化工原理第三章離心沉降

1、化工原理第三章離心沉降2022/9/4第1頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二【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(yùn)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(yīng)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。2022/9/4第2頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二2、慣性離心力場與重力場的區(qū)別重力場離心力場力場強(qiáng)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/r2022/9/4第3頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二

2、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：2022/9/4第4頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二當(dāng)三力達(dá)到平衡時，則：【定義】顆粒在徑向上相對于流體的運(yùn)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2022/9/4第5頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二2、離心沉降速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】重力沉降速度為顆粒運(yùn)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

3、量，隨顆粒在離心力場中的位置（r）而變。2022/9/4第6頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二【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。2022/9/4第7頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二3、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2022/9/4第8頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二【定義】同一顆粒在同一種介質(zhì)

4、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(biāo)。 Kc越大，表明離心分離設(shè)備性能越好。4、離心分離因數(shù)離心分離因數(shù)2022/9/4第9頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二【例】當(dāng)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(shè)備的性能越好。 有關(guān)說明2022/9/4第10頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二三、旋風(fēng)分離器（旋風(fēng)除塵器）1、旋風(fēng)分離器的構(gòu)造（1）進(jìn)氣口（

5、2）圓筒（3）圓錐體（4）中央排氣管（5）排塵（灰）管2022/9/4第11頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二中央排氣管進(jìn)氣口圓筒圓錐體排塵管2022/9/4第12頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二旋風(fēng)分離器實物圖2022/9/4第13頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二2、旋風(fēng)分離器的尺寸特點（1）旋風(fēng)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(jìn)氣口寬度（b），則其它各部分的尺寸亦確定。 2022/9/4第14頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二2022/9/4第1

6、5頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二3、旋風(fēng)分離器的工作原理含塵氣體從切線方向進(jìn)入，進(jìn)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(dá)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。2022/9/4第16頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二旋風(fēng)分離器工作原理示意圖外旋氣流氣芯2022/9/4第17頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二 噴霧干燥流程圖 2022/9/4第18頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二

7、流化床干燥器干料2022/9/4第19頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二4、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：（1）氣體處理量；（2）臨界粒徑；（3）分離效率；（4）氣體通過旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降。2022/9/4第20頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二氣體處理量計算關(guān)系式：（1）氣體處理量表明設(shè)備生產(chǎn)能力的參數(shù)旋風(fēng)分離器的處理量由旋風(fēng)分離器的尺寸（大?。┮约叭肟诘臍馑贈Q定；進(jìn)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(shè)備的尺寸。有關(guān)說明2022/9/4第21頁，共71頁，2022年，5月20日，17

8、點5分，星期二（2）臨界粒徑【定義】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，用dpc表示，表明設(shè)備的分離效果。 【計算公式】對于一定的設(shè)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。 2022/9/4第22頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二（3）推導(dǎo)臨界粒徑計算公式的幾點假設(shè)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，且切線速度恒定，等于進(jìn)口氣速ut=ui；顆粒沉降過程中所穿過的氣流厚度為進(jìn)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： 2

9、022/9/4第23頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二【兩點說明】導(dǎo)出該式的假定很勉強(qiáng)，故只屬粗略估算。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(dāng)氣體處理量很大時，常將若干個小尺寸的旋風(fēng)分離器并聯(lián)使用（稱為旋風(fēng)分離器組），以維持較高的除塵效果。2022/9/4第24頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二含塵氣體入口凈化氣體出口2022/9/4第25頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二旋風(fēng)分離器組的使用2022/9/4第26頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二2

10、022/9/4第27頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二2022/9/4第28頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二【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 ：式中C1、C2 分別為旋風(fēng)分離器進(jìn)、出口顆粒的質(zhì)量濃度。（3）分離效率2022/9/4第29頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二（1）粒級效率pi與顆粒直徑di 的對應(yīng)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2

