化工原理第五章-顆粒-流體非均相物系分離-2012

1、第五章 顆粒-流體非均相物系分離 概 述 顆粒-流體非均相分離技術(shù)均基于顆粒與流體兩相性質(zhì)上的差異，如尺度(過濾)效應(yīng)、顆粒與流體的密度差(沉降)。小于1m的顆粒稱為“膠質(zhì)”(Colloid)，分散在液體中稱“溶膠”(Sol)，分散在氣體中則稱“氣溶膠”(Aerosol)。 過 濾 利用重力或壓差使懸浮液通過某種多孔性過濾介質(zhì)，使懸浮液中的固體顆粒被截留，液體則穿過介質(zhì)流出，從而實(shí)現(xiàn)固-液分離。過濾操作的原理 過濾的方式很多，適用的物系也很廣泛，固-液、固-氣，大顆粒、小顆粒都很常見。過濾是將懸浮液中固、液兩相有效地加以分離的常用方法，藉過濾操作可以獲得清潔的液體或獲得作為產(chǎn)品的固體顆粒。真正

2、起過濾介質(zhì)作用的是濾餅，而非過濾介質(zhì)本身，故稱作濾餅過濾。濾餅過濾主要用于含固量較大（1%）的場(chǎng)合。濾餅過濾(表面過濾)：過濾介質(zhì)為織物、多孔材料或膜等，孔徑可大于最小顆粒的粒徑。過濾初期，部分小顆?？梢赃M(jìn)入或穿過介質(zhì)的小孔，后因顆粒的架橋作用使介質(zhì)孔徑縮小形成有效的阻擋。隨著濾渣的逐步堆積，在介質(zhì)上形成濾餅，正常操作時(shí)，懸浮液中的固體顆粒被截留于濾餅的表面餅不斷增厚，而穿過濾餅的液體則變?yōu)榍鍍舻臑V液。兩種過濾方式過 濾 深層過濾：過濾介質(zhì)一般為介質(zhì)層較厚的濾床類（如沙層、硅藻土等）。小于介質(zhì)孔隙的顆?？蛇M(jìn)入到介質(zhì)內(nèi)部，在長(zhǎng)而曲折的孔道中被截留并附著于介質(zhì)之上。深層過濾中，固體顆粒不形成濾餅而

3、沉積于較厚的過濾介質(zhì)內(nèi)部。主要用于凈化含固量很少（0.1%）的流體，如水的凈化、煙氣除塵等。過 濾 要求多孔、理化性質(zhì)穩(wěn)定、耐用和可反復(fù)使用織物介質(zhì) 最常用的過濾介質(zhì)，工業(yè)上稱為濾布(網(wǎng))，由天然纖維、玻璃纖維、合成纖維或者金屬絲編織而成。可截留的最小顆粒視網(wǎng)孔大小而定，可截流顆粒的最小直徑為565 m。多孔材料 制成片、板或管的各種多孔性固體材料，如素瓷、燒結(jié)金屬或玻璃、多孔性塑料以及濾紙和壓緊的氈與棉等。此類介質(zhì)較厚，孔道細(xì)，能截留13m的微小顆粒。過濾介質(zhì)過 濾 固體顆粒床層 由沙、木炭之類的固體顆粒堆積而成，稱作濾床，用作過濾介質(zhì)使含少量懸浮物的液體澄清。根據(jù)工藝要求和懸浮液的性質(zhì)以及

4、顆粒濃度、粒度分布等多方面因素選擇合適的過濾介質(zhì)及其組合方式，往往關(guān)系到過濾操作的成敗。 多孔膜 由特殊工藝合成的聚合物薄膜，最常見的是醋酸纖維膜與聚酰胺膜。膜過濾屬精密過濾或超濾(ultrafiltration)，可以分離5nm的微粒。過 濾 過濾：濾餅不斷增厚、阻力不斷上升，流體的通過能力則不斷減小；洗滌：用清液置換濾餅中存留的濾液或洗滌濾餅；脫濕：以濾餅為產(chǎn)品時(shí)洗滌后還可用壓縮空氣進(jìn)行脫濕；卸料：將濾餅從過濾介質(zhì)上移去；清洗過濾介質(zhì)：使被堵塞的網(wǎng)孔“再生”，以便重復(fù)使用。根據(jù)提供過濾推動(dòng)力的方式，又有重力過濾、加壓過濾、真空過濾和離心過濾之分，其目的都是克服過濾阻力。 過濾操作分為：間歇

