《離心沉降》PPT課件

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1、2 離心沉降,離心沉降：,依靠慣性離心力的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降過(guò)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。,氣固物系：旋風(fēng)分離器； 液固物系：旋液分離器或沉降離心機(jī),一 離心沉降速度,直徑為d的球形粒子在流體中作勻速圓周運(yùn)動(dòng)， 切線速度為uT； 徑向速度ur； 旋轉(zhuǎn)半徑為R 粒子密度為s； 流體密度為,1 球形顆粒的離心沉降速度,,慣性離心力（與重力相當(dāng)）:,向心力(與重力場(chǎng)中的浮力相當(dāng)):,阻力(與顆粒徑向運(yùn)動(dòng)方向相反):,徑向受力分析,,（指向中心）,（指向中心）,（中心指向外周 ）,三力達(dá)到平衡，則：,平衡時(shí)顆粒在徑向上相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度ur便是此位置上的離心沉降速度（絕對(duì)速度

2、在徑向上的分量）。,離心沉降速度表達(dá)式,重力沉降速度表達(dá)式,兩者區(qū)別在于加速度的不同，一個(gè)是“ut2/R”， 一個(gè)是“g” 。,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,慣性離心力場(chǎng)與重力場(chǎng)的區(qū)別,,,沉降速度,恒定,變化,2 離心分離因數(shù),離心沉降時(shí)，如果顆粒與流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)屬于滯流，阻力系數(shù)亦可用重力沉降中關(guān)系式表達(dá)，則：,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 ：,比值Kc就是粒子所在位置上的慣性離心力場(chǎng)強(qiáng)度與重力場(chǎng)強(qiáng)度之比稱為離心分離因數(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)。,分離因數(shù)是離心分離設(shè)備

3、的重要指標(biāo)。某些高速離心機(jī)分離因數(shù)值可高達(dá)數(shù)十萬(wàn)。旋風(fēng)或旋液分離器的分離因數(shù)一般在52500之間。,表明離心沉降速度是沉降速度的百倍，因此離心沉降設(shè)備分離效果遠(yuǎn)高于重力沉降設(shè)備。,,二 旋風(fēng)分離器,利用慣性離心力從氣流中分離出塵粒的設(shè)備,含塵氣體從圓筒上部長(zhǎng)方形切線進(jìn)口進(jìn)入。,1 操作原理,含塵氣體沿圓筒內(nèi)壁作旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。顆粒的離心力較大，被甩向外層，氣流在內(nèi)層。氣固得以分離。,在圓錐部分，旋轉(zhuǎn)半徑縮小而切向速度增大，氣流作下螺旋運(yùn)動(dòng)。,在圓錐的底部附近，氣流轉(zhuǎn)為上升旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，最后由上部出口管排出；,固相沿內(nèi)壁落入灰斗。,分離器內(nèi)的靜壓強(qiáng)在器壁附近最高，僅稍低于氣體進(jìn)口處的壓強(qiáng)，往中心逐漸降低，

4、在氣芯處可降至氣體出口壓強(qiáng)以下。旋風(fēng)分離器內(nèi)的低壓氣芯由排氣管入口一直延伸到底部出灰口。注意密封。,旋風(fēng)分離器分離粒徑范圍：5200m,不適于：黏性粉塵、含濕量高粉塵、腐蝕性粉塵,2 性能,評(píng)價(jià)旋風(fēng)分離器性能的主要指標(biāo)是塵粒從氣流中的分離效果（臨界粒徑和分離效率）及氣體經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降。,1） 臨界粒徑,理論上在旋風(fēng)分離器中能完全分離下來(lái)的最小顆粒直徑。,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)，且切線速度恒定，等于進(jìn)口氣速uT=ui；,b) 顆粒沉降過(guò)程中所穿過(guò)的氣流厚度為進(jìn)氣口寬度B,D,<

5、粒的離心沉降速度為：,顆粒到達(dá)器壁所需要的時(shí)間：,令氣流的有效旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為Ne，它在器內(nèi)運(yùn)行的距離便是2RmNe ，則氣體停留時(shí)間為：,t時(shí)， 該顆粒就是理論上能被分離下來(lái)的最小顆粒(dc ),影響臨界粒徑的因素,a),即臨界粒徑隨分離器尺寸的增大而增大。,c) 入口氣速ui愈大，dc愈小。 uidc,dc,b) Nedc,細(xì)長(zhǎng)形有利,d) S dc,一般旋風(fēng)分離器是以圓筒直徑D為參數(shù)，其它尺寸都與D成一定比例。Ne的數(shù)值一般為0.53.0，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器，可取Ne=5。,增加旋風(fēng)分離器尺寸雖然可以加大處理量，但是會(huì)導(dǎo)致其臨界粒徑的降低，因此一般不采用。,2）分離效率,總效率o：,進(jìn)入旋風(fēng)分離

