水力旋流器课件.ppt

制作：田文杰二零一三年三月,水力旋流器,目录,绪论,水力旋流器的工艺参数,水力旋流器的制造与调试,水力旋流器的应用,水力旋流器的工艺指标计算,水力旋流器的结构,第一章 绪论,1.1 概述水力旋流器是一种分离非均相液体液体混合物的设备，它是在离心力的作用下根据两相或多相之间的密度差来实现两相或多相分离的。由于离心力场的强度较重力场大得多，因此水力旋流器比重力分离设备的分离效率要大的多。水力旋流器的基本结构见图1-1，由圆柱体、椎体、溢流口、底流口与进料口组成。,图1-1 水力旋流器的基本结构,水力旋流器的应用包括固-液分离、液气分离、固固分离、液液分离、液气固三相同时分离以及其他应用。目前水力旋流器还作为一种高效的颗粒分级设备。单个水力旋流器的直径一般可以从10mm-2.5m，多数固体颗粒的分离粒度可以小至2-3m,单个水力旋流器的处理能力的范围一般为0.1-7200m/h，其操作压力一般在0.034-0.6MPa范围内，较小直径的旋流器通常以较高压力操作。与重力分离设备相比，水力旋流器的优点如下：,1.结构紧凑，体积小2.质量轻3.易于设计、安装4.需要的系统配件少5.维修费用低6.易于调节与控制7.较宽的操作范围8.对基础的运动不敏感,1.2分离的基本常识,分离过程过程之所以能够进行时由于混合物中待分离的组分的各种物理化学性质之间，至少存在着某一种性质上的差异。水力旋流器的分离技术是利用密度差进行多相分离的非均相机械分离过程，因此适用于水力旋流器分离的物料必须是具有一定密度差的多相液体混合物，密度差越大，分离过程越容易进行，反之越难。利用水力旋流器进行分离的液体混合物可以是液-液、液-固、液-气以及其他三相或多相料液，但其中必有一相为液体,1.3固-液两相流的基本知识,对于互不相溶的多相液体混合物，不管其为液-液、液-固、液-气混合物，其中的一相构成流体混合物中的绝大部分，而且这一相中的流体相互之间都是以分子间的混合相互连接成一种连续的流动流体，这一相就成为连续相。多相流中组成比较少的、以多个颗粒状形态存在的、相互之间没有连接成一体的那种气泡、液滴或固体颗粒，称其为分散相。密度 两相流的密度是指单位体积内液体混合物所具有的质量，以 m表示，其单位为/m两相流的密度与各相密度之间的关系为：,式中 m 两相流密度； c、 d 分别为连续相与分散相的密度； QC 、Qd 分别为连续相与分散相的体积流量； Q 两相流的总体积流量Q=QC + Qd,m=,cQC + dQd,Q,浓度 两相流的浓度通常有四种表示方法：一是单位时间流过的分散相体积与两相流的总体积之比，称为体积浓度k;二是单位时间流过固-液混合物中的固体体积与液体体积之比，称为体积固-液比或体积稠度k;三是单位时间流过的分散相质量与两相流的总质量之比，称为质量浓度c;四是单位时间流过固-液混合物中的固体质量与水的质量之比，称为质量固-液比或质量稠度c。,体积浓度 k=Qd /Q体积固-液比 k=Qd/Qc质量浓度 c= dQd /mQ质量固-液比 c= dQd /cQc,密度与体积浓度之间的关系 k=(m-c)/(m-c)密度与体积固-液比之间的关系 k=(m-c)/(d-m)密度与质量浓度之间的关系 c= d/d/c-c(d/c-1)密度与质量固-液比之间的关系 c= d(m-c)/c(d-m),第二章 水力旋流器的工艺参数,2.1水力旋流器的工作原理旋流器是一种利用流体压力产生旋转运动的装置。当料浆以一定的速度进入旋流器，遇到旋流器器壁后被迫作回转运动。由于所受的离心力不同，料浆中的固体粗颗粒所受的离心力大，能够克服水力阻力向器壁运动，并在自身重力的共同作用下，沿器壁螺旋向下运动，细而小的颗粒及大部分水则因所受的离心力小，未及靠近器壁即随料浆做回转运动。在后续给料的推动下，料浆继续向下和回转运动，于是粗颗粒继续向周边浓集，而细小颗粒则停留在中心区域，颗粒粒径由中心向器壁越来越大，形成分层排列。,。 随着料浆从旋流器的柱体部分流向锥体部分，流动断面越来越小，在外层料浆收缩压迫之下，含有大量细小颗粒的内层料浆不得不改表方向，转而向上运动，形成内旋流，自溢流管排出，成为溢流，而粗大颗粒则继续沿器壁螺旋向下运动，形成外旋流，最终由底流口排出，成为沉砂。,2.2旋流器内流体的流动区域与流动类型,归纳起来，一般认为水力旋流器内液体流动存在四种形式，即内旋流、外旋流、盖下流、循环流。