5、式：對(duì)以上各步驟分階段操作；連續(xù)式：連續(xù)操作完成全部或其中部分階段。 濾餅過濾包括過濾、洗滌與去濕、卸料和處理過濾介質(zhì)四個(gè)階段。過濾的操作方式過 濾 結(jié)構(gòu)：由交替排列的濾板、濾框與夾于板框之間的濾布疊合組裝壓緊而成。板框數(shù)視工藝要求在機(jī)座長(zhǎng)度范圍內(nèi)可靈活調(diào)節(jié)。組裝后，在板框的四角位置形成連通的流道，由機(jī)頭上的閥門控制懸浮液、濾液及洗液的進(jìn)出。板框壓濾機(jī)過 濾 過濾設(shè)備 壓濾機(jī)是通過直接給懸浮液加壓，迫使其穿過過濾介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)過濾的目的。過濾操作：過濾階段懸浮液從通道進(jìn)入濾框，濾液在壓力下穿過濾框兩邊的濾布、沿濾布與濾板凹凸表面之間形成的溝道流下，既可單獨(dú)由每塊濾板上設(shè)置的出液旋塞排出，稱為明流式

6、；也可匯總后排出，稱為暗流式。框板框板洗滌板非洗滌板懸浮液濾液板非洗滌板過 濾 洗滌操作：洗滌液由洗滌板上的通道進(jìn)入其兩側(cè)與濾布形成的凹凸空間，穿過濾布、濾餅和濾框另一側(cè)的濾布后排出。洗滌液的行程（包括濾餅和濾布）約為過濾終了時(shí)濾液行程的2倍，而流通面積卻為其1/2，故洗滌速率約為過濾終了速率的1/4。洗滌液洗出液框板框板洗滌板非洗滌板板非洗滌板洗滌終了，若有必要可引入壓縮空氣使濾餅脫濕后再拆開過濾機(jī)卸出濾餅，結(jié)束一次過濾操作。然后清洗、整理、重新組裝、準(zhǔn)備下一次操作。 過 濾 濾板和濾框可為鑄鐵、碳鋼、不銹鋼、塑料及木材等，聚乙烯和聚丙烯是目前較為廣泛使用的材料。板框壓濾機(jī)的操作壓強(qiáng)一般在0

7、.31.0Mpa之間。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，過濾面積大并可承受較高的壓差。缺點(diǎn)：間歇式操作，所費(fèi)的裝、折、清洗時(shí)間較長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率較低。板框式壓濾機(jī)主要用于含固量較多的懸浮液過濾。 過 濾 嵌入式濾布的濾板XASL /630-UB系列XAZ /2000-UB系列XAZ /800-UB系過 濾 DY-Q 帶式壓榨過濾機(jī)XKZ系列全自動(dòng)快開式壓濾機(jī)過 濾 結(jié)構(gòu)與原理：由起過濾作用的濾葉和起密閉作用的筒體構(gòu)成，操作為間歇式。濾葉有圓形和矩形等多種形式，由金屬絲網(wǎng)組成的框架上覆以濾布構(gòu)成，使用時(shí)可將多塊平行排列的濾葉組裝成一體插入箱體內(nèi)。葉濾機(jī) 過 濾 過 濾 操作：懸浮液被加壓送入或借真空

8、泵進(jìn)行抽吸，濾液穿過濾布進(jìn)入絲網(wǎng)構(gòu)成的中空部分并匯集于下部總管流出，顆粒則沉積在濾布上形成濾餅，當(dāng)濾餅達(dá)到一定厚度時(shí)停止過濾。視懸浮液的性質(zhì)和操作壓強(qiáng)的大小，濾餅厚度通常在535mm之間。優(yōu)點(diǎn)：過濾面積大，設(shè)備緊湊，密閉操作，勞動(dòng)條件較好。不必每次循環(huán)裝卸濾布，勞動(dòng)強(qiáng)度也大大降低。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)較高。 過濾結(jié)束后，根據(jù)要求可通入洗滌液對(duì)濾餅進(jìn)行洗滌，洗滌液的行程和流通面積與過濾終了時(shí)濾液的行程和流通面積相同，在洗滌液與濾液的性質(zhì)接近的情況下，洗滌速率約為過濾終了時(shí)速率。可用振動(dòng)或壓縮空氣及清水等反吹卸濾渣。 過 濾 NYB系列高效板式密閉過濾機(jī)MYB型全自動(dòng)板式密閉過濾機(jī)過 濾 SY

