第三章 離心沉降

第三章離心沉降第1頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月離心加速度（離心力場強度）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動，切線速度為uT；

徑向速度ur；旋轉半徑為R粒子密度為ρs；流體密度為ρ1球形顆粒的離心沉降速度

慣性離心力（與重力相當）:向心力(與重力場中的浮力相當):阻力(與顆粒徑向運動方向相反):徑向受力分析（指向中心）（指向中心）ur

uTuR（中心指向外周）第2頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月三力達到平衡，則：平衡時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（絕對速度在徑向上的分量）?！x心沉降速度表達式——重力沉降速度表達式兩者區(qū)別在于加速度的不同，一個是“ut2/R”，一個是“g”

。第3頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月重力場離心力場力場強度重力加速度gut2/R

方向指向地心沿旋轉半徑從中心指向外周Fg=mg

作用力慣性離心力場與重力場的區(qū)別沉降速度恒定變化第4頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月2離心分離因數(shù)離心沉降時，如果顆粒與流體的相對運動屬于滯流，阻力系數(shù)ξ亦可用重力沉降中ξ關系式表達，則：同一顆粒在同一種介質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強度與重力場強度之比稱為離心分離因數(shù)。

第5頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月例如；當旋轉半徑R=0.4m，切向速度uT=20m/s時，求分離因數(shù)。

分離因數(shù)是離心分離設備的重要指標。某些高速離心機分離因數(shù)值可高達數(shù)十萬。旋風或旋液分離器的分離因數(shù)一般在5～2500之間。表明離心沉降速度是沉降速度的百倍，因此離心沉降設備分離效果遠高于重力沉降設備。第6頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月二旋風分離器利用慣性離心力從氣流中分離出塵粒的設備第7頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月外圓筒內圓筒錐形筒切向入口關風器(防止空氣進入)含塵氣體固相凈化氣體外旋流內旋流含塵氣體從圓筒上部長方形切線進口進入。1操作原理含塵氣體沿圓筒內壁作旋轉流動。顆粒的離心力較大，被甩向外層，氣流在內層。氣固得以分離。在圓錐部分，旋轉半徑縮小而切向速度增大，氣流作下螺旋運動。在圓錐的底部附近，氣流轉為上升旋轉運動，最后由上部出口管排出；固相沿內壁落入灰斗。第8頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月分離器內的靜壓強在器壁附近最高，僅稍低于氣體進口處的壓強，往中心逐漸降低，在氣芯處可降至氣體出口壓強以下。旋風分離器內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。旋風分離器分離粒徑范圍：5－200μm不適于：黏性粉塵、含濕量高粉塵、腐蝕性粉塵

第10頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月2性能

評價旋風分離器性能的主要指標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)過旋風分離器的壓強降。

1）臨界粒徑理論上在旋風分離器中能完全分離下來的最小顆粒直徑。a)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；表示c)

顆粒在滯流情況下做自由沉降，徑向速度可用

b)

顆粒沉降過程中所穿過的氣流厚度為進氣口寬度B第11頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月Dρ<<ρS，故ρ可略去，而旋轉半徑R可取平均值Rm，并用進口速度ui代替uT。氣流中顆粒的離心沉降速度為：顆粒到達器壁所需要的時間：令氣流的有效旋轉圈數(shù)為Ne，它在器內運行的距離便是2πRmNe，則氣體停留時間為：第12頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月θt＝θ時，該顆粒就是理論上能被分離下來的最小顆粒(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。ui↑→dc↓Ｂ↑→dc↑b)Ne↑→dc↓細長形有利d)

ρS↑→dc↓

第13頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月

一般旋風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0.5～3.0，對標準旋風分離器，可取Ne=5。標準旋風分離器的尺寸H1H2SBDD1hui

增加旋風分離器尺寸雖然可以加大處理量，但是會導致其臨界粒徑的降低，因此一般不采用。第14頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月2）分離效率總效率ηo：

進入旋風分離器的全部粉塵中被分離下來的粉塵的質量分數(shù)C1、C2分別為旋風分離器進、出口氣體含塵濃度，g／m3總效率不能表明旋風分離器對各種尺寸粒子的不同分離效果第15頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月粒級效率ηp,i：進入旋風分離器的平均粒徑為di的顆粒被分離下來的質量分數(shù)

粒級效率ηp,i與顆粒直徑di的對應關系可通過實測得到，稱為粒級效率曲線。dp,i<dc，ηp,i＝0dp,i>dc，ηp,i＝100理論上第16頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月dp,i<dc，

也有較可觀的分離效果dp,i>dc，

還有部分未分離下來實際上直徑小于dc的顆粒中有些在旋風分離器進口處已很靠近壁面，在停留時間內能夠達到壁面上；有些在器內聚結成了大的顆粒，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，可能沒達到器壁；即使沉到器壁也會被重新?lián)P起第17頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月有時也把旋風分離器的粒級效率標繪成d/d50的函數(shù)曲線，d50為粒級效率為50%的顆粒直徑，稱為分割粒徑。對于同一型式且尺寸比例相同的旋風分離器，無論大小，皆可通用一條ηp