,分类方法 种类 说明 固-液旋流器 连续相液体；分散相固体按分散相类型 液-液旋流器 两相均为液体 轻质分散相旋流器 分散相的密度低按混合物组分密度 重质分散相旋流器 分散相的密度高按旋流器结构 单锥旋流器 用于固-液分离与液-液分离 双锥旋流器 主要用液-液分离 圆柱形旋流器 用于重介质分选按分散相浓度 普通旋流器 分散相浓度百分之几 分离浓稠介质旋流器 分散相浓度约为20- 50按有无运动部件 静态/动态 旋流器器壁高速旋转,2.3水力旋流器的分类,2.4分离效率,分离效率是所有旋流器的最关键性能，对于固-液分离来说，人们习惯用被分离物料的质量来表示分离效率 =mu/m式中 mu 底流口处分散相固体颗粒的质量流率， kg/s ; m 进口处分散相颗粒的质量流率，kg/s。实用条件为:分散相颗粒为固体颗粒，被分离的固体颗粒从底流口排除旋流器。,2.5水力旋流器技术中的主要参数影响水力旋流器工作指标的参数可分为两大类：结构参数和工艺参数。物性参数影响较小。结构参数主要有：水力旋流器的直径、给矿咀尺寸、溢流管的直径、排矿咀的直径、锥体角度、溢流导管尺寸和安装方式等。工艺参数主要有：进口压力、固相粒度特性、给矿固体含量、矿物组成和固体密度、液相密度或矿浆密度、液相粘度或矿浆粘度、温度等。,2.5.1结构参数,1、水力旋流器的直径 水力旋流器的生产能力和分离粒度随着其直径的增加而增大。因而一般在要求溢流粗，生产能力高时可选择大规格的水力旋流器，而要获得细的溢流，则采用较小规格的水力旋流器。由许多国内外使用水力旋流器的经验来看，给矿的粒度特性和磨矿条件的不同，选择也不一样。一般来说，给矿中“难分”粒子较少，原矿浆浓度不很高时，可用大直径的水力旋流器；对于含有细粒矿泥的浓矿浆，宜选用中等和小直径水力旋流器。,2、给矿口的断面尺寸 在不同结构的大多数水力旋流器中，矿浆经过渐缩的给矿咀进入旋流器，给矿咀中最狭窄部分算给矿口。根据实践证明：给矿口的尺寸变化对生产能力影响较大，但对水力旋流器工作的质量指标并无多大影响。 3、溢流管直径 溢流管直径的变化影响到水力旋流器的所有工作指标。当进口压力不变时，在一定范围内增加溢流管直径，水力旋流器的生产能力成正比地提高。而在生产能力不变的情况下，随着溢流管直径的增大，进口压力呈二次方减小。,4、排矿咀直径 水力旋流器在开路循环工作中，其排矿咀直径的改变，对生产能力的影响较小；而在磨机组成闭路循环中，当其沉砂经过磨机重新返回水力旋流器时，排矿咀直径对生产能力的影响极大。随着其直径的减小，存在以下一些规律：沉砂中的含固量增加到某一限度；溢流粒度增大；溢流产率增加，沉砂产率相应减少；分级效率提高到最大值，然后开始下降。而当排矿咀直径超过溢流管直径时，水力旋流器的工作遭到破坏。因而沉砂含固量、溢流产率、边界粒子粒度和分级效率等，均取决于排矿咀直径，也随排口比而变化。,5、排口比（即排矿咀直径与溢流管直径之比） 排口比是水力旋流器工作最重要的一个几何参数。排口比的改变，对水力旋流器所有工作指标均有极大影响。首先影响到沉砂和溢流体积上的重新分布。相对沉砂量随排口比的增大而增加，溢流产率和沉砂含固量因此而降低，溢流和沉砂的固相变得更细。但是溢流的固相粒度只是下降到一定界限，进一步增大排口比会使分级变坏。而当改变水力旋流器的给矿浓度和粒度特性时，采用同一排口比相应有不同的指标。排口比一般在0.15-1之间，视具体情况而定。,6、锥体角度 流体阻力随着水力旋流器锥角增加而变大。在同一进口压力下，体积生产能力因此而减小，尽管大锥角水力旋流器中的切向速度比小锥角的要高些，但在其它条件相同时，粒子在内旋流中停留的时间要短些，因而溢流粒度随着锥角的增加而变大。一般最佳锥角接近20。,7、溢流导管的尺寸和安装方式 溢流导管用于将水力旋流器的溢流送往下一道工序。导管可以看着是水力旋流器装置的延长部分，当安装不正确时，对其工作指标有不良影响。首先矿浆经导管流过时存在流体阻力，其次导管可以成为一个虹吸管。通常，溢流并没有充导管的整个断面，因而空气有可能通过导管被吸往水力旋流器的空气柱区域；但也有可能形成导管周期工作的状态，其断面时而被充满，时而未被充满。这种脉动式的工作状态，对分级指标有不良影响。因而导管直径都应该大于溢流管的直径。,2.5.2工艺参数,1、进口压力 在已知矿浆体积生产能力的情况下，进口压力主要取决于水力旋流器的溢流管直径和给矿口尺寸。在要求获得粗的溢流时，允许在低的进口压力下工作，而在要求获得细的溢流时，需要保持较高的压力下工作。