9、B系列水平葉片過濾機(jī)WYB系列臥式葉片過濾機(jī)過 濾 結(jié)構(gòu)與原理：轉(zhuǎn)筒的多孔表面上覆蓋濾布，內(nèi)部分隔成互不相通的若干扇形過濾室。轉(zhuǎn)動(dòng)盤與機(jī)架上的固定盤緊密貼合構(gòu)成分配頭，轉(zhuǎn)筒回轉(zhuǎn)時(shí)各過濾室通過分配頭依次與真空抽濾系統(tǒng)、洗水抽吸回收系統(tǒng)和壓縮空氣反吹系統(tǒng)相通。為了不使這些系統(tǒng)彼此串通，在固定盤上設(shè)有不與任何通道相通的非開孔區(qū)。連續(xù)操作。1轉(zhuǎn)筒；2濾餅；3割刀；4分配頭 5吸走濾液的真空凹槽；6吸走洗水的真空凹槽；7通入壓縮空氣的凹槽；I過濾區(qū)；II洗滌脫水區(qū)；III卸渣區(qū) 轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)過 濾 過濾操作：轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)一周，每一個(gè)扇形過濾室依次完成真空過濾、洗滌、脫水、吸干濾餅和壓縮空氣吹松、刮刀卸料、

10、反吹清洗表面等全部操作，相應(yīng)分為過濾區(qū)、洗滌脫水區(qū)、卸料區(qū)和表面再生區(qū)等幾個(gè)不同的工作區(qū)域。轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速多在0.13 r/min，浸入懸浮液中的吸濾面積約占總表面的3040%。濾餅厚度范圍大約340mm。轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)：連續(xù)進(jìn)料，操作自動(dòng)化，便于在轉(zhuǎn)鼓表面預(yù)涂助濾劑后用于黏、細(xì)物料的過濾。缺點(diǎn)：過濾推動(dòng)力有限，濾餅含液量較大，常達(dá)30%。 過 濾 結(jié)構(gòu)與原理：沿園周分布排列的若干個(gè)扇形過濾盤，各通過徑向管道與中心分配頭的轉(zhuǎn)動(dòng)盤相連。扇形過濾盤的多孔底板上敷設(shè)濾布作為過濾介質(zhì)。各扇形盤回轉(zhuǎn)到不同的圓周位置時(shí)，借助于分配頭依次進(jìn)行真空抽濾、洗滌、脫水、翻盤(吹氣)卸渣和濾布清洗等全部操作。水平回轉(zhuǎn)

11、翻盤真空過濾機(jī)過 濾 過 濾 DU 膠帶真空水平過濾機(jī)工作原理過 濾 結(jié)構(gòu)與原理：在高速旋轉(zhuǎn)的多孔轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁敷設(shè)濾布。懸浮液中的液體在慣性離心力的作用下穿過顆粒層和濾布流到轉(zhuǎn)鼓外部空間。 推動(dòng)力：設(shè)液層以與轉(zhuǎn)鼓相同的半徑 r 和角速度 勻速旋轉(zhuǎn)，則液體中會(huì)產(chǎn)生沿半徑向外的離心加速度 r2。分離因素：同一質(zhì)量的流體所受的離心力與重力之比分離因素與轉(zhuǎn)鼓半徑和轉(zhuǎn)速的平方成正比，通?？蛇_(dá)數(shù)百、數(shù)千，超高速離心機(jī)甚至可達(dá)5萬(wàn)以上。離心過濾機(jī)過 濾 離心過濾機(jī)有很多種類。上圖是連續(xù)加料、分離、洗滌、卸料的活塞推料離心機(jī)。推送器裝在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部與轉(zhuǎn)鼓一同旋轉(zhuǎn)并通過活塞桿與液壓缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞相連。懸浮液由錐形布