6、器的全部粉塵中被分離下來(lái)的粉塵的質(zhì)量分?jǐn)?shù),C1 、C2 分別為旋風(fēng)分離器進(jìn)、出口氣體含塵濃度，gm3,總效率不能表明旋風(fēng)分離器對(duì)各種尺寸粒子的不同分離效果,粒級(jí)效率p,i：,進(jìn)入旋風(fēng)分離器的平均粒徑為di的顆粒被分離下來(lái)的質(zhì)量分?jǐn)?shù),粒級(jí)效率p,i與顆粒直徑di 的對(duì)應(yīng)關(guān)系可通過(guò)實(shí)測(cè)得到，稱為粒級(jí)效率曲線。,dp,i dc， p,i100,理論上,,dp,i dc， 還有部分未分離下來(lái),實(shí)際上,,直徑小于dc的顆粒中 有些在旋風(fēng)分離器進(jìn)口處已很靠近壁面，在停留時(shí)間內(nèi)能夠達(dá)到壁面上；有些在器內(nèi)聚結(jié)成了大的顆粒，因而具有較大的沉降速度,直徑大于dc的顆粒中 氣體渦流的影響，可能沒(méi)達(dá)到器壁；即

7、使沉到器壁也會(huì)被重新?lián)P起,有時(shí)也把旋風(fēng)分離器的粒級(jí)效率標(biāo)繪成d/d50的函數(shù)曲線， d50為粒級(jí)效率為50%的顆粒直徑，稱為分割粒徑。,對(duì)于同一型式且尺寸比例相同的旋風(fēng)分離器，無(wú)論大小，皆可通用一條p d/d50曲線。,旋風(fēng)分離器總效率不僅取決于顆粒的粒級(jí)效率，而且取決于塵粒的粒度分布。,,xi粒徑在第i段的顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù) p,I第i段粒徑范圍內(nèi)顆粒的粒級(jí)效率 n全部粒徑被劃分的段數(shù),對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器,3）壓強(qiáng)降,氣體通過(guò)旋風(fēng)分離器時(shí)，由于進(jìn)氣管、排氣管及主體器壁所引起的摩擦阻力，氣體流動(dòng)時(shí)的局部阻力以及氣體旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的動(dòng)能損失造成了氣體的壓強(qiáng)降，,旋風(fēng)分離器的壓降一般在5002000Pa內(nèi)

8、。,:阻力系數(shù)，同一結(jié)構(gòu)型式及尺寸比例旋風(fēng)分離器的為常 數(shù)，不因尺寸大小而變。標(biāo)準(zhǔn)型， 8.0,綜上所述，影響旋風(fēng)分離器性能（分離性能及壓降）的重要因素為物系性質(zhì)及操作條件：,1）s、d、ui及粉塵濃度高（利于顆粒的聚結(jié)、抑制 氣體渦流使阻力下降）等情況均有利于分離,2）進(jìn)口氣速ui稍高有利于分離，但過(guò)高則導(dǎo)致渦流加劇，反不利 于分離，徒然增大壓強(qiáng)降。故旋風(fēng)分離器的進(jìn)口氣速保持在 1025ms范圍內(nèi)為宜,實(shí)際應(yīng)用中，常采用多級(jí)串、并聯(lián)操作來(lái)提高分離效率和處理能力,每臺(tái)分離器的壓強(qiáng)減小,每臺(tái)分離器的流量減小,例 某含塵空氣中微粒的密度為1500Kg/m3 溫度為70，常壓下流量為1200