为了在水力旋流器中得到满意的分级指标，最重要的使进口压力保持在一个恒定的水平上。压力的任何变化都会降低分级效率，而在压力急剧波动时，沉砂组成瞬时能接近原矿。进口压力愈小，其相对波动愈大。在闭路磨矿回路中，这种压力变化随时都影响沉砂和溢流的产率，相应也影响了分级效率。,2、给矿含固量 在水力旋流器中，矿浆浓度随着给矿含固量的增加而增加，这导致固体粒子径向运动速度的减小。于是自由离心沉降规律变为干涉沉降规律。在接近排矿咀的锥体顶部，矿浆的固相粗粒子形成料较厚的紧密床层。因此，给矿含固量的波动会引起水力旋流器溢流含固量和沉砂含固量的变化、溢流粒度的变化以及沉砂中细粒矿泥混入量的变化。以溢流粒度随着给矿中含固量的增加而增大，不仅发生在由于排矿咀过负荷而使部分沉砂进入溢流时，而且也发生在矿浆粘度和浓度提高的场合。,3、矿浆的固相粒度组成 在其它工作条件不变时，当水力旋流器处理粗矿浆时，较之处理细矿浆时，沉砂中含固量较高，溢流粒度较粗。首先，当矿浆比较粗时，这与经过排矿咀排出物料的数量较大有关，排矿时的阻力当然也比较大。这时。排矿咀可能无法排出所有的沉砂，一部分就进入溢流。即使在增大沉砂咀直径并且获得含固量不太高的沉砂时，在处理粗粒矿浆时，仍然会得到比处理细粒矿浆时更粗的溢流。因而当处理的原矿中含有少量的接近于分离粒度的粒子时，水力旋流器的分级效果较好，而对于含有大量“难分”粒子的物料，则其分级效果差。,小结（1）、 给矿浓度一般控制在30-60。越高溢流细度就越粗，越低则处理能力下降。（2）、 给矿压力一般为0.03-0.6kg/cm2，压力越大，处理能力增大，溢流细度变细，同时沉砂产率增高。（3）、 当给矿压力不变时，给矿口增大，可以提高生产能力。但矿浆在漩流器中的停留时间缩短，导致沉砂浓度降低，溢流细度变粗，降低分级效率。如果给矿口过小，同样会造成沉砂中含泥增加，溢流细度变粗，分级效率和生产能力都下降。（4）、 当其他因素不变时，沉砂口直径减小，则沉砂量减小，浓度增高，细粒级含量减少，溢流中粗粒级增加。沉砂口直径增大，则相反。,4、旋流器的最佳工作状态 用于分级的旋流器的最佳工作状态应是沉砂呈伞状喷出，伞的中心保留有不大的空气吸入孔。空气在向上流动的同时带动内层矿浆由溢流管排出，因而有利于提高分级效率。此时的伞面夹角不宜过大，以刚散开为宜。在用于浓缩时沉砂可取绳索状排出，获得高浓度的沉砂；在用于脱水时沉砂可以最大角的伞状排出，获得的沉砂浓度最低。,2.5.3物性参数物性参数主要包括分散相的颗粒尺寸，两相的密度、黏度及表面张力。由于旋流器的分离效率随分散相颗粒尺寸的增加而提高，所以颗粒（包含液滴）尺寸是影响旋流器操作性能的重要参数；两相之间的密度差的大小决定一定操作条件下离心力场的强度大小，黏度及表面张力影响流体剪切力大小及液滴破碎的难易程度。,2.6旋流器的工艺计算,水力旋流器的工艺计算，包括分离粒度和处理量的计算旋流器的处理能力Q(L/min) Q=K1dGdy gp式中dG和dy 给矿管直径及溢流管直径，cm;当矿口为矩形断面时，其中dG= 4bl/，cm;b和l为给矿管断面的宽和长，cm;P 旋流器的进口压力(表压力）,MPa;g 重力加速度，以9.8m/s计；K1 系数，按表2-6-1确定,表2-6-1,旋流器在不同dG/D值条件下的K1值,旋流器的分离粒度分级的临界粒度dF为： dF=0.75dG /Qh(-） /x式中 h 溢流管下缘到锥壁的轴向距离，为简单计算可取椎体高度的2/3 介质黏度 Q 给矿浆体积 x 速度变化系数，其值大于1,x计算方法常用两种 1、达尔扬提出的计算公式 x=(D/dy) 式中，n=0.5-0.9,一般取n=0.64。 2、前苏联选矿设计院提出的公式 x=6.6AG /DdY 式中AG 给矿口的面积，c; D 旋流器内径，cm; 旋流器锥角，（） 值见表2-6-2,n,0.3,0.3,表2-6-2,公式 中 的值,0.3,0.3,第三章 水力旋流器的结构,3.1水力旋流器的组合结构类型 在水力旋流器技术发展的过程中，出现了具有许多器壁结构尺寸、比例的旋流器，可分为长锥型、短锥型；长柱型、短柱型；以及全柱型。,3.1.1长锥型旋流器,长锥型水力旋流器亦称小锥角旋流器，其特点是圆锥角很小(一般小于25），因而旋流器的锥段很长。这种水力旋流器在工业上应用最广泛，他们的分离粒度一般很小，它适用于固体颗粒质量回收率要求高的液体澄清或是悬浮液浓缩以及分离粒度要求很小的固体颗粒的分级。