12、料器均勻分布在轉(zhuǎn)鼓端部區(qū)域，濾液經(jīng)濾網(wǎng)和鼓壁上的開孔甩出被收集，濾餅層則被往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞推送器一段一段地往前推送。在適當(dāng)?shù)妮S向位置引入洗水洗滌濾餅，洗液分別收集，脫水后的濾餅則被推出機(jī)外。 單級(jí)活塞推料離心機(jī)示意圖1轉(zhuǎn)鼓；2活塞推送器；3原料液；4洗滌水；5脫水固體；6洗水；7濾液 過 濾 臥式刮刀離心機(jī)三足刮刀式離心機(jī)臥式活塞推料離心機(jī)三足式離心機(jī)過 濾 過濾基本方程dV dt 時(shí)間內(nèi)通過過濾面的濾液量； A 過濾面積； u 過濾速度，單位時(shí)間通過單位過濾面積的濾液量，即過濾通量。過 濾 過濾速度 過濾速率r 濾餅的比阻。反映濾餅性質(zhì)對(duì)過濾阻力的影響，m-2濾餅阻力介質(zhì)濾餅懸浮液濾液過 濾

13、對(duì)濾餅層 Re 數(shù)小，層流。LLm P1P2過濾速率基本方程過 濾 對(duì)過濾介質(zhì)層 一般濾餅與過濾介質(zhì)的過濾面積相等，過濾速度（表觀速度）也相等， L介質(zhì)濾餅懸浮液濾液Lm P1P2rm 過濾介質(zhì)的比阻。將過濾介質(zhì)看成是比阻與濾餅相等、厚度為L(zhǎng)e 的當(dāng)量濾餅，即令設(shè)每獲得單位體積的濾液時(shí)，得到的濾餅體積為，則過 濾 Ve當(dāng)量濾液體積濾餅常數(shù)過 濾 單位壓差下的濾餅比阻壓縮指數(shù)不可壓縮濾餅，s=0可壓縮濾餅，s=0.20.8過濾常數(shù)，m2/s 過濾速率基本方程過 濾 濾餅性質(zhì)：、 a濾漿性質(zhì)：、影響 k 的因素影響 K 的因素濾餅性質(zhì)：、 a、s濾漿性質(zhì)：、過濾推動(dòng)力：P若過濾介質(zhì)阻力可忽略不計(jì)，

14、則過 濾 特點(diǎn)：K為常數(shù)。恒壓過濾方程過 濾 特點(diǎn)：u為常數(shù)，K不為常數(shù)。恒速過濾方程忽略過濾介質(zhì)阻力恒壓過濾條件下，過 濾 過濾常數(shù)的測(cè)定qt/q截距：2qe/K斜率：1/K過 濾 log(P)logK截距：log(2k)斜率：(1-s)設(shè)計(jì)型計(jì)算：給定過濾任務(wù)（V、t），選擇操作條件（P、方式），計(jì)算所需的過濾面積（A）。過 濾 過濾過程的計(jì)算操作型計(jì)算：過濾面積（A）已知，計(jì)算某操作條件下過濾設(shè)備的生產(chǎn)能力；或計(jì)算完成指定任務(wù)所必需的操作條件。例5-2懸浮液：濃度40kg/m3，顆粒密度2450kg/m3，水的密度995.7kg/m3，粘度80.0710-5Pas。濾 餅：r0=5.86

15、1012 1/m2，s=0.19，qe=0.05m3/m2，含水32%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。板框機(jī)：濾框尺寸為300mm340mm30mm，20個(gè)。操作條件：首先在p=0.2 MPa恒壓差下進(jìn)行，在得到1m3濾液量后，再將過濾壓強(qiáng)差升至0.5MPa。試 求：濾餅充滿框時(shí)過濾所需時(shí)間。解：框裝滿濾餅時(shí)濾餅體積例5-2過濾1m3懸浮液可得濾餅質(zhì)量為體積為濾餅與濾液體積比例5-2框裝滿所得濾液體積為第一階段恒壓過濾所需時(shí)間（p=0.2MPa）例5-2第二階段恒壓過濾所需時(shí)間（p=0.5MPa）總的過濾時(shí)間為特點(diǎn)：推動(dòng)力不變，阻力不變，速度為常數(shù)。洗滌速率過 濾 濾餅的洗滌洗滌速率過濾終了速率過 濾 對(duì)葉濾機(jī)

