-化工原理第三章離心沉降-PPT課件

1、第三節(jié) 離心沉降一、概述二、離心沉降速度三、離心分離設備第三章沉降與過濾2022/7/22【定義】在離心力場中，利用分散相和連續(xù)相之間的密度差異，使之發(fā)生相對運動而實現(xiàn)分離的操作過程。 一、概述1、什么是離心沉降？【工業(yè)應用】適用于分離兩相密度差較小，顆粒粒度較小的非均相物系。2022/7/222、慣性離心力場與重力場的區(qū)別重力場離心力場力場強度重力加速度（g）離心加速度（ut2/r）方 向指向地心沿旋轉(zhuǎn)半徑從中心指向外周作用力Fg=mgFcmut2/r2022/7/22慣性離心力向心力（浮力）阻 力= 二、離心沉降速度1、離心沉降速度（ ur ）的基本計算式顆粒在離心力場中所受到的作用力：2

2、022/7/22當三力達到平衡時，則：【定義】顆粒在徑向上相對于流體的運動速度 ur 便是此位置上的離心沉降速度。可推得：離心沉降速度基本計算式切向速度徑向速度2022/7/222、離心沉降速度與重力沉降速度的比較【表達式】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】重力沉降速度為顆粒運動的絕對速度，基本上為定值；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（r）而變。2022/7/22【說明】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（r）而變。2022/7/223、層流區(qū)的離心沉降 在沉降分離中，沉降速度較小的顆粒才考慮用離心沉降。故離心沉降

3、的計算一般為小顆粒。而小顆粒沉降時所受到的阻力一般處于層流（斯托克斯）區(qū)，即：代入到離心沉降速度基本計算式中，可得：層流區(qū)離心沉降速度計算式2022/7/22【定義】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?！咀饔谩縆c是表示離心力大小的指標。 Kc越大，表明離心分離設備性能越好。4、離心分離因數(shù)離心分離因數(shù)2022/7/22【例】當旋轉(zhuǎn)半徑r=0.4m，切向速度ut =20m/s時，求離心分離因數(shù)。 結(jié)果表明：在離心力場中的沉降速度是重力沉降速度的102倍。離心分離因素越大，固體顆粒在離心力場中的沉降速度越大，越容易被分離，因此，離心分離設備的性能越好。 有關(guān)說明2022/7

4、/22三、旋風分離器（旋風除塵器）1、旋風分離器的構(gòu)造（1）進氣口（2）圓筒（3）圓錐體（4）中央排氣管（5）排塵（灰）管2022/7/22中央排氣管進氣口圓筒圓錐體排塵管2022/7/22旋風分離器實物圖2022/7/222、旋風分離器的尺寸特點（1）旋風分離器各部分的尺寸都有一定的比例；（2）只要規(guī)定出其中一個主要尺寸，如圓筒直徑（D）或進氣口寬度（b），則其它各部分的尺寸亦確定。 2022/7/222022/7/223、旋風分離器的工作原理含塵氣體從切線方向進入，進口的氣速約為1520m/s。氣體在器內(nèi)按螺旋形路線向器底旋轉(zhuǎn)，到達底部后折而向上，成為內(nèi)層的上旋的氣流，稱為氣芯，然后從頂部

5、的中央排氣管排出。氣體中所夾帶的塵粒逐漸沉降到器壁，碰到器壁后落下，滑向出灰口。2022/7/22旋風分離器工作原理示意圖外旋氣流氣芯2022/7/22 噴霧干燥流程圖 2022/7/22流化床干燥器干料2022/7/224、旋風分離器的性能旋風分離器性能的主要操作參數(shù)為：（1）氣體處理量；（2）臨界粒徑；（3）分離效率；（4）氣體通過旋風分離器的壓強降。2022/7/22氣體處理量計算關(guān)系式：（1）氣體處理量表明設備生產(chǎn)能力的參數(shù)旋風分離器的處理量由旋風分離器的尺寸（大?。┮约叭肟诘臍馑贈Q定；進口的氣速一般為1520m/s（否則產(chǎn)生的阻力太大），因此，欲增大生產(chǎn)能力，只有增大設備的尺寸。有關(guān)