,3.1.2短锥型旋流器,短锥型水力旋流器亦称为大锥角旋流器，其特点是圆锥角很大（大于25）、锥段很短。由于这类短锥旋流器内下部的循环流有着类似化床层的作用，所以这类旋流器可以用于对固体颗粒进行分级、根据颗粒的形状和密度的差别对颗粒进行分类或分选。短锥型水力旋流器在重矿物分选方面取得了许多成功的应用，特别是细粒黄金分选方面，进来已经发展成为一种令人瞩目的回收细粒砂金的重力分选设备。,3.1.3长柱型旋流器,近年来圆柱形水力旋流器有对具有不规则几何形状或是具有不同粒度直径的颗粒进行分级处理过程中的应用越来越广泛。适当增加柱形区域的长度，能够提高水力旋流器的分离粒度、处理能力及分级效率，减少溢流浓度，所以在进行固液分离时，取柱形长度较长为宜。,3.1.4短锥型旋流器,其特点是柱段筒体比锥段短的多，其柱段长度往往只有锥段的1/4或更短。柱段旋流器之所以运用的如此广泛，主要是由于通常人们认为柱段是区域为预分离区、并认为真正的分离过程是在锥段完成的，所以认为旋流器柱段不必要太长。今年来发现旋流器的柱段是一个有益于固相颗粒分离的有效沉降区，柱段区域对颗粒的分级分离过程也有不可忽略的作用。,3.1.5全柱型旋流器,全柱型水力旋流器的整个器壁全由柱段组成而没有锥段。这种全柱型旋流器常用如图下图所示两级旋流器系统的第一级，主要用于选矿作业。由于全柱型水力旋流器下部也呈柱状，故可有效地抑制粗粒级物料混入溢流，从而能较好的保证其溢流产品的质量。该型水力旋流器主要运用在洗煤厂。,3.2水力旋流器的结构类型,进料管与旋流器柱段的连接部分为进料管结构，一般包括横截面形状、纵截面形状以及与旋流器顶部柱段相贯的形状等几方面的内容3.2.1 进料管横截面形状也称断面形状，一般以圆形横截面用得最为广泛。然而，在矿山实践中，我们摈弃常规，将旋流器的进料横截面设计为矩形，其矩形长边与旋流器轴心线平行，短边与轴心线垂直。事实证明，具有这种矩形横截面的进料管能使进料口处流体的湍动和扰动程度减弱，从而降低水力旋流器内的能量损耗。,3.2.2进料管纵截面形状进料管纵截面形状进料管纵截面形状进料管纵截面形状 进料管的纵截面形状一般指与旋流器轴线相垂直的进料管中心线的截面形状，通常为两条平行线所围成的不收缩通道。但在实际应用中，多采用具有收缩形状截面的进料管。在同样的泵送条件下，具有收缩形状纵截面的进料管可使流体在进料口处加速，以加强旋流器内的离心强度，使水力旋流器内的细粒分选更加有效。,3.2.3 水力旋流器的进料管一般为二维结构，它与旋流器柱段相接的形式则常常为切线形。切线形进料管容易造成进料口处流体的扰动和湍动，而且由于流体的转向损失和涡流损失等而引起较大的局部阻力，所以这种进料管引起的进料部位局部能量损耗较大11。于是，除切向线行进料管外，在二维结构中还出现了渐开线形、弧线形、螺旋线形等多种形式的进料管。Boadway12曾对渐开线形进料管和切线形进料管进行对比试验，结果发现采用渐开线形进料管时比采用切线形进料管时水力旋流器可降低能耗达52%。,3.3水力旋流器单元参数设计,3.3.1结构参数（1） 水力旋流器直径：水力旋流器直径主要影响生产能力和分离粒度的大小。一般说来，生产能力和分离粒度随着水力旋流器直径增大而增大。（2） 入料管直径Di：入料口的大小对处理能力、分级粒度及分级效率均有一定影响。入料管直径增大，分级粒度变粗，其直径与旋流器直径呈一定比例，Di=（0.2- 0.26）D。,（3） 锥体角度：增大锥角，分级粒度变粗，减小锥角，分级粒度变细。一般来说对细粒级物料分级，采用较小锥角的旋流器，通常取1015；粗粒级分级和浓缩用旋流器一般采用较大的锥角，通常在2045。水力旋流器内的流体阻力随着锥角的增大而增大。在同一进口压力下，由于流体阻力增大，其生产能力要减小。分离粒度随其锥角的增大而增大，总分离效率降低，而底流中混入的细颗粒较少。,（4） 溢流管直径：增大溢流管直径，溢流量增大，溢流粒度变粗，底流中细粒级减少，底流浓度增加。根据筒体直径确定溢流管直径，取值范围Do=（0.2- 0.4）D，溢流管内径是影响水力旋流器性能的一个最重要的尺寸，它的变化会影响到水力旋流器所有的工艺指标。当进口压力不变，在一定范围内，旋流器的生产能力近似正比于溢流管直径。,（5） 溢流管插入深度：溢流管插入深度是指旋流器溢流管底口与筒体和锥体交接处的垂直距离，称为自由间隙。