第二節(jié)非均相物系分離教學(xué)課件

1、第二章第二章 非均相物系的分離非均相物系的分離第二節(jié)第二節(jié) 離心沉降離心沉降v離心沉降離心沉降是依靠慣性離心力的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降。是依靠慣性離心力的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降。 在重力沉降的討論中，已經(jīng)得知，顆粒的重力沉在重力沉降的討論中，已經(jīng)得知，顆粒的重力沉降速度降速度u ut t與顆粒的直徑與顆粒的直徑d d及兩相的密度差及兩相的密度差s s有關(guān)，有關(guān)，d d越大，兩相密度差越大，則越大，兩相密度差越大，則u ut t越大。越大。v若若d d、s s、一定，則顆粒的重力沉降速度一定，則顆粒的重力沉降速度u ut t一一定，對(duì)一定的非均相物系，其重力沉降速度是恒定，對(duì)一定的非均相物系，其重力沉降速度

2、是恒定的，人們無(wú)法改變其大小。因此，在分離要求定的，人們無(wú)法改變其大小。因此，在分離要求較高時(shí)，用重力沉降就很難達(dá)到要求。此時(shí)，若較高時(shí)，用重力沉降就很難達(dá)到要求。此時(shí)，若采用離心沉降，則可大大提高沉降速度，使分離采用離心沉降，則可大大提高沉降速度，使分離效率提高，設(shè)備尺寸減小。效率提高，設(shè)備尺寸減小。 v1.1.離心沉降速度離心沉降速度與重力沉離心沉降速度離心沉降速度與重力沉降速度計(jì)算式形式相同，只是將重力加速降速度計(jì)算式形式相同，只是將重力加速度度g g（重力場(chǎng)強(qiáng)度）換成了離心加速度（重力場(chǎng)強(qiáng)度）換成了離心加速度u ut t2 2/ /R R（離心力場(chǎng)強(qiáng)度）。但重力場(chǎng)強(qiáng)度（離心力場(chǎng)強(qiáng)度）。

3、但重力場(chǎng)強(qiáng)度g g是恒定是恒定的，而離心力場(chǎng)強(qiáng)度的，而離心力場(chǎng)強(qiáng)度u ut t2 2/ /R R卻隨半徑和切向卻隨半徑和切向速度而變，即可以人為控制和改變，這就速度而變，即可以人為控制和改變，這就是采用離心沉降優(yōu)點(diǎn)是采用離心沉降優(yōu)點(diǎn)選擇合適的轉(zhuǎn)速選擇合適的轉(zhuǎn)速與半徑，就能夠根據(jù)分離要求完成分離任與半徑，就能夠根據(jù)分離要求完成分離任務(wù)。務(wù)。 當(dāng)顆粒處于離心力場(chǎng)中時(shí)，當(dāng)顆粒處于離心力場(chǎng)中時(shí)， 將受到離心力的作用，其值為將受到離心力的作用，其值為 rummrmaF2t2rc A B ur r1 O C r2 r u u 顆粒在旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)對(duì)于同一顆粒，對(duì)于同一顆粒，r r越大，越大，越大，產(chǎn)生的

4、離心力就越大，產(chǎn)生的離心力就越大，利用離心力分離流體中的顆粒比重力有越大，利用離心力分離流體中的顆粒比重力有效得多，因重力固定，離心力可變，提高轉(zhuǎn)速，效得多，因重力固定，離心力可變，提高轉(zhuǎn)速，就可增大之。例如當(dāng)就可增大之。例如當(dāng)r=1mr=1m，u ut t=100m/s=100m/s時(shí)，質(zhì)量時(shí)，質(zhì)量為為m m的顆粒產(chǎn)生的離心力與重力的比值為的顆粒產(chǎn)生的離心力與重力的比值為即離心力為重力的即離心力為重力的10001000倍。倍。100081. 9m1100m2 離心力與重力之比稱為離心力與重力之比稱為分離因數(shù)分離因數(shù)，用，用KcKc表示。在離心機(jī)中，此值可達(dá)幾千甚至表示。在離心機(jī)中，此值可達(dá)幾

5、千甚至幾萬(wàn)。幾萬(wàn)。 離心沉降沉降速度離心沉降沉降速度u ur r的有關(guān)計(jì)算與重力的有關(guān)計(jì)算與重力沉降相似，只要將重力加速度沉降相似，只要將重力加速度g g用離心加速用離心加速度代替即可，即度代替即可，即 設(shè)分離因數(shù)為設(shè)分離因數(shù)為1000010000，且沉降處于層流區(qū)，則，且沉降處于層流區(qū)，則u ur r/u/u0 0=100=100，即離心沉降時(shí)間僅為重力沉降即離心沉降時(shí)間僅為重力沉降時(shí)間的時(shí)間的1/1001/100。ru3d4u2tsr 注意上式中的注意上式中的u ut t 為切線速度，其為切線速度，其方向沿顆粒所在位置的圓周切線方向，方向沿顆粒所在位置的圓周切線方向，u ur r為離心沉降

