化工原理第三章第二节.ppt
2023/9/6,第三章 非均相物系分离,一、离心沉降速度二、旋风分离器操作原理三、旋风分离器的性能四、旋风分离器的结构型式与选用,第二节 离心沉降,2023/9/6,离心沉降：,依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程 适于分离两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系。惯性离心力场与重力场的区别,重力加速度g,uT2/R,指向地心,沿旋转半径从中心指向外周,Fg=mg,2023/9/6,一、离心沉降速度,1、离心沉降速度ur,惯性离心力=,向心力=,阻力=,三力达到平衡，则：,2023/9/6,平衡时颗粒在径向上相对于流体的运动速度ur便是此位置上的离心沉降速度。,2、离心沉降速度与重力沉降速度的比较 表达式：重力沉降速度公式中的重力加速度改为离心加速度数值与方向：重力沉降速度基本上为定值，方向向下 离心沉降速度为绝对速度在径向上的分量，随颗粒在 离心力场中的位置而变，方向是沿半径向外,2023/9/6,阻力系数：层流时,同一颗粒在同一种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值为：,Kc离心分离因数。例如:当旋转半径R=0.4m，切向速度uT=20m/s时，求分离因数。,2023/9/6,二、旋风分离器的操作原理,D,2023/9/6,2023/9/6,三、旋风分离器的性能,旋风分离器性能的主要操作参数为气体处理量，分离效率和气体通过旋风分离器的压强降。1、气体处理量 旋风分离器的处理量,2、临界粒径 临界粒径：理论上在旋风分离器中能完全分离下来的最小颗粒直径。,2023/9/6,1）临界粒径的计算式 a)进入旋风分离器的气流严格按照螺旋形路线作等速运动，且切向速度恒定，等于进口气速，即uT=ui；b)颗粒沉降过程中所穿过的气流厚度为进气口宽度B;,S，可略去，旋转半径R可取平均值Rm，并用进口速度ui代替uT。,2023/9/6,气流中颗粒的离心沉降速度为：,颗粒到达器壁所需要的时间：,停留时间为：,临界粒径的表达式,2023/9/6,2）临界粒径的影响因素,a),临界粒径随分离器尺寸的增大而增大。分离效率随分离器尺寸的增大而减小。,b）入口气速ui愈大，dc愈小，效率愈高。,2023/9/6,3、分离效率,分离效率,总效率o,进入旋风分离器的全部粉尘中被分离下来的粉尘的质量分率,粒级效率pi,进入旋风分离器的粒径为di的颗粒被分离下来的质量分率,2023/9/6,粒级效率pi与颗粒直径di 的对应关系可通过实测得到，称为粒级效率曲线。,总效率与粒级效率之间的关系：,式中：xi 平均粒径为di的颗粒占总颗粒的质量分率。,2023/9/6,d50为粒级效率为50%的颗粒直径，称为分割粒径。对于标准旋风分离器,2023/9/6,4、压强降,对型式不同或尺寸比例不同的设备c的值也不同，要通过实验测定，对于标准旋风分离器c=8.0。旋风分离器的压降一般在3002000Pa内。,影响旋风分离器性能的因素：操作温度、颗粒密度、粒径、进口气速度及粉尘浓度等情况。,2023/9/6,四、旋风分离器的选型与计算,1、旋风分离器的型式 旋风分离器的形式多种多样，主要是对标准型式的旋风分离器的改进设计。,进气口：,为了保证高速气流进入旋风分离器时形成较规则的旋转流，减少局部涡流与死角，设计了倾斜螺旋进口，螺壳形进口、轴向进口等。,主体结构与各部分尺寸比例的优化：,根据流场与颗粒流动规律设计旋风分离器的结构，,2023/9/6,一般细长的旋风分离器效率高，但超过一定限度，分离效率的提高不明显，而压降却增加。改进下灰口：,防止已分离下来的粉尘重新扬起。,目前，我国已定型了旋风分离器，制定了标准流型系列，如CLT,CLT/A,CLP/A,CLP/B以及扩散式旋风分离器2、旋风分离器的设计计算 例如，已知气体流量VS(m3/s)、原始含尘量C1(g/m3)、粉尘的粒度分布，除尘要求及气体通过旋风分离器允许的压强降，要求选择旋风分离器的型式，确定旋风分离器的直径和个数。,2023/9/6,步骤：a)根据具体情况选择合适的型式，选型时应在高效率与低阻力两者之间作权衡，一般长、径比大且出入口截面小的设备效率高且阻力大；反之，阻力小效率低。b)根据允许的压降确定气体在入口的流速ui c)根据分离效率或除尘要求，求出临界粒径dc d)根据ui和dc计算旋风分离器的直径D e)根据ui与D计算旋风分离器的处理量，再根据气体流量确定旋风分离器的数目。f)校核分离效率与压力降,2023/9/6,例：气体中所含尘粒的密度为2000kg/m3，气体的流量为5500标m3/h，温度为500，密度为0.43kg/m3，粘度为3.610-5Pa.s，拟采用标准形式的旋风分离器进行除尘，要求分离效率不低于90%，且知相应的临界粒径不大于10m，要求压降不超过700Pa，试决定旋风分离器的尺寸与个数。解：根据允许的压强降确定气体在入口的流速ui,=8.0,2023/9/6,按分离要求，临界粒径不大于10m，故取临界粒径dc=10m来计算旋风分离器的直径D。,N=5,旋风分离器的直径：,D=4B=40.196=0.78m,2023/9/6,根据D与ui计算每个分离器的处理量，再根据气体流量确定旋风分离器的数目。进气管截面积,每个旋风分离器的气体处理量为：,含尘气体在操作状况下的总流量为：,2023/9/6,所需旋风分离器的台数为：,为满足规定的气体处理量、压强降及分离效率三项指标，需要直径不大于0.78m的标准分离器至少三台，为了便于安排，现采用四台并联。校核压力降与分离效率四台并联时，每台旋风分离气分摊的气体处理量为：,为了保证指定的分离效率，临界粒径仍取为10m。,2023/9/6,校核P,或者从维持指定的最大允许压降数值为前提，求得每台旋风分离器的最小直径。,2023/9/6,P=700Pa ui=20.2m/s,校核临界粒径,根据以上计算可知，当采用四个尺寸相同的标准型旋风分离器并联操作来处理本题中的含尘气体时，只要分离器在,2023/9/6,（0.6540.695m）范围内，便可同时满足气量、压强降及效率指标。倘若直径D0.659m，则在规定的气量下不能达到规定的分离效率。倘若直径D0.654m，则在规定的气量下，压降将超出允许的范围。,