增大自由间隙，分级粒度变细，减小自由间隙，分级粒度变粗；自由间隙h的取值范围为3080mm。（6） 溢流管壁厚：近年来研究表明：溢流管壁厚增加，可以在某种程度上提高旋流器的分离效率，并降低其内部能量损失，而且还能提高水力旋流器的生产能力。,（7） 进料口断面尺寸：进料口的形状和尺寸对其生产能力、分离效率等工业指标有重要的影响。进料口的作用主要是将作直线运动的液流在柱段进口处转变为圆周运动。进料口按照截面形状可以分为圆形和矩形两种。（8） 底流口直径(d)：底流口直径增大，分级粒度变细，底流口直径减小，分级粒度变粗。根据旋流器直径确定底流口直径，取值范围d= （0.15- 0.25）D，底流口是旋流器中最易磨损的部位。底流口直径的增大，会使水力旋流器的生产能力相应的增大，但其影响比进料口尺寸及溢流管直径的影响相对来说小一些。,（9） 内表面粗糙度及装配精度：水力旋流器的内表面粗糙度及装配精度对其生产能力、分离效率等性能参数的影响较小，但是在生产实践及研究发现，水力旋流器的内表面内衬耐磨橡胶，耐磨防腐，比较光滑，将会增大流动阻力，同时分离效率也有所增加，同时采用较粗糙内壁的水力旋流器，其流动阻力将会降低，同时底流量增大。,（10） 进料粘度：分离粒径和进料粘度的平方根成正比，亦即进料粘度的增加会导致分离粒径的增大。水力旋流器的生产能力和分流比也会随着粘度的提高而增加。（11） 锥比：锥比是底流口直径和溢流口直径之比，是设计旋流器的主要参数，也是操作调整分级指标的重要因素。锥比大，分级粒度小，锥比小，分级粒度大；锥比取值范围在0.350.65），由于溢流口直径是不可调参数，所以在生产中主要通过更换不同的底流口来选择适宜的锥比。,3.3.2操作参数（1） 入料压力：入料压力是旋流器工作的重要参数。提高入料压力，可以增大矿浆流速，物料所受离心力增大，可以提高分级效率和底流浓度，但通过增大压力来降低分级粒度收效甚微，动能消耗却大幅度增加，旋流器整体特别是底流嘴磨损更加严重。处理粗物料时采用低压力（0.050.1MPa） 操作，处理细粒及泥质物料时采用高压力 （0.10.3MPa） 操作。（2） 入料量：增大入料量，分级粒度变粗，减小入料量，分级粒度变细,（3） 浓度：当旋流器尺寸和压力一定时，入料浓度对溢流粒度及分级效率有重要影响。入料浓度高，流体的粘滞阻力增加，分级粒度变粗，分级效率降低。实践表明，分级粒度为0.074mm时，入料浓度以10%20%为宜。（4） 入料粒度：入料粒度的变化会明显地影响水力旋流器的分级效果。在其它参数不变时，入料中小于分级粒度的物料含量少时，则底流中的细粒含量少，浓度高，而溢流中的粗颗粒含量增加，旋流器的分级效率下降；当入料中接近分级粒度的物料多时，则底流中的细粒物料多，溢流中的粗粒物料多，分级效果下降。,第四章 水力旋流器的工艺指标计算,4.1生产能力的计算水力旋流器的计算公式有很多，本文主要基于最大切线速度轨迹面法的生产能力计算。根据半自由涡的最大能耗(压力 降 或水头损失),导出的水力旋流器给矿管中的 矿浆流速和生产能力计算式如下: 矿浆流速计算: Vi=0.38D/di nPm /m（1.5R/rO) -1,2n,生产能力计算：Q=2.69Ddi Pm /m（1.5R/rO) -1式中 D、di和do-分别为旋流器直径、进料管直径与 溢流管直径，cm;Q-旋流器的生产能力，m/h;P-进料压力（最大实际压力降），Mpa；m-料液的密度，t/mn=0.64,1.28,实例 某铜矿选矿产，采用球磨机排矿进筒筛筛分，筛下产物进直径为660mm的Krebs型旋流器分级并同3.6*6m的球磨机构成闭路系统，筛筒筛上产物进短头圆锥破碎机再碎的流程，试计算单台旋流器的生产能力。,原矿Q=263.26t/h,球磨机,旋流器,圆锥破,自磨机,返砂,溢流,粉矿,Q=868.8t/hC1=54.3%,Q=74.81t/h,列出旋流器的主要参数 D=660mm ； P=0.08MPa； di=195mm； d=2.83t/m； do=260mm； ci=54.3%计算给矿矿浆密度m=d/d/c-c(d/c-1) =2.83/2.83/1-0.543x(2.83/1-1) =1.541t/m,计算旋流器生产能力 Q=2.69Ddi Pm /m（1.5R/rO) -1 =2.69x66x19.5x 0.08/ 1.541x(1.5x66/26) -1 =370.3m/h 最大切线速度轨迹面法的生产能力计算最接近实际值。