6、速度，其方向?yàn)轭w粒所為離心沉降速度，其方向?yàn)轭w粒所在位置的徑向，如圖所示。因顆粒具在位置的徑向，如圖所示。因顆粒具有兩個(gè)方向的速度，其實(shí)際速度為這有兩個(gè)方向的速度，其實(shí)際速度為這兩個(gè)速度的合速度。假如顆粒的初始兩個(gè)速度的合速度。假如顆粒的初始位置位置A A，顆粒的實(shí)際運(yùn)動(dòng)路線如圖中虛顆粒的實(shí)際運(yùn)動(dòng)路線如圖中虛線所示，最后達(dá)到器壁線所示，最后達(dá)到器壁C C處處。 A B ur r1 O C r2 r u u 顆粒在旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 設(shè)運(yùn)動(dòng)為層流，即設(shè)運(yùn)動(dòng)為層流，即 則仍可套用斯托克斯定律，得則仍可套用斯托克斯定律，得 1duRerrru18du2ts2r2.2.離心沉降設(shè)備離心沉降設(shè)備 旋風(fēng)分離

7、器旋風(fēng)分離器 旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器是從氣流中分離出塵粒的離是從氣流中分離出塵粒的離心沉降設(shè)備，因此，又稱為心沉降設(shè)備，因此，又稱為旋風(fēng)除塵器。旋風(fēng)除塵器。 B 凈化氣體凈化氣體 含塵含塵 氣體氣體 A D 塵粒塵粒 標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器含塵氣體由圓筒形上部的切向長(zhǎng)方形入口進(jìn)含塵氣體由圓筒形上部的切向長(zhǎng)方形入口進(jìn)入筒體，在器內(nèi)形成一個(gè)繞筒體中心向下入筒體，在器內(nèi)形成一個(gè)繞筒體中心向下作螺旋運(yùn)動(dòng)的外漩流，在此過(guò)程中，顆粒作螺旋運(yùn)動(dòng)的外漩流，在此過(guò)程中，顆粒在離心力的作用下，被甩向器壁與氣流分在離心力的作用下，被甩向器壁與氣流分離，并沿器壁滑落至錐底排灰口，定期排離，并沿器壁滑落至錐底排灰口，定期排放；

8、外漩流到達(dá)器底后（已除塵）變成向放；外漩流到達(dá)器底后（已除塵）變成向上的內(nèi)漩流，最終，內(nèi)漩流（凈化氣）由上的內(nèi)漩流，最終，內(nèi)漩流（凈化氣）由頂部排氣管排出。頂部排氣管排出。 v旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，操作不受溫度、壓力的限制，因而廣泛用作工業(yè)操作不受溫度、壓力的限制，因而廣泛用作工業(yè)生產(chǎn)中的除塵分離設(shè)備。旋風(fēng)分離器一般可分離生產(chǎn)中的除塵分離設(shè)備。旋風(fēng)分離器一般可分離5m5m以上的塵粒，對(duì)以上的塵粒，對(duì)5m5m以下的細(xì)微顆粒分離效以下的細(xì)微顆粒分離效率較低，可在其后接袋濾器和濕法除塵器來(lái)捕集。率較低，可在其后接袋濾器和濕法除塵器來(lái)捕

9、集。 v旋風(fēng)分離器的性能：評(píng)價(jià)旋風(fēng)分離器的主要指標(biāo)旋風(fēng)分離器的性能：評(píng)價(jià)旋風(fēng)分離器的主要指標(biāo)是所能分離的最小顆粒直徑是所能分離的最小顆粒直徑臨界粒徑和氣體臨界粒徑和氣體經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器的壓降。經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器的壓降。 v臨界粒徑是指理論上能夠完全被旋風(fēng)分離臨界粒徑是指理論上能夠完全被旋風(fēng)分離器分離下來(lái)的最小顆粒直徑。器分離下來(lái)的最小顆粒直徑。臨界粒徑隨臨界粒徑隨氣速增大而減小，表明氣速增加，分離效氣速增大而減小，表明氣速增加，分離效率提高。但氣速過(guò)大會(huì)將已沉降顆粒卷起，率提高。但氣速過(guò)大會(huì)將已沉降顆粒卷起，反而降低分離效率，同時(shí)使流動(dòng)阻力急劇反而降低分離效率，同時(shí)使流動(dòng)阻力急劇上升。上升。v臨界粒