16、，若推動(dòng)力相同，則=過 濾 對(duì)板框壓濾機(jī)，若推動(dòng)力相同，則=1/2=2=2過 濾 對(duì)板框過濾機(jī)，洗滌時(shí)間對(duì)葉濾機(jī)，間歇式過濾機(jī)單位時(shí)間得到的濾液量Q，或?yàn)V餅量。注意：對(duì)恒壓過濾，過分增加過濾時(shí)間 t 在每一次循環(huán)中所占比例，并不一定能提高 Q。因?yàn)楹銐翰僮鞯倪^濾速率隨過濾時(shí)間的增長(zhǎng)而下降。過濾機(jī)的生產(chǎn)能力 過 濾 一個(gè)操作周期得到的濾液量過濾時(shí)間洗滌時(shí)間輔助時(shí)間過 濾 板框壓濾機(jī)恒壓過濾過 濾 令得若忽略過濾介質(zhì)阻力，則此時(shí)生產(chǎn)能力最大。最佳過濾時(shí)間最大生產(chǎn)能力最佳操作周期過 濾 葉濾機(jī)恒壓過濾過 濾 令得若忽略過濾介質(zhì)阻力，則此時(shí)生產(chǎn)能力最大。最大生產(chǎn)能力最佳過濾時(shí)間最佳操作周期轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)一周

17、所需時(shí)間浸沒度 連續(xù)式過濾機(jī)過 濾 得到的濾液量過濾時(shí)間為過 濾 生產(chǎn)能力若忽略介質(zhì)阻力，則 在實(shí)際操作中，轉(zhuǎn)速一般不會(huì)超過3轉(zhuǎn)/分。原因是轉(zhuǎn)速較高時(shí)形成的濾餅薄且含液率高，這不僅會(huì)增加卸除濾餅的難度，也將影響濾餅質(zhì)量和濾液收率。 除增大過濾面積、提高轉(zhuǎn)速、縮短輔助操作時(shí)間外，改善過濾特性可以提高過濾和洗滌速率。助濾劑：改變?yōu)V餅結(jié)構(gòu)，使之較為疏松且不被壓縮，則可提高過濾與洗滌速率。助濾劑多為剛性較好的多孔性粒狀或纖維狀材料，如常用的硅藻土、膨脹珍珠巖、纖維素等。絮凝劑：使分散的細(xì)顆粒凝聚成團(tuán)從而更容易過濾。流動(dòng)或機(jī)械攪動(dòng)：限制濾餅厚度的增長(zhǎng)，或者借用離心力使濾餅在帶錐度的轉(zhuǎn)鼓中自動(dòng)移動(dòng)等動(dòng)態(tài)過

18、濾技術(shù)，也可以有效地提高過濾速率。 提高過濾生產(chǎn)能力的措施過 濾 作業(yè)：5.2 “長(zhǎng)寬均為810m”改為“810mm” 5.7（1）、（2）沉 降 沉降：懸浮在流體中的固體顆粒借助于外場(chǎng)力作用產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)與流體相分離，或者使顆粒相增稠、流體相澄清的一類操作。沉降分離的依據(jù)：流、固兩相的密度差。按外場(chǎng)力不同可分為重力沉降、離心沉降和電沉降。重力沉降 自由沉降（Rep2），dp，ut，分離困難。 其它因素對(duì)沉降的影響沉 降 1.干擾沉降顆粒與顆粒之間相互碰撞產(chǎn)生動(dòng)量交換，使大顆粒沉降受阻滯而小顆粒被加速；顆粒下降引起的流體上升置換運(yùn)動(dòng)，使顆粒沉降速度下降。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：只要所含顆粒粒徑大小相

19、差不超過6倍，則所有顆粒都將以大致相同的速度沉降。當(dāng)顆粒濃度0.2%，按自由沉降計(jì)算引起的偏差1%。2.端效應(yīng)器壁、底均增加顆粒沉降時(shí)的曳力，使沉降速度下降。3.分子運(yùn)動(dòng)4.液滴或氣泡的變形沉 降 A區(qū)：清液區(qū)；B區(qū)：均勻沉降區(qū)。顆粒分布均勻，濃度與原始懸浮液相同(c=c0)； C區(qū)：濃縮區(qū)。自上而下顆粒濃度增高、粒度也增大；D區(qū)：沉聚區(qū)。由沉降速度最快的大顆粒及其后陸續(xù)沉降的顆粒構(gòu)成，濃度最大。 干擾沉降隨著沉降過程進(jìn)行，A、D兩區(qū)逐漸擴(kuò)大，B區(qū)逐漸縮小，A、B兩區(qū)界面（渾液面）將等速下行直至與B、C兩區(qū)的界面合并，B區(qū)消失(t=t3 時(shí))。表觀沉降速度uc ：A、B界面相對(duì)于器壁下行速度。