11、022/9/4第30頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二（4）氣體通過旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降【定義】氣體在旋風(fēng)分離器的入口與出口的壓強(qiáng)差稱為氣體通過旋風(fēng)分離器的壓強(qiáng)降，用p表示，單位為Pa。氣體通過旋風(fēng)分離器時產(chǎn)生壓強(qiáng)降的原因A.由于進(jìn)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。2022/9/4第31頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二壓強(qiáng)降的計算公式【依據(jù)】實驗發(fā)現(xiàn)：氣體通過旋風(fēng)分離器的壓力損失與其進(jìn)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(qiáng)降的經(jīng)驗計算公式2022/

12、9/4第32頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二阻力系數(shù)的獲取 一般情況下，阻力系數(shù)要依據(jù)不同的設(shè)備用實驗測定，由生產(chǎn)廠家提供。 對于標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器，亦可用經(jīng)驗公式計算： 或2022/9/4第33頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二壓強(qiáng)降的特點由于旋風(fēng)分離器各部分的尺寸互成比例，故阻力系數(shù)與旋風(fēng)分離器的大小無關(guān)。如標(biāo)準(zhǔn)型：只要進(jìn)口氣速ui 相同，不管多大的旋風(fēng)分離器，其壓強(qiáng)降都相同。（據(jù)此，旋風(fēng)分離器往往很大）結(jié)論2022/9/4第34頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二規(guī)格型號進(jìn)口風(fēng)速m/s風(fēng)量m3/h阻力Pa外形尺寸 mm(長寬

13、高)重量kgCZT-3.91115790-1080750-1470462450175091CZT-5.111151340-1820750-14706004802140152CZT-5.911151800-2450750-1470698670255180CZT-6.711152320-3170750-14707907682890253CZT-7.811153170-4320750-14709209003310338CZT-9.011154200-5700750-1470106210403750420旋風(fēng)分離器的技術(shù)規(guī)格 2022/9/4第35頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期

14、二大型旋風(fēng)分離器2022/9/4第36頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二5、旋風(fēng)分離器的特點（1）結(jié)構(gòu)簡單，易于制造、安裝和維護(hù)管理，設(shè)備投資和操作費(fèi)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(fēng)除塵器的效率顯著高于重力沉降室。（3）大多用來去除3m以上的粒子，并聯(lián)的多管旋風(fēng)除塵器裝置對3m的粒子也具有8085%的除塵效率。 2022/9/4第37頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二四、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(shè)備。1、旋液分離器的結(jié)構(gòu)

15、（1）進(jìn)料管；（2）溢流管；（3）圓筒；（4）錐型筒；（5）底流管。2022/9/4第38頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二旋液分離器實物圖圓筒進(jìn)料管溢流管錐型筒底流管2022/9/4第39頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二2、旋液分離器的工作原理懸浮液經(jīng)入口管沿切向進(jìn)入圓筒部分；向下作螺旋形運(yùn)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(xì)顆粒的液體則為上升的內(nèi)旋流，從頂部的中心管排出，稱為溢流。2022/9/4第40頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二工業(yè)水送至配堿崗位

16、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(yù)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(jī)化鹽槽加料槽 燒堿生產(chǎn)蒸發(fā)流程圖 2022/9/4第41頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二安裝在管路上的旋液分離器2022/9/4第42頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二 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(jìn)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

17、，縮短了沉降時間；（3）錐形部分加長可增大液流的行程，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】2022/9/4第43頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二五、沉降式離心機(jī) 【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(jī)械?！咎攸c】離心力是由設(shè)備（轉(zhuǎn)鼓）本身旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。由于離心機(jī)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(jī)的鼓壁上沒有開孔。（鼓壁上開孔的為離心過濾機(jī)） 1、什么是沉降式離心機(jī)？2022/9/4第44頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二2、沉降式離心機(jī)的操作分

