1、2020/8/30,第三章 非均相物系分離,一、離心沉降速度 二、旋風(fēng)分離器操作原理 三、旋風(fēng)分離器的性能 四、旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)型式與選用,第二節(jié) 離心沉降,2020/8/30,離心沉降：,依靠慣性離心力的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降過程 適于分離兩相密度差較小，顆粒粒度較細(xì)的非均相物系。 慣性離心力場與重力場的區(qū)別,重力加速度g,uT2/R,指向地心,沿旋轉(zhuǎn)半徑從中心指向外周,Fg=mg,2020/8/30,一、離心沉降速度,1、離心沉降速度ur,慣性離心力=,向心力=,阻力=,三力達(dá)到平衡，則：,2020/8/30,平衡時(shí)顆粒在徑向上相對于流體的運(yùn)動(dòng)速度ur便是此位置上的離心沉降速度。,2、離心沉降速

2、度與重力沉降速度的比較 表達(dá)式：重力沉降速度公式中的重力加速度改為離心加速度 數(shù)值與方向：重力沉降速度基本上為定值，方向向下 離心沉降速度為絕對速度在徑向上的分量，隨顆粒在 離心力場中的位置而變， 方向是沿半徑向外,2020/8/30,阻力系數(shù) ：層流時(shí),同一顆粒在同一種介質(zhì)中的離心沉降速度與重力沉降速度的比值為 ：,Kc離心分離因數(shù)。 例如:當(dāng)旋轉(zhuǎn)半徑R=0.4m，切向速度uT=20m/s時(shí)，求分離因數(shù)。,2020/8/30,二、旋風(fēng)分離器的操作原理,D,2020/8/30,2020/8/30,三、旋風(fēng)分離器的性能,旋風(fēng)分離器性能的主要操作參數(shù)為氣體處理量，分離效率和氣體通過旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)

3、降。 1、氣體處理量 旋風(fēng)分離器的處理量,2、臨界粒徑 臨界粒徑 ：理論上在旋風(fēng)分離器中能完全分離下來的最小顆粒直徑。,2020/8/30,1） 臨界粒徑的計(jì)算式 a) 進(jìn)入旋風(fēng)分離器的氣流嚴(yán)格按照螺旋形路線作等速運(yùn)動(dòng)，且切向速度恒定，等于進(jìn)口氣速，即uT=ui； b) 顆粒沉降過程中所穿過的氣流厚度為進(jìn)氣口寬度B;,S，可略去，旋轉(zhuǎn)半徑R可取平均值Rm，并用進(jìn)口速度ui代替uT。,2020/8/30,氣流中顆粒的離心沉降速度為：,顆粒到達(dá)器壁所需要的時(shí)間：,停留時(shí)間為：,臨界粒徑的表達(dá)式,2020/8/30,2）臨界粒徑的影響因素,a),臨界粒徑隨分離器尺寸的增大而增大。 分離效率隨分離器尺

4、寸的增大而減小。,b）入口氣速ui愈大，dc愈小，效率愈高。,2020/8/30,3、分離效率,分離效率,總效率o,進(jìn)入旋風(fēng)分離器的全部粉塵中被分離下來的粉塵的質(zhì)量分率,粒級(jí)效率pi,進(jìn)入旋風(fēng)分離器的粒徑為di的顆粒被分離下來的質(zhì)量分率,2020/8/30,粒級(jí)效率pi與顆粒直徑di 的對應(yīng)關(guān)系可通過實(shí)測得到，稱為粒級(jí)效率曲線。,總效率與粒級(jí)效率之間的關(guān)系：,式中：xi 平均粒徑為di的顆粒占總顆粒的質(zhì)量分率。,2020/8/30,d50為粒級(jí)效率為50%的顆粒直徑，稱為分割粒徑。 對于標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器,2020/8/30,4、壓強(qiáng)降,對型式不同或尺寸比例不同的設(shè)備c的值也不同，要通過實(shí)驗(yàn)測定，