20、由于顆粒下降引起的流體上升置換運(yùn)動(dòng)的存在，uc小于自由沉降速度 ut 。 臨界沉降點(diǎn)：A、C界面下行直至C區(qū)消失(t=t5 時(shí))，體系只有A、D兩區(qū)且界面清晰。沉淀壓縮過程：沉淀區(qū)顆粒之間的間隙逐漸緊縮，液體被排擠而上升到清液區(qū)。顆粒壓緊階段所需的時(shí)間往往很長(zhǎng)。 沉 降 間歇式和連續(xù)式。懸浮液中顆粒濃度較高，沉降多屬于干擾沉降。沉降槽 沉 降 液固系統(tǒng)。氣固系統(tǒng)。顆粒能在降塵室內(nèi)100%沉降分離的條件為 降塵室 沉 降 設(shè)氣流速度為 u，顆粒沉降速度為 ut。停留時(shí)間沉降時(shí)間設(shè)備最大生產(chǎn)能力為 降塵室的生產(chǎn)能力正比于顆粒的沉降速度、底面積，而與沉降室的高度無(wú)關(guān)。工業(yè)上降塵設(shè)備多為扁平形狀或一室

21、多板結(jié)構(gòu)。同氣速下，裝有橫向隔板的降沉室除塵效果更好。因?yàn)楦舭彘g基本上保持了相同的流動(dòng)速度，而顆粒達(dá)到隔板通道底部的沉降距離更短。為便于清灰，可將隔板裝成可翻動(dòng)或傾斜式。 沉 降 一定氣體流量V 下，能全部捕集的最小顆粒粒徑dp,min沉 降 顆粒能在降塵室內(nèi)100%沉降分離的條件為 （假設(shè)）若入口處顆粒分布均勻，定義該降塵室對(duì)粒徑為 dp 的顆粒的分級(jí)效率 d 為粒徑dp，沉降速度 ut 的顆粒在停留時(shí)間內(nèi)降落高度為 沉 降 對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸一定的降塵室設(shè)備，按上式可求出不同粒徑顆粒的分級(jí)效率或作出分級(jí)效率曲線。 顆粒的分級(jí)效率 d 將流-固體系置于加速度為 r2 的離心力場(chǎng)中，假設(shè)Rep2.0（

22、服從斯托克斯定律)。rFaFbFd離心沉降沉 降 小顆粒近似看成勻速沉降離心分離因素r、 、ur，對(duì)分離有利。離心沉降分離設(shè)備：旋流分離器和沉降離心機(jī)。用途：適用于含顆粒濃度為0.01500g/m3、粒度不小于5m的氣體凈化與顆粒回收操作。結(jié)構(gòu)和工作原理：旋風(fēng)分離器 沉 降 主要性能指標(biāo)：顆粒分離效率和流體阻力損失。 總效率：被旋風(fēng)分離器除掉的顆粒占?xì)怏w進(jìn)口總的顆粒的質(zhì)量分率分效率（粒級(jí)效率）：入口氣體中某一粒級(jí)di的顆粒被旋風(fēng)分離器除掉的分率。臨界粒徑dc 能夠100%分離出來(lái)的最小顆粒的直徑。B假定氣體在旋風(fēng)分離器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)為 N（標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器可取 N=5）、平均旋轉(zhuǎn)半徑為 ，則其平均

23、停留時(shí)間為沉 降 ui假定：顆粒與氣體在旋風(fēng)分離器內(nèi)的切線速度恒定且等于進(jìn)口速度ui；顆粒最大沉降距離等于進(jìn)氣管寬度 B；顆粒與氣體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為層流，則粒徑為 dc 的顆粒沉降分離所需的時(shí)間 (d100)沉 降 B、ui dc，對(duì)分離有利。從理論上講，凡直徑大于 dc 的顆粒都能完全分離。局部渦流：可將 ddc 的粒子在達(dá)到器壁前帶走，或沉降后又重新?lián)P起；聚結(jié)或靠旋風(fēng)分離器外筒壁處進(jìn)入：ddc 的粒子也可從氣體中分離出來(lái)。實(shí)際臨界直徑一般比計(jì)算值大。粒級(jí)效率可以表達(dá)為顆粒直徑與臨界直徑比值 di/dc 的函數(shù) 沉 降 工程上更多地采用分割直徑 d50（粒級(jí)效率為 50% 的顆粒的直徑）來(lái)評(píng)價(jià)旋