18、類【離心沉降機(jī)】（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(jī)】（1）被處理物料為乳濁液；（2）兩種液體按輕、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。 2022/9/4第45頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二3、管式離心機(jī)管式離心機(jī)的結(jié)構(gòu) 驅(qū)動裝置機(jī)架機(jī)殼轉(zhuǎn)鼓2022/9/4第46頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二驅(qū)動裝置機(jī)架機(jī)殼轉(zhuǎn)鼓2022/9/4第47頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二管式離心機(jī)的分類 【根據(jù)分離對象】【GF型

19、】用于處理乳濁液而進(jìn)行液液分離操作；【GQ型】用于處理懸浮液而進(jìn)行液固分離的澄清操作?！咎攸c】（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。 2022/9/4第48頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二【根據(jù)分離因數(shù)】（1）常速離心機(jī) Kc3103（一般為6001200）（2）高速離心機(jī) Kc31035104（3）超高速離心機(jī) Kc5104 2022/9/4第49頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二GF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2022/9/4第50

20、頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二管式離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的結(jié)構(gòu)特點 【結(jié)構(gòu)】離心機(jī)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2022/9/4第51頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二（1）管狀轉(zhuǎn)筒為細(xì)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(jī)上端的撓性驅(qū)動軸上，其下部有進(jìn)料口（底蓋的空心軸）?！咎攸c】 2022/9/4第52頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二【說明】GF型頂蓋有重液相和輕液相出口，GQ型頂蓋只有

21、一個液相出口。數(shù)值表示轉(zhuǎn)筒直徑2022/9/4第53頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二輕液出口在內(nèi)重液出口在外GF型頂蓋局部放大圖2022/9/4第54頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二乳濁液在表壓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(jī)的工作原理2022/9/4第55頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二懸浮液在表壓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2022/9/4第56頁，共71頁，2022年，5月2

22、0日，17點5分，星期二（1）管式離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓直徑小，轉(zhuǎn)速高，一般為15000rmin；（2）分離因數(shù)大，可達(dá)50000，為普通離心機(jī)的824倍。因此分離強(qiáng)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(jī)的技術(shù)特點2022/9/4第57頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二管式離心機(jī)的技術(shù)規(guī)格 型號 名稱GF-105型GF-150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

23、機(jī)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2022/9/4第58頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二碟式離心機(jī)的結(jié)構(gòu) 【特點】（1）碟式分離機(jī)是立式離心機(jī)；（2）轉(zhuǎn)鼓裝在立軸上端，通過傳動裝置由電動機(jī)驅(qū)動而高速旋轉(zhuǎn)。電動機(jī)轉(zhuǎn)鼓傳動軸機(jī)殼4、碟式離心機(jī)2022/9/4第59頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二碟式離心機(jī)的分類 蝶式離心機(jī)蝶式離心分離機(jī)用于分離乳濁液。蝶式離心澄清機(jī)用于分離懸浮液。2022/9/4第60頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二 碟式離心機(jī)電動機(jī)機(jī)殼2022/9/4第61頁，共71頁

24、，2022年，5月20日，17點5分，星期二碟式離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的結(jié)構(gòu) 機(jī)殼碟片【說明】機(jī)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。 2022/9/4第62頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二【離心分離機(jī)】（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(yīng)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(jī)】（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(jī)與

25、離心澄清機(jī)的結(jié)構(gòu)區(qū)別2022/9/4第63頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二 離心澄清機(jī)【特點】離心澄清機(jī)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(jìn)口管澄清液出口管沉渣排出管2022/9/4第64頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二 離心分離機(jī)【特點】離心分離機(jī)轉(zhuǎn)鼓的上方有輕、重液出口。乳濁液進(jìn)口管輕、重液出口管2022/9/4第65頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二 離心分離機(jī)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(jī)的碟片上沒有圓孔。2022/9/4第66頁，共71頁，2022年，5月20日，17點5分，星期二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。2022/9/4第67頁，