6、說明2022/7/22（2）臨界粒徑【定義】理論上在旋風分離器中能完全分離下來的最小顆粒直徑，用dpc表示，表明設備的分離效果。 【計算公式】對于一定的設備，某尺寸的顆粒所需的沉降時間t恰好等于停留時間 ，該顆粒的直徑即臨界粒徑 。據(jù)此可推得：臨界粒徑的計算式 其中氣體在器內(nèi)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)n經(jīng)常取5。 2022/7/22（3）推導臨界粒徑計算公式的幾點假設進入旋風分離器的氣流嚴格按照螺旋形路線作等速運動，且切線速度恒定，等于進口氣速ut=ui；顆粒沉降過程中所穿過的氣流厚度為進氣口寬度b；顆粒在層流區(qū)內(nèi)做自由沉降，徑向（沉降）速度可用下式表示： 2022/7/22【兩點說明】導出該式的假定很勉強，故

7、只屬粗略估算。在處理量一定的情況下，臨界粒徑隨分離器尺寸的增大而增大，除塵效果隨分離器尺寸的增大而減小。所以，當氣體處理量很大時，常將若干個小尺寸的旋風分離器并聯(lián)使用（稱為旋風分離器組），以維持較高的除塵效果。2022/7/22含塵氣體入口凈化氣體出口2022/7/22旋風分離器組的使用2022/7/222022/7/222022/7/22【總效率o】進入旋風分離器的全部粉塵中被分離下來的粉塵的質(zhì)量分率： 【粒級效率pi】進入旋風分離器的粒徑為di的顆粒被分離下來的質(zhì)量分率 ：式中C1、C2 分別為旋風分離器進、出口顆粒的質(zhì)量濃度。（3）分離效率2022/7/22（1）粒級效率pi與顆粒直徑d

8、i 的對應關(guān)系曲線稱為粒級效率曲線。（2）由曲線可以看出：粒徑越小，效率越低。 【粒級效率的表示方法粒級效率曲線】粒級效率曲線2022/7/22（4）氣體通過旋風分離器的壓強降【定義】氣體在旋風分離器的入口與出口的壓強差稱為氣體通過旋風分離器的壓強降，用p表示，單位為Pa。氣體通過旋風分離器時產(chǎn)生壓強降的原因A.由于進氣管、排氣管及主體器壁所引起的摩擦阻力；B.氣體流動時的局部阻力；C.氣體旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的動能損失。2022/7/22壓強降的計算公式【依據(jù)】實驗發(fā)現(xiàn)：氣體通過旋風分離器的壓力損失與其進口氣體的動壓頭成正比，據(jù)此可得：式中 ui入口氣速； 氣體密度； 阻力系數(shù)。壓強降的經(jīng)驗計算公式2

9、022/7/22阻力系數(shù)的獲取 一般情況下，阻力系數(shù)要依據(jù)不同的設備用實驗測定，由生產(chǎn)廠家提供。 對于標準型旋風分離器，亦可用經(jīng)驗公式計算： 或2022/7/22壓強降的特點由于旋風分離器各部分的尺寸互成比例，故阻力系數(shù)與旋風分離器的大小無關(guān)。如標準型：只要進口氣速ui 相同，不管多大的旋風分離器，其壓強降都相同。（據(jù)此，旋風分離器往往很大）結(jié)論2022/7/22規(guī)格型號進口風速m/s風量m3/h阻力Pa外形尺寸 mm(長寬高)重量kgCZT-3.91115790-1080750-1470462450175091CZT-5.111151340-1820750-14706004802140152

10、CZT-5.911151800-2450750-1470698670255180CZT-6.711152320-3170750-14707907682890253CZT-7.811153170-4320750-14709209003310338CZT-9.011154200-5700750-1470106210403750420旋風分離器的技術(shù)規(guī)格 2022/7/22大型旋風分離器2022/7/225、旋風分離器的特點（1）結(jié)構(gòu)簡單，易于制造、安裝和維護管理，設備投資和操作費用都較低。（2）在普通操作條件下，作用于粒子上的離心力是重力的52500倍（離心分離因素），所以旋風除塵器的效率顯著高于

