【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ? : ? 風(fēng)車分離稻谷（豐實(shí)谷粒、半豐粒、癟殼、稻草葉、茸毛葉） ： ? 依靠 慣性離心力 作用下實(shí)現(xiàn)的沉降過(guò)程稱為離心沉降 。 ? 對(duì)于兩相 密度差較小 ， 顆粒較細(xì)的非均相物系 ， 在離心力場(chǎng)中可得到較好的分離 。 ? 通常 ， 氣固非均相物質(zhì)的離心沉降是在 旋風(fēng) 分離器中進(jìn)行 ， 液固懸浮物系的離心沉降可在 旋液 分離器或離心機(jī)中進(jìn)行 。 ? 離心沉降原理 ? 離心沉降利用沉降設(shè)備使流體和顆粒旋轉(zhuǎn)，在 離心力作用下 ，由于流體和顆粒間存在 密度差 ，所以顆粒沿徑向與流體產(chǎn)生 相對(duì)運(yùn)動(dòng) ，從而使顆粒和流體 分離 。 ? 由于在高速旋轉(zhuǎn)的流體中，顆粒所受的 離心力比重力大得多 ，且可依需要調(diào)節(jié)，所以其 分離效果好于重力沉降 。 當(dāng)流體圍繞某一中心軸作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，便形成了慣性 離心力場(chǎng)。在與轉(zhuǎn)軸距離為 R、切向速度為 uT的位置上，慣性離心力場(chǎng)強(qiáng)度為 (即離心加速度 )。 RuT 2顯然，慣性離心力場(chǎng)強(qiáng)度不是常數(shù)，隨位置及切向速度而變， 其方向 是沿旋轉(zhuǎn)半徑從 中心指向外周 。 重力場(chǎng)強(qiáng)度 g(即重力加速度 )基本上可視作常數(shù)， 其方向指向地心。 慣性離心力場(chǎng)中顆粒在徑向上也受到 三個(gè)力的作用 ， 即 慣性離心力 。向心力 (與重力場(chǎng)中的浮力相當(dāng)，其方向?yàn)檠匕霃街赶蛐D(zhuǎn)中心 ) 。阻力 (與顆粒徑向運(yùn)動(dòng)方向相反，其方向?yàn)檠匕霃街赶蛑行?)。 Rud Ts236??Rud T 236 ??2422 rud ???慣性離心力 = 向心力 = 阻力 = 球形顆粒的直徑為 d、密度為 ρ s。 流體密度為 ρ，顆粒與中心軸的距離為 R，切向速度為 uT。 ur代表顆粒與流體在徑向上的相對(duì)速度， m／ s。 Rud Ts236 ??Rud T 236 ??2422 rud ???Rudu Tsr23)(4???? ??RuT 2如果上述 三個(gè)力達(dá)到平衡 ，則 平衡時(shí)顆粒在徑向上相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度 ur， 便是它在此位置上的離心沉降速度。上式對(duì) ur求解得 比較式 333與式 320可以看出，顆粒的離心沉降 速度 ur與重力沉降速度 ut具有相似的關(guān)系式， 若將重力加速度 g改為離心加速度 則式 3— 20便變?yōu)槭?333。 =0 (333) RuduTsr2218)(??? ??二者又有明顯的 區(qū)別 ，首先，離心沉降速度 ur不是顆粒運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)速度，而是絕對(duì)速度在 徑向上的分量 。 且方向不是向下而是沿 半徑向外 ； 再者，離心沉降速度 ur不是恒定值 ，隨顆粒在離心力場(chǎng)中的位置 (R)而變，而重力沉降速度 ut則是恒定的 . 離心沉降時(shí)，如果顆粒與流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)屬于滯流 , 阻力系數(shù) ξ 也可用式 3— 21表示，于是得到 (334) cTtrKgRuuu??2式 334與式 3— 24相比可知，同一顆粒在同種介質(zhì)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(chǎng)強(qiáng)度與重力場(chǎng)強(qiáng)度之比，稱為 離心分離因數(shù) 。 分離因數(shù)是離心分離設(shè)備的 重要指標(biāo) 。 (335) ? ? ? ?nDDgDnrgnrrgut 22222212???????層流時(shí) n = 1/2 過(guò)渡流 n1（ ） 湍流時(shí) n = 1 u離 /u重 = kn ① 氣體離心設(shè)備 —— 旋風(fēng)分離器 ② 液體離心設(shè)備 —— 離心沉降 離心過(guò)濾 —— 過(guò)濾章節(jié)內(nèi)容 2. 