24、風(fēng)分離器的性能，實(shí)驗(yàn)測(cè)定的粒級(jí)效率曲線 沉 降 旋風(fēng)分離器的特點(diǎn)：流量大、壓頭低。同一結(jié)構(gòu)型式、不論其尺寸大小，阻力系數(shù) 接近定值。常用型號(hào)的旋風(fēng)分離器 值在 5.08.0 之間；Ui ，p，不經(jīng)濟(jì)。壓降一般控制在0.52kPa左右(入口氣速1525m/s)，采取小直徑、多臺(tái)并聯(lián)的方式滿足分離效率與大氣量的要求。 旋風(fēng)分離器的阻力損失 沉 降 旋風(fēng)分離器分類繁多，分類方法也各有不同。按結(jié)構(gòu)形式可分為：長(zhǎng)錐體、圓筒體、擴(kuò)散式以及旁通式。我國(guó)已定型了多種旋風(fēng)分離器，制定了標(biāo)準(zhǔn)系列，常用的有CLT、CLT/A、CLP/A、CLP/B 以及 CLK 型等。對(duì)各種型號(hào)的旋風(fēng)分離器一般以圓筒直徑 D 來(lái)表

25、示其各部分的比例尺寸，詳細(xì)尺寸及性能指標(biāo)可查閱有關(guān)資料手冊(cè)。旋風(fēng)分離器的分類 沉 降 CLP型：一種帶旁路的旋風(fēng)分離器，有 A、B 兩種形式。其特點(diǎn)為進(jìn)氣口上沿梢低于筒體頂部，因此含塵氣體進(jìn)入筒體后隨之分為兩路，較大的顆粒隨向下旋轉(zhuǎn)的主流氣體運(yùn)動(dòng)，沉到筒壁落下；細(xì)微粒則隨一小部分氣體在頂部旋轉(zhuǎn)聚集形成灰環(huán)，再隨氣流經(jīng)旁路分離室旋轉(zhuǎn)向下并沿壁面落下。這種結(jié)構(gòu)的旋風(fēng)分離器能促進(jìn)細(xì)粉塵的聚結(jié)，固對(duì)細(xì)粉的分離較高。阻力系數(shù)一般為 6-7。 CLP/B 型旋風(fēng)分離器沉 降 CLK 型：為擴(kuò)散式旋風(fēng)分離器，又稱帶倒錐體的旋風(fēng)除塵器，并在錐的底部裝有反射屏，反射屏可使已被分離的粉塵沿著錐體與反射屏之間的環(huán)縫

26、落入灰斗，有效防止了上升的凈化氣體重新把粉塵卷起帶出，從而提高了除塵效率。適用于捕集粒度在 5-10m 以下的干燥的非纖維顆粒粉塵。阻力系數(shù)在 7.5-9 之間。 沉 降 PV型粗旋風(fēng)分離器PV型外置旋風(fēng)分離器PV型單級(jí)旋風(fēng)分離器PV型一、二級(jí) 旋風(fēng)分離器沉 降 新型高效低阻旋風(fēng)分離器主要用于石油、化工、肥料、冶金、煤炭及環(huán)保的尾氣除塵和高爐煙氣凈化、顆?；厥盏?，目前已成功應(yīng)用于氮肥廠造氣爐的除塵及煤粉回收，也可用于石油化工裝置中如丙烯腈、苯酐、百菌清、苯胺等作為流化床內(nèi)旋風(fēng)分離器用以回收昂貴的細(xì)顆粒催化劑，以及鈣鎂磷肥回轉(zhuǎn)窯烘干、球磨系統(tǒng)的尾氣除塵和高爐煙氣凈化等。在正常工作狀態(tài)下，氣固分離