11、重力沉降室。（3）大多用來去除3m以上的粒子，并聯(lián)的多管旋風除塵器裝置對3m的粒子也具有8085%的除塵效率。 2022/7/22四、旋液分離器 【定義】旋液分離器又稱水力旋流器，是利用離心沉降原理從懸浮液中分離固體顆粒的設備。1、旋液分離器的結(jié)構(gòu)（1）進料管；（2）溢流管；（3）圓筒；（4）錐型筒；（5）底流管。2022/7/22旋液分離器實物圖圓筒進料管溢流管錐型筒底流管2022/7/222、旋液分離器的工作原理懸浮液經(jīng)入口管沿切向進入圓筒部分；向下作螺旋形運動，固體顆粒受慣性離心力作用被甩向器壁，隨下旋流降至錐底的出口，由底部排出的增濃液稱為底流；清液或含有微細顆粒的液體則為上升的內(nèi)旋流

12、，從頂部的中心管排出，稱為溢流。2022/7/22工業(yè)水送至配堿崗位回收液送鹽水工序效蒸發(fā)器1臺1臺2臺1臺鹽堿鹽漿堿堿堿堿二次蒸氣二次蒸氣0.30.5Mp飽和水蒸氣電解液電解液大罐加料泵螺旋式預熱器效蒸發(fā)器效蒸發(fā)器效蒸發(fā)器旋液分離器中間槽段蒸發(fā)器濃堿槽冷卻器澄清槽高位槽離心機化鹽槽加料槽 燒堿生產(chǎn)蒸發(fā)流程圖 2022/7/22安裝在管路上的旋液分離器2022/7/22 結(jié)構(gòu)特點是直徑小而圓錐部分長。其原因是：（1）因為液固密度差比氣固密度差小，在一定的切線進口速度下，較小的旋轉(zhuǎn)半徑可使顆粒受到較大的離心力而提高沉降速度；（2）減少了沉降距離，縮短了沉降時間；（3）錐形部分加長可增大液流的行程

13、，從而延長了懸浮液在器內(nèi)的停留時間，有利于液固分離?！拘悍蛛x器的結(jié)構(gòu)特點】2022/7/22五、沉降式離心機 【定義】利用慣性離心力分離非均相混合物（懸浮液或乳濁液）的機械?！咎攸c】離心力是由設備（轉(zhuǎn)鼓）本身旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。由于離心機可產(chǎn)生很大的離心力，故可用來分離用一般方法難于分離的懸浮液或乳濁液。沉降式離心機的鼓壁上沒有開孔。（鼓壁上開孔的為離心過濾機） 1、什么是沉降式離心機？2022/7/222、沉降式離心機的操作分類【離心沉降機】（1）被處理物料為懸浮液；（2）密度較大的顆粒沉積于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，液體集中于中央并不斷引出，此操作為離心沉降；【離心分離機】（1）被處理物料為乳濁液；（2）兩種

14、液體按輕、重分層，重者在外，輕者在內(nèi)，各自從不同的位置引出，此操作為離心分離。 2022/7/223、管式離心機管式離心機的結(jié)構(gòu) 驅(qū)動裝置機架機殼轉(zhuǎn)鼓2022/7/22驅(qū)動裝置機架機殼轉(zhuǎn)鼓2022/7/22管式離心機的分類 【根據(jù)分離對象】【GF型】用于處理乳濁液而進行液液分離操作；【GQ型】用于處理懸浮液而進行液固分離的澄清操作。【特點】（1）用于液液分離操作是連續(xù)的；（2）用于液固澄清操作是間歇的；（3）澄清操作時沉積在轉(zhuǎn)鼓壁上的沉渣由人工排除。 2022/7/22【根據(jù)分離因數(shù)】（1）常速離心機 Kc3103（一般為6001200）（2）高速離心機 Kc31035104（3）超高速離心機

15、 Kc5104 2022/7/22GF型GQ型GQ型上部只有一個液相出口GF型上部兩側(cè)有重液相和輕液相出口2022/7/22管式離心機轉(zhuǎn)鼓的結(jié)構(gòu)特點 【結(jié)構(gòu)】離心機的轉(zhuǎn)鼓由三部分組成，即：（1）頂蓋；（2）帶空心軸的底蓋；（3）管狀轉(zhuǎn)筒。頂蓋管狀轉(zhuǎn)筒底蓋空心軸2022/7/22（1）管狀轉(zhuǎn)筒為細長型。加長轉(zhuǎn)鼓長度的目的在于增加物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間。（2）管內(nèi)有三葉板，帶動混合物旋轉(zhuǎn)；（3）轉(zhuǎn)鼓通常懸掛于離心機上端的撓性驅(qū)動軸上，其下部有進料口（底蓋的空心軸）?！咎攸c】 2022/7/22【說明】GF型頂蓋有重液相和輕液相出口，GQ型頂蓋只有一個液相出口。數(shù)值表示轉(zhuǎn)筒直徑2022/7/22輕液

