离心沉降

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场离心力场力场强度重力加速度g离心加速度uT2/R方向指向地心沿旋转半径从中心指向外周Fg=mgRumFTC2作用力第2节离心沉降一、离心沉降速度3.4.1.1离心沉降速度ur惯性离心力=rudTpp236向心力=rudTp236阻力=2422rpud三力达到平衡，则：rudTpp236rudTp23602422rpuduruT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。ruduTppr342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：重力沉降速度基本上为定值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。阻力系数：层流时eR24ruduTppr2218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：cTtrKgruuu2比值Kc就是粒子所在位置上的惯性离心力场强度与重力场强度之比称为离心分离因数。一般为5～2500。例如；当旋转半径R=0.4m，切向速度ur=20m/s时，求分离因数。1022gruKTc(一)旋风分离器B净化气体含尘气体AD尘粒标准型旋风分离器二、离心分离设备含尘气体清洁气体排气管排尘BB用途：适用于含颗粒浓度为0.01～500g/m3、粒度5~200μm的气体净化与颗粒回收操作。大于200μm粒子对器壁有磨损，一般采用重力沉降。结构和工作原理：含尘气体以较高的线速度切向进入器内，在外筒与排气管之间形成旋转向下的外螺旋流场，到达锥底后以相同的旋向折转向上形成内螺旋流场直至达到上部排气管流出。颗粒在内、外旋转流场中均会受离心力作用向器壁方向抛出，在重力作用下沿壁面下落到排灰口被排出。1.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。1.1气体处理量旋风分离器的处理量由入口的气速决定，入口气体流量是旋风分离器最主要的操作参数。一般入口气速ui在15～25m/s。旋风分离器的处理量hBuqiV1.2临界粒径判断旋风分离器分离效率高低的重要依据是临界粒径。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。1）临界粒径的计算式a)等速螺旋运动：进入旋风分离器的气流严格按照螺旋形路线作等速运动，且切线速度恒定，等于进口气速uT=ui；b)气流形状不变：颗粒沉降过程中所穿过的气流厚度为进气口宽度BR2Tu18μρpρ2pdru表示c)颗粒在滞流情况下做自由沉降，径向速度可用∵ρρp，故ρ可略去，而旋转半径R可取平均值Rm，并用进口速度ui代替ut。气流中颗粒的离心沉降速度为：mipprRudu1822颗粒到达器壁所需要的时间：2218ippmrtudBRuB停留时间为：iemuNR2对某尺寸的颗粒所需的沉降时间θt恰好等于停留时间θ，该颗粒就是理论上能被完全分离下来的最小颗粒，用dpc表示这种颗粒的直径，即临界粒径。标准型Ne=5iemippcmuNRudBR21822ippcuNBd9——临界粒径的表达式2）临界粒径的影响因素a)由ippcuNBd9，知Bdpc即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。生产中常采用多个小旋风分离器并联。b)入口气速ui愈大，dpc愈小，效率愈高。（但不能太大）c)粘度越低dpc愈小，效率愈高。生产中采用降低气体温度↓μ。1.3分离效率分离效率总效率ηo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%1001210CCC粒级效率ηpi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%100121iiipiCCC粒级效率ηpi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。如图，临界粒径约为10μm。理论上，凡直径大于10μm的颗粒，其粒级效率都应为100%而小于10μm的颗粒，粒级效率都应为零，图中折线obcd。实测的粒级效率曲线，直径小于10μm的颗粒，也有可观的分离效果，而直径大于dc的颗粒，还有部分未被分离下来直径小于dpc的颗粒中有些在旋风分离器进口处已很靠近壁面，在停留时间内能够达到壁面上有些在器内聚结成了大的颗粒，因而具有较大的沉降速度直径大于dpc的颗粒气体涡流的影响，可能没达到器壁。即使沉到器壁也会被重新扬起有时也把旋风分离器的粒级效率标绘成d/d50的函数曲线，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)(27.050ptuDd1.4压强降气体通过旋风分离器时，由于进气管、排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力，气体流动时的局部阻力以及气体旋转所产生的动能损失造成了气体的压强降，22iup对型式不同或尺寸比例不同的设备ζ的值也不同，要通过实验测定，对于标准旋风分离器ζ=8.0。旋风分离器的压降一般在500～2000Pa内。%100302121HHDDBh影响旋风分离器性能的因素多而复杂，物系情况及操作条件是其中重要方面。一般来说，颗粒密度大、粒径大、进口气速高及粉尘浓度高等情况均有利于分离。比如，含尘浓度高有利于颗粒的聚结，可以提高效率，而且颗粒浓度增大可以抑制气体涡流，从而阻力下降，所以较高的含尘浓度对压强及效率两个方面都是有利的。但有些因素则对这两个方面有相互矛盾的影响，比如进口气速稍高有利于分离，但过高则导致涡流加剧，反而不利于分离，陡然增大压强降。因此，旋风分离器的进口气速保持在10~25m/s范围内为宜。2.旋风分离器的选型与计算2.1旋风分离器的型式旋风分离器的形式多种多样，主要是在对标准型式的旋风分离器的改进设计出来的。进气口：为了保证高速气流进入旋风分离起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，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。(二)沉降离心机沉降离心机是利用离心沉降原理来分离悬浮液或乳浊液的设备，常见的有管式离心机和碟式离心机等。1.高速管式离心机结构：管状转鼓外壳。由机身、传动装置、转鼓、集液盘、进液轴承座等组成。转鼓内装有三个纵向平板，以使料液迅速达到与转鼓相同的角速度。工作原理：①乳浊液的分离：乳浊液由底部进入，在转鼓内从下向上流动过程中，由于两种液体的密度不同而分成内、外两液层。外层为重液层，内层为轻液层。到达顶部后，轻液与重液分别从各自的溢流口排出。工作原理②悬浮液的分离：悬浮液从底部进入，悬浮颗粒在离心力作用下向管壁沉降，清夜由上部排液口排出。特点：转速高，分离因数高达15000~65000。分离型适用于分离乳浊液。澄清型适用于固含量低于1%，颗粒度小于5微米，黏度大的悬浮液澄清或固液两相密度差较小的分离。2.碟片式离心机结构：转轴、转鼓、倒锥形碟片类型：分离乳浊液的碟式离心机：碟片上开有小孔。澄清悬浮液的碟式离心机：碟片上不开孔。特点：分离因数为4000~10000，转速4000~7000r/min，适合于液-液两相高度分散的乳浊液的分离。碟片式离心机离心分离机：依据离心沉降速度的不同将轻重不同或互不溶解的两种液体分开的离心机。离心澄清机：依据离心沉降速度的不同将悬浮液中的液、固相分开的离心机。区别是离心分离机的每只碟片在离开轴线一定距离的圆周上开有几只对称分布的圆孔，许多这样的碟片叠置起来时，对应的园孔就形成垂直的通道。离心分离机的工作原理：乳浊液由中心管加入，经由分离器的下部进入各个通道，在各层碟片的间隙分布成薄层。较重的液体流向碟片的外缘，经向心泵由重液出口排出；轻液则向内流向中央，由轻液出口流出。离心澄清机的工作原理：悬浮液进入转鼓内的碟片间，在离心力的作用下，液体沿碟片间隙向中心移动，固体粒子沿碟片表面向外移动，最后抛到转鼓壁上积蓄，定时自动开启排渣口甩出转鼓外。