10、徑隨設(shè)備尺寸的減小而減小，因旋臨界粒徑隨設(shè)備尺寸的減小而減小，因旋風(fēng)分離器的各部分尺寸成一定比例，尺寸風(fēng)分離器的各部分尺寸成一定比例，尺寸越小，則越小，則B B越小，從而臨界粒徑越小，分離越小，從而臨界粒徑越小，分離效率越高。效率越高。 v壓降大小是評(píng)價(jià)旋風(fēng)分離器性能好壞壓降大小是評(píng)價(jià)旋風(fēng)分離器性能好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。的一個(gè)重要指標(biāo)。受整個(gè)工藝過(guò)程對(duì)受整個(gè)工藝過(guò)程對(duì)總壓降的限制及節(jié)能降耗的需要，氣總壓降的限制及節(jié)能降耗的需要，氣體通過(guò)旋風(fēng)分離器的壓降應(yīng)盡可能低。體通過(guò)旋風(fēng)分離器的壓降應(yīng)盡可能低。壓降的大小除了與設(shè)備的結(jié)構(gòu)有關(guān)外，壓降的大小除了與設(shè)備的結(jié)構(gòu)有關(guān)外，主要決定于氣體的速度，氣體速度越

11、主要決定于氣體的速度，氣體速度越小，壓降越低，但氣速過(guò)小，又會(huì)使小，壓降越低，但氣速過(guò)小，又會(huì)使分離效率降低。分離效率降低。v因而要選擇適宜的氣速以滿足對(duì)分離效率因而要選擇適宜的氣速以滿足對(duì)分離效率和壓降的要求。一般進(jìn)口氣速在和壓降的要求。一般進(jìn)口氣速在101025m/s25m/s為宜，最高不超過(guò)為宜，最高不超過(guò)35m/s35m/s，同時(shí)壓降應(yīng)控制，同時(shí)壓降應(yīng)控制在在2kPa2kPa以下。以下。 v除了前面提到的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器，還有除了前面提到的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器，還有一些其它型式的旋風(fēng)分離器，如一些其它型式的旋風(fēng)分離器，如CLTCLT、CLT/ACLT/A、CLP/ACLP/A、CLP/BC

12、LP/B以及擴(kuò)散式旋風(fēng)分離以及擴(kuò)散式旋風(fēng)分離器，其結(jié)構(gòu)及主要性能可查閱有關(guān)資料。器，其結(jié)構(gòu)及主要性能可查閱有關(guān)資料。 旋風(fēng)分離器的特點(diǎn)：流量大、壓頭低。旋風(fēng)分離器的特點(diǎn)：流量大、壓頭低。(1) (1) 氣體的膨脹或壓縮引起的不可逆機(jī)械能氣體的膨脹或壓縮引起的不可逆機(jī)械能損失；損失；(2) (2) 消耗于氣流旋轉(zhuǎn)的加速度損失；消耗于氣流旋轉(zhuǎn)的加速度損失；(3) (3) 摩擦阻力損失以及各個(gè)部位的局部阻力摩擦阻力損失以及各個(gè)部位的局部阻力損失等。損失等。有理論或半理論式，但工程上主要采用經(jīng)驗(yàn)有理論或半理論式，但工程上主要采用經(jīng)驗(yàn)公式：公式：212ipu 旋液分離器旋液分離器 旋液分離器是利用離心力

13、從液流中分離固體顆旋液分離器是利用離心力從液流中分離固體顆粒的設(shè)備，其構(gòu)造與操作原理與旋風(fēng)分離器基本粒的設(shè)備，其構(gòu)造與操作原理與旋風(fēng)分離器基本上相同，不同的是，旋液分離器不能將固體顆粒上相同，不同的是，旋液分離器不能將固體顆粒與液體完全分開，從底部出來(lái)的是較濃的懸浮液，與液體完全分開，從底部出來(lái)的是較濃的懸浮液，稱為底流。旋液分離器內(nèi)層中心有一個(gè)空的空氣稱為底流。旋液分離器內(nèi)層中心有一個(gè)空的空氣芯，圓筒部分較短，錐形部分旋轉(zhuǎn)半徑較小，離芯，圓筒部分較短，錐形部分旋轉(zhuǎn)半徑較小，離心作用較大，錐體長(zhǎng)可充分發(fā)揮離心作用。心作用較大，錐體長(zhǎng)可充分發(fā)揮離心作用。 旋液分離器可用于固液分離，也可用于旋液分離器可用于固液分離，也可用于顆粒分級(jí)，即粗顆粒從底流流出，細(xì)顆粒從頂部顆粒分級(jí)，即粗顆粒從底流流出，細(xì)顆粒從頂部中心管排出。中心管排出。 v思考：沉降區(qū)域的劃分與管流過(guò)程有思考：沉降區(qū)域的劃分與管流過(guò)程有何不同？為什么？何不