,1.28,1.28,4.2旋流器的分级粒度计算 计算公式： D do di m (d- m)(Hc-l+(3D-2do)/6tan）pm式中，直径的单位为cm，密度的单位为t/m；黏度的单 位为Pa.s；P的单位为Mpa；d50的单位为m,d50=448.5,0.5,0.5,0.64,0.36,式中 D -旋流器直径； do-溢流管直径 di -进料管直径 m-两相流有效黏度 Hc-旋流器的圆柱段的长度 l-溢流管伸进旋流器长度； -旋流器锥段的半锥角,4.3水力旋流器的并联与串联4.3.1水力旋流器的并联水力旋流器并联的目的是在不改变单个水力旋流器分离性能的基础上加大其处理能力。水力旋流器的分离效率和生产能力与对旋流器的尺寸要求是相互矛盾的。在同样地操作压力条件下，尺寸较小的旋流器具有较高的分离效率和分离粒度，但相应的生产能力也较小。因此在要求满足分离要求，同时又要求保证生产能力的场合，旋流器组应运而生，实际上旋流器组就是多台旋流器并联。,旋流器单体圆周排列，优点：保证了每台旋流工作情况一致，在条件容许下，最佳排列方式。,4.3.2水力旋流器的串联水力旋流器串联的目的是提高水力旋流器的处理深度，即提高水力旋流器的分离效率。,进料,底流产物,溢流产物,第五章 水力旋流器的应用,5.1应用范围5.1.1 澄清澄清的目的是为了获得清洁的液体，或者也可以说是为了最大程度地回收进料中的分散相物料。常见的有去除液体中的固体颗粒或去除液体中不相溶的少量液滴。在单级旋流器中，最小分离力度可以达到2m，如果单机旋流器操作不能达到澄清要求，可以采用多级串联或混连旋流器组。,5.1.2 浓缩浓缩是指降低液体非均相混合物中的连续相液体含量，目的是为了获得高浓度的分散相物料，同时尽可能避免分散相物料在另一个出口流出而引起分散想无聊的损失。在某些场合，浓缩用水力旋流器系统可被用来替代那些体积大得多、且成本高的多的重力沉降槽。,5.1.3 颗粒分选悬浮在液相介质中的固体固体颗粒可以按其粒度大小、密度、形状等进行分离，分离过程可以区分为分级和分选。所谓分级便是将具有相同的固相颗粒按粒度大小进行分离。由于旋流器的分离效率按颗粒粒度的增大而上升，故可用于将进料中的固相颗粒分成粗粒级颗粒和细粒级颗粒两部分，即将旋流器用作颗粒分级设备。,5.1.4 颗粒分选所谓分选也就是按颗粒的某些物理化学性质对颗粒进行选别分离。迄今水利旋流器可以按颗粒的密度、形状、表面疏水性以及磁性等特性分别对颗粒进行分选。颗粒分选通常也称之为颗粒分类。（1）按密度分选。（2）按形状分选（3）按表面疏水性分选。（4）按磁性分选。,5.2水力旋流器在选矿上的应用5.2.1一段闭路磨矿分级一段分级旋流器广泛用于日处理量1500t/d以上的各种金属矿、非金属矿选厂， 与一段磨机构成闭路磨矿分级系统，根据不同的处理能力，既可双台布置，也可成组配置。在较高的给矿浓度情况下，具有较高的分级效率和较细的溢流细度，分级效率比常用的螺旋分级机高出5-10%，有利于磨机利用系数的提高。由于一段磨矿排矿粒度粗，旋流器的内衬层一般采用高铝陶瓷材质。,5.2.2二段闭路磨矿分级二段分级旋流器广泛使用在各种金属矿、非金属矿的二段检查，控制分级。旋流器的规格自75mm至660mm,可适用不同处理量、对磨砂细度不同要求的选厂。安生旋流器采用独特的结构设计，可使二段旋流器的溢流细度自-200目75%至95%之间任意选择和调整。,5.2.3细粒矿泥的脱除高效脱泥旋流器用于各种金属矿、非金属矿浆的脱泥作业。具有脱泥效率高，有用矿物损失少的优点。需要通过溢流除去的细泥物料的粒级取决于旋流器的规格、数量、旋流器的径锥比、角锥比以及锥体的高度。 为得到较浓的过滤机给料而进行的预浓缩利用旋流器的离心分离作用，将矿浆中的固体颗粒从液相中脱离出来，从而完成料浆的浓缩或澄清作业。国外有使用旋流器代替浓密机的成功先例。铁矿、金矿、钼矿等金属矿山中利用旋流器预浓缩，溢流进浓密机，旋流器的底流和浓密机的底流可以达到几乎相同的浓度。这样便大大降低了浓密机和过滤机的负荷。,5.2.4微细颗粒的分级用于微细颗粒的分级时，一般选用10-50mm聚氨酯旋流器。用于超细分级的旋流器带有较大的圆柱体部分和小的锥角部分，采用聚氨酯材料制作，使其耐磨性能良好且无有色体污染。由于旋流器直径较小，单台旋流器处理能力较小，一般并联成组。