ساعت	10,000-100,000	2,000-10,000

توضیحات کاربردها

• نساجی و ریسندگی: انتقال الیاف پنبه، پلی‌استر، یا نایلون در فرآیندهای ریسندگی و بافندگی با فشار متوسط (2,000-8,000 Pa) برای الیاف سبک.

• چوب و کاغذ: مکش و انتقال خاک اره، پوشال، و گرد و غبار در کارگاه‌های نجاری و کاغذسازی با فشار بالا (تا 11,500 Pa) برای ذرات سنگین.

• کود و کمپوست: انتقال مواد پودری و گرانولی در تولید کود با دبی متوسط و فشار پایین‌تر.

• یونولیت: انتقال گرانول‌های پلی‌استایرن در تولید فوم با دبی و فشار کم.

• شیمیایی: انتقال ذرات شیمیایی یا گازهای خورنده در محیط‌های خطرناک با مواد مقاوم مانند استنلس استیل.

روش‌های جایگزین برای انتقال مواد

روش‌های جایگزین شامل سیستم‌های پنوماتیک، مکنده‌های صنعتی (سیکلون)، نوار نقاله، و ترکیب این سیستم‌ها هستند:

1. سیستم‌های پنوماتیک:

   • توضیح: از فشار هوا یا خلأ برای انتقال مواد پودری و گرانولی استفاده می‌شود. مناسب برای فواصل طولانی و مواد سبک.

   • مزایا: کاهش سایش مکانیکی، انعطاف‌پذیری در مسیرهای پیچیده.

   • معایب: هزینه اولیه بالا، نیاز به کمپرسورهای پرقدرت.

   • محاسبات توان کمپرسور:[ P = \frac{Q \times P}{\eta_c \times 3600} ] که در آن ( \eta_c ): راندمان کمپرسور (0.60 تا 0.80)

   • مثال: برای دبی 50,000 m³/h و فشار 5,000 Pa:

     • راندمان کمپرسور: 0.70

     • توان: ( \frac{50,000 \times 5,000}{0.70 \times 3600} = 99.21 , \text{kW} )

     • مصرف برق سالانه: ( 99.21 \times 24 \times 365 = 868,879.80 , \text{kWh/سال} )

     • هزینه: ( 868,879.80 \times 100 = 86,887,980 , \text{تومان/سال} )

2. مکنده‌های صنعتی (سیکلون):

   • توضیح: برای جداسازی ذرات از هوا با نیروی گریز از مرکز در صنایع چوب و کاغذ استفاده می‌شود.

   • مزایا: هزینه نگهداری پایین، مناسب برای ذرات درشت (بیش از 10 میکرون).

   • معایب: کارایی کمتر برای ذرات ریز.

   • محاسبات: افت فشار سیکلون: 500-2,000 Pa

   • مثال: برای دبی 50,000 m³/h و فشار 1,500 Pa:

     • توان: ( \frac{50,000 \times 1,500}{0.80 \times 3600} = 26.04 , \text{kW} )

     • مصرف برق سالانه: ( 26.04 \times 24 \times 365 = 228,110.40 , \text{kWh/سال} )

     • هزینه: ( 228,110.40 \times 100 = 22,811,040 , \text{تومان/سال} )

3. نوار نقاله (Conveyor Systems):

   • توضیح: برای انتقال مواد جامد مانند گرانول‌ها یا الیاف در فواصل کوتاه.

   • مزایا: مصرف انرژی پایین برای مواد سنگین، هزینه نگهداری کم.

   • معایب: عدم انعطاف‌پذیری در مسیرهای پیچیده.

   • محاسبات توان:[ P = \frac{F \times v}{\eta} ] که در آن ( F ): نیروی مورد نیاز (نیوتن، N)، ( v ): سرعت نوار (متر بر ثانیه، m/s)، ( \eta ): راندمان (0.80-0.90)

   • مثال: برای انتقال 10.00 تن/ساعت با نیروی 5,000 N و سرعت 1.00 m/s:

     • راندمان: 0.90

     • توان: ( \frac{5,000 \times 1.00}{0.90} = 5.56 , \text{kW} )

     • مصرف برق سالانه: ( 5.56 \times 24 \times 365 = 48,698.40 , \text{kWh/سال} )

     • هزینه: ( 48,698.40 \times 100 = 4,869,840 , \text{تومان/سال} )

4. ترکیب سیستم‌ها:

   • توضیح: ترکیب فن‌های سانتریفیوژ با سیکلون و فیلترهای کیسه‌ای (Bag Filters) برای جداسازی ذرات و انتقال مواد.

   • مزایا: افزایش کارایی، کاهش آلودگی محیطی.

   • مثال برای صنعت کاغذسازی:

     • فن (50,000 m³/h، 5,000 Pa): 76,019,460 تومان/سال

     • سیکلون (50,000 m³/h، 1,500 Pa): 22,811,040 تومان/سال

     • فیلتر کیسه‌ای (فرض 10.00 kW):

       • مصرف: ( 10.00 \times 24 \times 365 = 87,600.00 , \text{kWh/سال} )

       • هزینه: ( 87,600.00 \times 100 = 8,760,000 , \text{تومان/سال} )

     • هزینه کل: 76,019,460 + 22,811,040 + 8,760,000 = 107,590,500 تومان/سال

هزینه‌های انرژی و نگهداری

• هزینه برق (فن 10.00 kW):

  • مصرف سالانه: ( 10.00 \times 24 \times 365 = 87,600.00 , \text{kWh/سال} )

  • هزینه: ( 87,600.00 \times 100 = 8,760,000 , \text{تومان/سال} )

• هزینه نگهداری: به دلیل سایش ذرات، پروانه‌ها و بدنه نیاز به تعویض پوشش‌های ضدسایش (مانند هارداکس) یا تعمیر دارند. هزینه سالانه نگهداری: حدود 5.00 تا 10.00 درصد هزینه اولیه فن (مثلاً 10.00 تا 20.00 میلیون تومان برای فن 50 میلیون تومانی).

طراحی برای شرایط خاص

• محیط‌های اسیدی: استفاده از استنلس استیل 316 یا پوشش اپوکسی برای مقاومت در برابر خوردگی.

• دمای بالا: استفاده از فولادهای دیرگداز (تا 1,200°C) یا پروانه‌های مقاوم حرارتی.

• رطوبت بالا: پوشش گالوانیزه یا PVC برای جلوگیری از زنگ‌زدگی.

• محیط‌های انفجاری: الکتروموتورهای ضد انفجار (EEX-T3/T4) برای ایمنی در محیط‌های شیمیایی یا نفت و گاز.

نتیجه‌گیری

فن‌های موادکش هواگردان با ظرفیت هوادهی 400 تا 240,000 m³/h و فشار استاتیک 250 تا 11,500 Pa برای انتقال مواد و مکش هوای آلوده در صنایع نساجی، چوب و کاغذ، کود و کمپوست، یونولیت، و شیمیایی ایده‌آل هستند. طراحی مقاوم با مواد ضدسایش و الکتروموتورهای ضد انفجار، این فن‌ها را برای شرایط سخت مناسب می‌کند. روش‌های جایگزین مانند سیستم‌های پنوماتیک، سیکلون، و نوار نقاله می‌توانند هزینه‌ها را کاهش دهند، اما فن‌های سانتریفیوژ به دلیل انعطاف‌پذیری و کارایی بالا همچنان گزینه‌ای پرکاربرد هستند. ترکیب این فن‌ها با سیستم‌های فیلتراسیون می‌تواند کارایی و پایداری زیست‌محیطی را افزایش دهد.