5、對于標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器c=8.0。 旋風(fēng)分離器的壓降一般在3002000Pa內(nèi)。,影響旋風(fēng)分離器性能的因素：操作溫度、顆粒密度、粒徑、進(jìn)口氣速度及粉塵濃度等情況。,2020/8/30,四、旋風(fēng)分離器的選型與計(jì)算,1、旋風(fēng)分離器的型式 旋風(fēng)分離器的形式多種多樣，主要是對標(biāo)準(zhǔn)型式的旋風(fēng)分離器的改進(jìn)設(shè)計(jì)。,進(jìn)氣口 ：,為了保證高速氣流進(jìn)入旋風(fēng)分離器時(shí)形成較規(guī)則的旋轉(zhuǎn)流，減少局部渦流與死角，設(shè)計(jì)了傾斜螺旋進(jìn)口，螺殼形進(jìn)口、軸向進(jìn)口等。,主體結(jié)構(gòu)與各部分尺寸比例的優(yōu)化：,根據(jù)流場與顆粒流動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)，,2020/8/30,一般細(xì)長的旋風(fēng)分離器效率高，但超過一定限度，分離效率的提高不明顯，而壓降

6、卻增加。 改進(jìn)下灰口 ：,防止已分離下來的粉塵重新?lián)P起 。,目前，我國已定型了旋風(fēng)分離器，制定了標(biāo)準(zhǔn)流型系列，如CLT,CLT/A,CLP/A,CLP/B以及擴(kuò)散式旋風(fēng)分離器 2、旋風(fēng)分離器的設(shè)計(jì)計(jì)算 例如，已知?dú)怏w流量VS(m3/s)、原始含塵量C1(g/m3)、粉塵的粒度分布，除塵要求及氣體通過旋風(fēng)分離器允許的壓強(qiáng)降，要求選擇旋風(fēng)分離器的型式，確定旋風(fēng)分離器的直徑和個(gè)數(shù)。,2020/8/30,步驟： a) 根據(jù)具體情況選擇合適的型式，選型時(shí)應(yīng)在高效率與低阻力兩者之間作權(quán)衡，一般長、徑比大且出入口截面小的設(shè)備效率高且阻力大；反之，阻力小效率低。 b) 根據(jù)允許的壓降確定氣體在入口的流速ui

7、c) 根據(jù)分離效率或除塵要求，求出臨界粒徑dc d) 根據(jù)ui和dc計(jì)算旋風(fēng)分離器的直徑D e) 根據(jù)ui與D計(jì)算旋風(fēng)分離器的處理量，再根據(jù)氣體流量確定旋風(fēng)分離器的數(shù)目。 f) 校核分離效率與壓力降,2020/8/30,例：氣體中所含塵粒的密度為2000kg/m3，氣體的流量為5500標(biāo)m3/h，溫度為500，密度為0.43kg/m3，粘度為3.610-5Pa.s，擬采用標(biāo)準(zhǔn)形式的旋風(fēng)分離器進(jìn)行除塵，要求分離效率不低于90%，且知相應(yīng)的臨界粒徑不大于10m，要求壓降不超過700Pa，試決定旋風(fēng)分離器的尺寸與個(gè)數(shù)。 解： 根據(jù)允許的壓強(qiáng)降確定氣體在入口的流速ui,=8.0,2020/8/30,按

8、分離要求，臨界粒徑不大于10m，故取臨界粒徑dc=10m來計(jì)算旋風(fēng)分離器的直徑D 。,N=5,旋風(fēng)分離器的直徑 ：,D=4B=40.196=0.78m,2020/8/30,根據(jù)D與ui計(jì)算每個(gè)分離器的處理量，再根據(jù)氣體流量確定旋風(fēng)分離器的數(shù)目。 進(jìn)氣管截面積,每個(gè)旋風(fēng)分離器的氣體處理量為：,含塵氣體在操作狀況下的總流量為：,2020/8/30,所需旋風(fēng)分離器的臺(tái)數(shù)為：,為滿足規(guī)定的氣體處理量、壓強(qiáng)降及分離效率三項(xiàng)指標(biāo)，需要直徑不大于0.78m的標(biāo)準(zhǔn)分離器至少三臺(tái)，為了便于安排，現(xiàn)采用四臺(tái)并聯(lián)。 校核壓力降與分離效率 四臺(tái)并聯(lián)時(shí)，每臺(tái)旋風(fēng)分離氣分?jǐn)偟臍怏w處理量為：,為了保證指定的分離效率，臨界粒徑仍取為10m。,2020/8/30,校核P,或者從維持指定的最大允許壓降數(shù)值為前提，求得每臺(tái)旋風(fēng)分離器的最小直徑。,2020/8/30,P=700Pa ui=20.2m/s,校核臨界粒徑,根據(jù)以上計(jì)算可知，當(dāng)采用四個(gè)尺寸相同的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器并聯(lián)操作