,5.2.5尾矿充填与筑坝 尾矿中小于37微米的细砂不易于作为尾矿筑坝的材料，如果粗粒级尾矿经分级作井下填充料使用，那么利用尾矿筑坝时就必须在尾矿处再利用旋流器分级，粗粒级留在靠近坝体部位，细粒级则作为旋流器的溢流向尾矿池的尾部流动，细尾矿浆在流动过程中也自然分级，细而稀的尾矿流最远，在尾矿库的尾部则有一段是澄清水区，可作为回水用。目前提出的全尾充填方案也可用旋流器进行预浓缩分级，再进过滤机处理，可达到较佳效果。,5.2.6非金属矿湿法选矿工艺中的除砂与除杂非金属矿湿法选矿工艺中，原矿经捣浆分散后，浆液中含有一定量的石英砂或杂质，因此除砂与除杂是超细分级的前提。使用水力旋流器进行除砂作业将显示出较大的便利。根据原矿杂质含量、粒度分布、处理能力等情况确定使用旋流器的型号及规格。 目前较为常用的除砂旋流器规格有350、300（分离粒度为200目），150、75（分离粒度为325目），50（分离粒度为600目）。但由于原矿性质不同，有时往往采用几种设备或几种规格不同的旋流器串联方能达到工艺要求。,5.3旋流器在煤炭行业的应用,重介质旋流器是应用于选煤的一种旋流器设备，在煤矿、选煤厂和火电厂等企业已经得到了大范围的推广。重介质旋流器与普通的旋流器相比，它的优点在于简化了选煤的效率，并降低了运行的成本，可以说重介质旋流器是专门适应选煤工序的旋流器。重介质旋流器本身与水力旋流器一样，都属于旋流器的下分种类，但重介质旋流器按照不同的分类方法，还能再分为多个种类。重介质旋流器的分类方式主要是按其外观形状划分，和按照给料的方式划分。,5.3.1、重介质旋流器的外观分类重介质旋流器按照外观形状的不同，能分为圆筒圆锥形重介质旋流器和圆筒形重介质旋流器。重介质旋流器的这两种外观形状是源于两个不同的重介质旋流器制造商，其中圆筒圆锥形重介质旋流器是属于荷兰矿业公司的D.S.M系列，另一种是属于美国的D.W.P系列。5.3.2、重介质旋流器的给料分类重介质旋流器的另一种分类方法，是按照给料方式的不同来划分的，所分的种类是有压给料式重介质旋流器和无压给料式重介质旋流器。,5.3.4重介质旋流器的安装方式重介质旋流器对浆料和矿物颗粒的处理能力高，能起到节能环保的作用，主要是应用在选煤系统中，因此重介质旋流器在选矿厂等企业普及较广。今天我们来和大家一起了解一下，重介质旋流器的安装方式。旋流器的安装方式共有三种，包括正垂直安装、倒垂直安装和倾斜安装。旋流器安装方式是根据旋流器本身的直径进行选择的，当旋流器的直径较小时多选择垂直安装，当旋流器的直径较大、锥角较小时多选用倾斜安装。,5.4水力旋流器在电力行业的应用旋流器是火电厂等工业生产部门用来完成混合浆液分离的一种分离分级设备。旋流器的工作原理为离心沉降，当待分离的混合浆液在泵的压力驱动下进入旋流器后，会形成强烈的旋转湍流运动，在重力和离心力的作用下，完成颗粒与液体、重粒与轻粒的分离。旋流器在烟气脱硫系统中的应用 旋流器的作用是处理含有固体颗粒的浆液，实现固体颗粒的分级、分离、脱水和浓缩，它是烟气脱硫系统中不可缺少的重要机械设备。在烟气脱硫系统中应用的旋流器有石灰石旋流器、石膏旋流器和废水旋流器，它们都属于水力旋流器，只是在设计细节上有所差异。,5.4.1、石灰石旋流器石灰石旋流器是指专门应用在石灰石制浆系统中的旋流器。当电厂购入块状石灰石原料后，多会采用球磨机将其磨制成石灰石浆液，由于球磨机的性能所限，石灰石浆液中的固体颗粒大小不均匀，因此需要使用石灰石旋流器予以分级和分离。石灰石旋流器处理石灰石浆液后，粗的颗粒从底流排出，再输送回球磨机进行二次研磨，而细的颗粒由石灰石旋流器的溢流排出，被送入石灰石浆液箱内，再由浆液泵输送，打入吸收塔内与烟气进行反应。简单来说，石灰石旋流器就是起到了石灰石颗粒分级的作用。,5.4.2、石膏旋流器石膏旋流器在烟气脱硫系统中是被投运在石膏脱水系统里。石膏脱水系统主要由石膏旋流器和真空皮带过滤机组成，石膏旋流器为一级脱水设备，负责石膏的初步脱水，而后过滤机再完成二级脱水。石膏旋流器所处理的石膏浆液设计浓度约在15%到20%左右，石膏旋流器的底流排出浓度为50%以上，当底流浆液被输送到真空皮带脱水机上脱水后，石膏浓度可达90%以上。石膏旋流器的溢流，一部分是送回吸收塔进行反应，另一部分进入废水旋流器进一步分离。,5.4.3、废水旋流器废水旋流器在废水处理系统前一环节运行，其主要作用是将石膏旋流器的溢流进一步分离，使溢流的浓度保持在2%以内，而后再输送入废水处理系统进行处理。废水旋流器的底流则回到吸收塔内继续反应。