～d/d50曲線。旋風分離器總效率不僅取決于顆粒的粒級效率，而且取決于塵粒的粒度分布。xi－粒徑在第i段的顆粒的質量分數(shù)ηp,I－第i段粒徑范圍內顆粒的粒級效率n－全部粒徑被劃分的段數(shù)對于標準旋風分離器第18頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月3）壓強降氣體通過旋風分離器時，由于進氣管、排氣管及主體器壁所引起的摩擦阻力，氣體流動時的局部阻力以及氣體旋轉所產生的動能損失造成了氣體的壓強降，旋風分離器的壓降一般在500～2000Pa內。ξ:阻力系數(shù)，同一結構型式及尺寸比例旋風分離器的ξ為常數(shù)，不因尺寸大小而變。標準型，ξ＝8.0

第19頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月綜上所述，影響旋風分離器性能（分離性能及壓降）的重要因素為物系性質及操作條件：1）ρs↑、d↑、ui↑及粉塵濃度高（利于顆粒的聚結、抑制氣體渦流使阻力下降）等情況均有利于分離2）進口氣速ui稍高有利于分離，但過高則導致渦流加劇，反不利于分離，徒然增大壓強降。故旋風分離器的進口氣速保持在10～25m／s范圍內為宜實際應用中，常采用多級串、并聯(lián)操作來提高分離效率和處理能力每臺分離器的壓強減小每臺分離器的流量減小第20頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月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1200m3/h，現(xiàn)采用筒體直徑400mm的標準旋風分離器進行除塵，試求能分離出塵粒的最小直徑。查溫度70℃的空氣解：第21頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月3選型與計算旋風分離器的結構設計，主要針對提高分離效率或降低氣流阻力：a采用細而長的器身器身直徑↓→慣性離心力↑，增加器身長度↑→氣體停留時間↑b減小渦流的影響上渦流產生：氣體進入向頂蓋流動沿排氣管向下流動排氣管底部匯入上升的內旋氣流上渦流1)旋風分離器的類型c防止粉塵重新?lián)P起：改進下灰口（擴散式）采用帶有旁路分離室或采用異形進氣管（傾斜螺旋進氣口）的旋風分離器含塵氣體第22頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月2)旋風分離器的選用旋風分離器計算的主要依據(jù)有三方面:含塵氣的體積流量；要求達到的分離效率；允許的壓強降旋風分離器實際選用步驟為a)根據(jù)具體情況選擇合適的型式，選型時應在高效率與低阻力者之間作權衡，一般長、徑比大且出入口截面小的設備效率高且阻力大，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計算旋風分離器的直徑D

e)根據(jù)ui與D計算旋風分離器的處理量，再根據(jù)氣體流量確定旋風分離器的數(shù)目。

f)校核分離效率與壓力降

第23頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月

例：氣體中所含塵粒的密度為2000kg/m3，氣體的流量為5500標m3/h，溫度為500℃，密度為0.43kg/m3，粘度為3.6×10-5Pa.s，擬采用標準形式的旋風分離器進行除塵，要求分離效率不低于90%，且知相應的臨界粒徑不大于10μm，要求壓降不超過700Pa，試決定旋風分離器的尺寸與個數(shù)。

ξ=8.0

解：根據(jù)允許的壓強降確定氣體在入口的流速ui第24頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月按分離要求，臨界粒徑不大于10μm，故取臨界粒徑dc=10μm來計算分離器的尺寸。由ui與dc計算DN=5第25頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月旋風分離器的直徑：D=4B=4×0.196=0.78m根據(jù)D與ui計算每個分離器的處理量，再根據(jù)氣體流量確定旋風分離器的數(shù)目。每個旋風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：進氣管截面積第26頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月所需旋風分離器的臺數(shù)為：為滿足規(guī)定的氣體處理量、壓強降及分離效率三項指標，需要直徑不大于0.78m的標準分離器至少三臺，為了便于安排，現(xiàn)采用四臺并聯(lián)。

為了保證指定的分離效率，臨界粒徑仍取為10μm。校核壓強降與分離效率四臺并聯(lián)時，每臺旋風分離器分攤的氣體處理量為：

第27頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月校核ΔP

若D再增大，則dc會增大，分離效率會下降第28頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月Δp=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，求得每臺旋風分離器的最小直徑。若D再減小，則ui會增大，ΔP就會超過允許值第29頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)以上計算可知，當采用四個尺寸相同的標準型旋風分離器并聯(lián)操作來處理本題中的含塵氣體時，只要分離器在（0.654～0.695m）范圍內，便可同時滿足氣量、壓強降及效率指標。倘若直徑D>0.695m，則在規(guī)定的氣量下不能達到規(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。第30頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月結構濾袋、骨架、機殼、清灰裝置、灰斗、排灰閥。2.工作過程含塵氣體進入袋濾器；氣體通過濾袋，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，灰塵落下；灰塵經(jīng)過排灰閥排除。灰塵凈化氣體含塵氣體壓縮空氣骨架濾袋機殼清灰裝置排灰閥灰斗三