離心分離設(shè)備： Kc 離心沉降設(shè)備 重力沉降的不足與離心沉降的優(yōu)勢(shì) 設(shè)備體積小而分離效率高 1． 旋風(fēng)分離器 （ 1） 構(gòu)造與工作原理 圓筒、圓錐、矩形切線入口 氣流獲得旋轉(zhuǎn) 向下 ?錐口 向上 ，氣芯 ?頂部中央排氣口 顆粒 ?器壁 ?滑落 3. 旋風(fēng)分離器的性能 結(jié) 構(gòu) 與 操 作： 氣體進(jìn)口速度 10~25 m/s 或 15~20 m/s， 最小分離粒徑約 5μm。 標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)器：結(jié)構(gòu)比例見圖 特 點(diǎn)： 流動(dòng)阻力大、易磨損、效率 70~90%。 壓 力 分 布：（ 4080mmH2O） 從筒壁往中心逐漸降壓到達(dá)氣芯處可降至負(fù)壓。 故易在出灰口產(chǎn)生漏風(fēng)，使效率下降，必須采取密封。 假設(shè)： a. 氣流入口速度 u入 基本上等于氣流的切線速度 uτ且不變。 b. 氣流中顆粒所穿過(guò)氣體厚度等于進(jìn)氣口寬度 B。 c. 氣流與顆粒之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為層流。（徑向運(yùn)動(dòng)） ?1） 旋風(fēng)分離器性能估算 ? —— 臨界分離粒徑 dc 各部分尺寸 —— 按比例 (見教材 ) （ 2） 分離性能估計(jì) ?能被分離出的最小顆粒直徑 —— 臨界直徑 dc 假定 Ut保持不變， ?ui 穿越最大氣層厚 =B 相對(duì)運(yùn)動(dòng)為層流 Stokes公式可用 將 g換為 mi Ru /2Rm平均旋轉(zhuǎn)半徑 misrRudu??1822?顆粒沉降速度 假設(shè) (2)?沉降時(shí)間 2218ismr udBRuB????氣芯前圈數(shù) =N 運(yùn)行距離 NRm?2?有效停留時(shí)間 imuNR?2?某一粒徑能 (100%)被分離出的條件 其穿越 B所需時(shí)間 〈 停留時(shí)間 imismr uNRudBRuB ??? 21822 ?? csidNuBd ?????9一般取 Ｎ ＝ ５ dc～ 氣體性能、結(jié)構(gòu)、處理量 假定勉強(qiáng)，粗略估計(jì) ?分離效率 粒級(jí)效率 ? : 混合物經(jīng)旋風(fēng)分離器后某一 (范圍的 )粒徑被分離出來(lái)的質(zhì)量分?jǐn)?shù) ddc的顆粒 ?=1 如顆粒入器時(shí)均布， 與器壁距離 B‘的所有顆粒所占分率 BB /39。ddc的 入器時(shí)如其 B’B， 也可以被 (100%)分離 由前式，能被 (100%)分離顆粒的 d?B1/2 BBddc39。?—— 入器時(shí)距離 B‘的，直徑為 d的都能被 (100%)分離 所占分率為 BB /39。??2)/( cdd??總效率 ?O： 被分離出來(lái)的顆粒點(diǎn)全部顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 旋風(fēng)分離器的總效率 ηO，不僅取決于各種尺寸顆粒的分級(jí)效率，而且取決于氣流中所含塵粒的粒度分布。如果已知?dú)饬髦袎m粒的質(zhì)量分率 xi，且又知分級(jí)效率曲線，則可按下式計(jì)算總效率，即： ???nipiix10???壓降 能量損失 —— 進(jìn)氣管、排氣管、器壁、各各局部，氣旋 常表示為 22iup ????阻力系數(shù)實(shí)測(cè) 經(jīng)驗(yàn) 2116DAB??（ 3） 選型與計(jì)算 ? A、 B —— 進(jìn)口截面積 ? D1 —— 排氣管直徑 有時(shí)也把旋風(fēng)分離器的分級(jí)效率 標(biāo)繪成粒徑比 的函數(shù)曲線， d50是分級(jí)效率恰為 50%的顆粒直徑，稱為 分割粒徑 (dpc 或 d50)。上圖為標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的 曲線，對(duì)于同一形式且尺寸及比例相同的旋風(fēng)分離器，無(wú)論大小，皆可通用同一條曲線。 Ⅰ 型式： CLT—— 水平出口旋至進(jìn)口 ； CLT/A —— 傾斜出口旋至進(jìn)口 CLP —— 帶旁路分離室蝸殼式進(jìn)口，分 A、 B二類型。 