,第六章 水力旋流器的制造与调试,6.1、水力旋流器的磨损固-液水利旋流器运行时，固-液悬浮液做强烈的旋转运动，在悬浮液强烈的冲刷下，壁面磨损十分严重。例如，在钻井液除砂操作中，一般10mm厚的旋流器灰铁壳体只能工作20h左右，在重介质选煤中，用10mm厚的Q235A钢板制作的旋流器，寿命仅为300400h。采用加大壁厚的方法来延长锥体的寿命是不合适的，因为它的后期磨损已经破坏了旋流器中关键部位的尺寸，导致液流的流场变化，破坏了固-液分离过程。这样表面上锥筒未磨穿的寿命延长了，但实际上锥筒早已丧失了固-液分离的有效过程。,在重介质选煤中，试验证明当底流口磨损扩大到3mm时，将造成严重的精煤损失必须更换。这就是为什么在实践中，水利旋流器工作性能越来越坏以致完全丧失工作能力的原因。对于液-液旋流器，虽然也存在使用寿命的问题，但相比之下不如固-液旋流器的磨损情况那样严重。,磨损情况 旋流器的磨损是一种甚为复杂的现象，它是固液悬浮物与旋流器器壁间相互作用的结果，其中，液流所携带的固粒群对过流表面的作用又是主要的磨蚀因素。现场应用表明，圆柱腔、锥段和小椎管是旋流管内磨损最严重的零件。圆柱腔的工作面上有凹凸不平的麻坑，但相对于椎管工作面磨痕较浅。,圆柱腔入口流线末端附近有带形凹坑，个别凹坑很深甚至洞穿而导致液流外泄。锥段和椎管过流工作面有很深的条形螺旋沟纹，这种条形螺旋沟在小椎管工作面的不同部位深度和宽度不同，一般随半径减小而变浅变窄，螺旋线螺距逐渐变大。在小椎管和锥段结合面处最深、甚至洞穿小椎管，而未出现磨损的工作面发滑、发亮。位于进液腔盖板中心的溢流孔附近有明显的同心环形沟槽，尾管基本无磨损。,磨损机理 为保证设备运行的可靠性，人们对旋流器的磨损与耐磨极为关注，进行了大量的研究，工作的重点是研究磨损机理并探索各种耐磨性好的材料，以延长旋流器的使用寿命。目前人们提出了以下几种磨损机理。（1）微切削磨损。(2)表面疲劳磨损。(3)腐蚀磨损。为了减轻旋流器的磨损，先应考虑选择合适的材料；其次要保证旋流管的内表面加工质量；此外还应从实际流场出发，在不影响效率的前提下，对局部结构进行合理的设计等。,6.2 水力旋流器的耐磨材料水力旋流器抗磨损材料主要分为三类（1）金属和金属化合物，如具有特殊性质的合金钢，耐磨铸铁、不锈钢等；（2）陶瓷及其复合材料，碳化硅陶瓷、刚玉等；（3）塑料，特别是橡胶和聚氨酯化合物。,6.3.1水力旋流器在制造上的要求1、要保证足够的位置精度和形状精度。这方面的要求除了各尺寸要尽量准确外，主要需要注意各段之间的不同轴度要尽可能小。2、内部的表面粗糙度要求。3、耐磨及耐蚀的要求。4、制造方法尽量简单，经济评估合理。,6.3.2材料选择 水力旋流器工作要求不同时，其材料和加工方法有很大的差别。材料的选择首先要满足生产工艺和产品要求。不同的应用场合，在材料选择上有着不同的考虑。例如，在淀粉加工中旋流器一般选用一般选用耐磨不锈钢或陶瓷材料；在重介质选煤中，常选用耐磨铸铁或合金铸铁，或在旋流器内表面衬上铸石、聚氨酯橡胶、碳化硅、氧化铝等。,目前水力旋流器普遍采用钢等金属材料制造，壳体一般选用不锈钢等金属制造。对于较小直径的水力旋流器，内表面多采用硬质合金制造；对于较大直径的水力旋流器，则由不锈钢制造来提高其耐磨性能，在内部加工耐磨非金属衬里。,6.4安装技术6.4.1旋流器安装的几点细节经验旋流器的安装通常采取这样的方式，由旋流器的生产商提供技术指导人员，指导使用企业的技术人员进行安装。旋流器的安装本身并不是特别复杂，但有些技术细节还需要操作人员注意。旋流器的安装方式旋流器通常采用垂直安装和水平安装两种方式。旋流器的垂直安装方式适合给料量波动较大、循环负载变化较多的工况。旋流器的水平安装是将旋流器同地平线夹角15到20安装方式，适合可变循环负荷的工作方式，能提供比较稳定的底流浓度。,旋流器的进出口管道旋流器如果采用了分配器和多旋流子结构，那么为了减少不必要的紊流，应为分配器的进口管设置直管段，其长度不能低于管径的9倍。旋流器分配器的入口管道设置，可以参考厂家提供的旋流器分配器进料管设计图来完成。旋流器的溢流管和进料管安装时，如果把进料管安排在溢流排出管的下方，则要注意为溢流弯管设置透气管路，保证气体流通顺畅。,旋流器的建议配件旋流器安装时，最好为每个旋流子配设一个过滤网，其目的是减少杂质造成的旋流子堵塞。旋流器配设过滤网的孔径为通过旋流子最小通径尺寸的三分之一。旋流器安装时还建议配置一台压力表，以监控旋流