9、m3/h，現(xiàn)采用筒體直徑400mm的標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器進(jìn)行除塵，試求能分離出塵粒的最小直徑。,,,查溫度70的空氣,解：,3 選型與計(jì)算,旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要針對(duì)提高分離效率或降低氣流阻力：,a 采用細(xì)而長(zhǎng)的器身,器身直徑慣性離心力，增加器身長(zhǎng)度氣體停留時(shí)間,b 減小渦流的影響,上渦流產(chǎn)生：氣體進(jìn)入 向頂蓋流動(dòng) 沿排氣管向下流動(dòng) 排氣管底部匯入上升的內(nèi)旋氣流 上渦流,1) 旋風(fēng)分離器的類型,,,,,c 防止粉塵重新?lián)P起：,改進(jìn)下灰口（擴(kuò)散式）,采用帶有旁路分離室或采用異形進(jìn)氣管（傾斜螺旋進(jìn)氣口）的旋風(fēng)分離器,2) 旋風(fēng)分離器的選用,旋風(fēng)分離器計(jì)算的主要依據(jù)有三方面 :,含塵氣的體積

10、流量；要求達(dá)到的分離效率；允許的壓強(qiáng)降,旋風(fēng)分離器實(shí)際選用步驟為,a) 根據(jù)具體情況選擇合適的型式，選型時(shí)應(yīng)在高效率與低阻力者之間作權(quán)衡，一般長(zhǎng)、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 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,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

11、-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(guò)700Pa，試決定旋風(fēng)分離器的尺寸與個(gè)數(shù)。,=8.0,解： 根據(jù)允許的壓強(qiáng)降確定氣體在入口的流速ui,按分離要求，臨界粒徑不大于10m，故取臨界粒徑dc=10m來(lái)計(jì)算分離器的尺寸。 由ui與dc計(jì)算D,N=5,旋風(fēng)分離器的直徑 ：,D=4B=40.196=0.78m,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。,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：,進(jìn)氣管截面積,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

12、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)。,為了保證指定的分離效率，臨界粒徑仍取為10m。,校核壓強(qiáng)降與分離效率 四臺(tái)并聯(lián)時(shí)，每臺(tái)旋風(fēng)分離器分?jǐn)偟臍怏w處理量為：,校核P,若D再增大，則dc會(huì)增大， 分離效率會(huì)下降,p=700Pa,校核臨界粒徑,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。,若D再減小，則ui會(huì)增大， P就會(huì)超過(guò)允許值,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)操作來(lái)處理本題中的含塵氣體時(shí)，只要分離器在（0.6540.695m）范圍內(nèi)，便可同時(shí)滿足氣量、壓強(qiáng)降及效率指標(biāo)。 倘若直徑D

13、0.695m，則在規(guī)定的氣量下不能達(dá)到規(guī)定的分離效率。 倘若直徑D<0.654m，則在規(guī)定的氣量下，壓降將超出允許的范圍。,結(jié)構(gòu) 濾袋、骨架、機(jī)殼、清灰裝置、灰斗、排灰閥。,2. 工作過(guò)程,含塵氣體進(jìn)入袋濾器； 氣體通過(guò)濾袋，經(jīng)頂部排出； 灰塵被截留； 聚集一定厚度灰塵后，壓縮空氣通入，濾袋振動(dòng)，灰塵落下； 灰塵經(jīng)過(guò)排灰閥排除。,三 袋濾器,,含塵氣體的分離系統(tǒng),200 m 5 m <5 m,,,四 旋液分離器（自學(xué)）,設(shè)備主體由圓筒和圓錐兩部分組成,懸浮液從圓筒上部的切向進(jìn)口進(jìn)入器內(nèi)，旋轉(zhuǎn)向下流動(dòng)。,工作過(guò)程：,液流中的顆粒受離心力作用，沉降到器壁，并隨液流下降到錐形底的出口，成為較稠的懸浮液而排出，稱為底流。,澄清的液體或含有較小較輕顆粒的液體，則形成向上的內(nèi)旋流，經(jīng)上部中心管從頂部溢流管排出，稱為溢流。,液體的粘度約為氣體的50倍，液體的(p-)比氣體的小，懸浮液進(jìn)口速度也比含塵氣體的小，所以同樣大小和密度的顆粒， 沉降速度遠(yuǎn)小于含塵氣體在旋風(fēng)分離器中的沉降速度。 要達(dá)到同樣的臨界粒徑要求，則旋液分離器的直徑要比旋風(fēng)分離器小很多(增大離心力)，錐形部分長(zhǎng)度大的多(延長(zhǎng)停留時(shí)間)。,特點(diǎn),旋液分離器的粒級(jí)效率和顆粒直徑的關(guān)系曲線與旋風(fēng)分離器頗為相似，并且同樣可根據(jù)粒級(jí)效率及粒徑分布計(jì)算總效率,