27、效率不小于99%，阻力不大于1000Pa。沉 降 為長(zhǎng)嶺煉油化工有限公司制造的旋風(fēng)分離器在預(yù)組裝為九江石油化工廠制造的旋風(fēng)分離器在預(yù)組裝為上海氯堿股份有限公司制造的氧氯化反應(yīng)旋風(fēng)分離器在預(yù)組裝沉 降 立管式多管旋風(fēng)分離器 用帶導(dǎo)向葉片的 PDC 型高效分離單管（可多達(dá)90根）組裝成多管并聯(lián)的大型旋風(fēng)分離器，用于處理 600700 的含有微小催化劑顆粒的高溫?zé)煔?，其臨界粒徑 dc8.0mm，負(fù)荷可達(dá) 1500Nm3/min，分離總效率092%。此種型號(hào)的旋風(fēng)分離器已成為石油催化裂化反應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)備。 沉 降 由許多根(40多根到100根不等)導(dǎo)葉式旋風(fēng)管并行地垂直安裝在兩大塊隔板之間，公用一個(gè)進(jìn)氣

28、室、排氣室及排灰室。作為核心部件的旋風(fēng)管有EPVC型以及新一代的PDC型和PSC型等，管徑有50，100，150，250，300mm等系列。工業(yè)最常用的250mm旋風(fēng)管的處理氣量為22002600m3/h，在700下的壓降不大于10kPa，可基本除凈7m細(xì)粒，可保證煙氣輪機(jī)的葉片壽命高達(dá)57年以上，煙氣排放含塵濃度低于50100mg/m3。 沉 降 由許多根(100到300多根不等)切流式旋風(fēng)管平行地水平或傾斜安裝于兩個(gè)同心圓殼上，構(gòu)成公用的進(jìn)氣室、排氣室及排灰室等。旋風(fēng)管可設(shè)計(jì)成單切入口或多道切向入口，單錐或雙錐排塵，還可分別采用擴(kuò)錐形或分流型排氣芯管，結(jié)構(gòu)型式多樣以適應(yīng)不同壓降（從1.2k

29、Pa到10kPa）和不同效率（從切割粒徑小于2m可除凈6m到切割粒徑在5m左右可除凈15m）的需要。沉 降 適用于各種懸浮液或乳濁液、尤其是粒度細(xì)小、密度差不大的體系的分離。離心分離因素達(dá) 50,000 以上的超高速離心機(jī)甚至可以使不同分子量的蛋白質(zhì)分子在具有密度梯度的溶液中分級(jí)。 沉降離心機(jī)工作原理 沉降離心機(jī) 沉 降 假定：沉降離心機(jī)內(nèi)懸浮液在軸向呈“活塞流”，并以均勻的軸向速度 u 向另一端推進(jìn)。 懸浮液中的顆粒與液體之間無(wú)軸向滑動(dòng)，即以與液體相同的速度 u 作軸向運(yùn)動(dòng)。 顆粒的徑向沉降速度服從斯托克斯定律式沉降離心機(jī)的生產(chǎn)能力與臨界粒徑 沉 降 顆粒從自由液面 r=R0 到器壁 r=R

30、 （最大徑向距離），所需沉降的最大時(shí)間為 沉 降 若離心機(jī)的沉降區(qū)長(zhǎng)度為 L、生產(chǎn)能力為 V（m3/s）時(shí)，則顆粒的平均停留時(shí)間為 令 ，則可得柱形轉(zhuǎn)鼓沉降離心機(jī)分離臨界粒徑為 dp 的懸浮液的理論生產(chǎn)能力 或在離心機(jī)生產(chǎn)能力一定的情況下求得其臨界粒徑(可完全除去的最小粒徑) 工業(yè)上常見的沉降離心機(jī)根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式可分為四大類，在此僅作一扼要介紹。 無(wú)孔轉(zhuǎn)鼓離心機(jī) 間歇操作。懸浮液由轉(zhuǎn)鼓底部加入，隨轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下顆粒向轉(zhuǎn)鼓壁沉降，清液從內(nèi)層溢流。隨著鼓壁上沉渣增厚，液體有效流道面積減小，軸向流速增大，臨界粒徑增大，溢流液澄清度降低，到一定程度時(shí)則停止加料，降速后用機(jī)械刮刀或停機(jī)后人工卸出沉渣。常用于處理粒度為 540m、固液密度差大于 0.05g/cm3、固含量小于 10% 的懸浮液分離。 沉降離心機(jī)類型 沉 降 螺旋卸料沉降離心機(jī) 有臥式和立式兩種。連續(xù)操作，懸浮液經(jīng)加料管由螺旋內(nèi)筒進(jìn)料孔進(jìn)入，隨同轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)，固體沉降到鼓壁，由與轉(zhuǎn)鼓