16、出口在內(nèi)重液出口在外GF型頂蓋局部放大圖2022/7/22乳濁液在表壓0.0250.03MPa作用下，由底蓋的空心軸送入轉(zhuǎn)鼓。輕液出口在內(nèi)，重液出口在外。管式離心機的工作原理2022/7/22懸浮液在表壓0.0250.03MPa作用下，由底蓋的空心軸送入轉(zhuǎn)鼓。液體自頂蓋出口流出微粒附著于鼓壁上，一定時間后停車取出2022/7/22（1）管式離心機轉(zhuǎn)鼓直徑小，轉(zhuǎn)速高，一般為15000rmin；（2）分離因數(shù)大，可達50000，為普通離心機的824倍。因此分離強度高，可用于液液分離和微粒較小的懸浮液的澄清。管式離心機的技術(shù)特點2022/7/22管式離心機的技術(shù)規(guī)格 型號 名稱GF-105型GF-1

17、50轉(zhuǎn)鼓直徑mm105150高mm750750轉(zhuǎn)速(rmin)1500013500液面上沉降面積m20.0710.118液面處分離因數(shù)1300015835鼓壁處分離因數(shù)37805400轉(zhuǎn)鼓壁厚mm57.5操作體積L6.311裝卸限度/kg1015電機功率/kW2.87分離乳濁液連續(xù)操作連續(xù)操作分離懸浮液間歇操作間歇操作2022/7/22碟式離心機的結(jié)構(gòu) 【特點】（1）碟式分離機是立式離心機；（2）轉(zhuǎn)鼓裝在立軸上端，通過傳動裝置由電動機驅(qū)動而高速旋轉(zhuǎn)。電動機轉(zhuǎn)鼓傳動軸機殼4、碟式離心機2022/7/22碟式離心機的分類 蝶式離心機蝶式離心分離機用于分離乳濁液。蝶式離心澄清機用于分離懸浮液。202

18、2/7/22 碟式離心機電動機機殼2022/7/22碟式離心機轉(zhuǎn)鼓的結(jié)構(gòu) 機殼碟片【說明】機殼內(nèi)有30150個形狀和尺寸相同的錐形碟片；（2）錐角為60120、直徑為200800mm；（3）碟片之間的間隙用碟片背面的狹條來控制，一般碟片的間隙約0.151.3mm。 2022/7/22【離心分離機】（1）每只碟片在離開軸線一定距離的圓周上開有許多對稱分布的圓孔；（2）碟片疊置起來時，對應的園孔就形成垂直的通道；（3）在轉(zhuǎn)鼓的上方有輕、重液出口；【離心澄清機】（1）碟片上沒有圓孔；（2）在轉(zhuǎn)鼓的上方只有澄清液出口，側(cè)面開有沉渣排出口。離心分離機與離心澄清機的結(jié)構(gòu)區(qū)別2022/7/22 離心澄清機【特點】離心澄清機轉(zhuǎn)鼓的上方只有澄清液出口，側(cè)面開有沉渣排出口。懸浮液進口管澄清液出口管沉渣排出管2022/7/22 離心分離機【特點】離心分離機轉(zhuǎn)鼓的上方有輕、重液出口。乳濁液進口管輕、重液出口管2022/7/22 離心分離機的轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)圓孔垂直通道輕液出口在內(nèi)重液出口在外乳濁液入口【說明】離心澄清機的碟片上沒有圓孔。2022/7/22錐形碟片圓孔定距狹條【碟片數(shù)據(jù)】錐角為60120；直徑為200800mm；間隙約0.151.3mm；數(shù)目30150個。2022/7/22離心澄清機的工作原理 具有一定壓力和流速的懸浮液進入離心澄清機后，從碟片組外緣進入各相鄰碟片間的薄層隙道中，被帶著高速旋轉(zhuǎn)。固