CLZ—— 軸向進(jìn)口 CLK —— 擴(kuò)散旋風(fēng) Ⅱ 選型主要參數(shù)： 處理氣量；壓降；粘光性質(zhì)（密度、粒度、磨損腐蝕性等）； 總?cè)コ剩ɑ蚰骋环旨?jí)效率，在已知要去除的顆粒粒度要求時(shí)） ④ 旋風(fēng)器的選型： 過(guò)濾 ?過(guò)濾操作的基本概念 ?過(guò)濾基本方程式，過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定 ?提高過(guò)濾生產(chǎn)能力的措施 ： 沉降時(shí)間長(zhǎng)、脫除分離不徹底、固體物含水率高、設(shè)備龐大占地。 發(fā)展： ① 離心沉降； ② 過(guò)濾： 壓濾、真空過(guò)濾、離心過(guò)濾。 原理：使懸浮液在 外力 （壓力、重力、真空或離心力）作用下強(qiáng)制通過(guò) 多孔（毛細(xì)孔） 過(guò)濾介質(zhì) （濾布、濾餅），從而將其中懸浮顆粒 截留 。 2. 過(guò)濾原理及方法 ? 濾漿： 需過(guò)濾的懸浮液 ? 濾渣（濾餅） ：被截流的固體顆粒物 ? 濾液： 過(guò)濾后清液 ? ? 餅層過(guò)濾 ? 固體物質(zhì)沉積于過(guò)濾介質(zhì)表面而形成濾餅層的操作，真正發(fā)揮截留顆粒作用的主要是濾餅本身，因此稱作餅層過(guò)濾。餅層過(guò)濾主要用于含固量較大（ 1%）的場(chǎng)合。 固體顆粒并不形成濾餅，而是沉積于較厚的粒狀對(duì)濾介質(zhì)床層內(nèi)部的過(guò)濾操作。深床過(guò)濾主要用于凈化含固量很少（ %）流體，如水凈化等。 過(guò)濾的操作： 過(guò)濾操作方式 ： 過(guò)濾操作分為間歇式與連續(xù)式 。 根據(jù)過(guò)濾推動(dòng)力的方式，又有加壓過(guò)濾、真空過(guò)濾和離心過(guò)濾 深床過(guò)濾 織物介質(zhì) 最常用的過(guò)濾介質(zhì)，工業(yè)上稱為濾布 (網(wǎng) )，由天然纖維、玻璃纖維、合成纖維或者金屬絲編織而成?？山亓舻淖钚☆w粒的直徑為 565微米。 多孔固體介質(zhì) 具有很多微細(xì)孔道的固體材料，如多孔陶瓷、多孔金屬及多孔性塑料制成的管或板，能截留 13μ m的微小顆粒。 堆積介質(zhì) 由沙、木炭之類的固體顆粒堆積而成的床層，稱作濾床，用作過(guò)濾介質(zhì)使含少量懸浮物的液體澄清。 多孔膜 用于膜過(guò)濾的各種有機(jī)分子膜和無(wú)機(jī)材料膜。 ? 2） 過(guò)濾介質(zhì)的要求： ? ① 多孔、阻力小、有良好的截留分離作用。 ? ② 性能穩(wěn)定、耐熱耐腐。 ? ③ 強(qiáng)度高。 ： 主要是對(duì)濾餅作支承作用。 防止可壓縮性濾餅堵塞毛細(xì)孔。 ① 材料： 硅藻土、珍珠巖 ② 使用方法： 預(yù)涂在過(guò)濾介質(zhì)上 加入懸浮液中同時(shí)過(guò)濾 1. 濾液通過(guò)餅層的流動(dòng) —— 簡(jiǎn)化流動(dòng)模型： ① 層流直管中流動(dòng)阻力 —— 泊稷葉 Poiseulle公式 dulP232 ????? ? ? ?lPdu?????322即 ② 濾渣層中流動(dòng)特點(diǎn)： I 濾渣層中存在曲折流動(dòng)通道 （基本事實(shí) 1） II 通道很小、流速很低（基本事實(shí) 2） III 層流（基本假定） 過(guò)濾基本方程式 過(guò)濾基本方程式 過(guò)濾速率 過(guò)濾速度 單位時(shí)間獲得的濾液體積 單位過(guò)濾面積上的過(guò)濾速率 若過(guò)濾過(guò)程中其他因素維持不變，則由于濾餅厚度不斷增加過(guò)濾速度會(huì)逐漸變小。任一瞬間的 過(guò)濾速度 應(yīng)寫成如下形式 )()1(5 223LpAaddV c???????)()1(5 223LpaAddVu c????????過(guò)濾阻力 濾餅阻力 介質(zhì)阻力 過(guò)濾總阻力 rLR ?322 )1(5???? armmRpAddV????)()( mmmcRRpRRppAddV???????????為方便起見，假設(shè)過(guò)濾介質(zhì)對(duì)濾液流動(dòng)的阻力相當(dāng)于厚度為 Le的濾餅層的阻力，即 me RrL ?則上式可寫為 )()( eLLrpr L erLpAddV?????????r濾餅的比阻， l/m2 R濾餅阻力， l/m 過(guò)濾基本方程式 不可壓縮濾餅 可壓縮濾餅 )( eqqrvpddq?????VqA? AVq ee ?sprr )(39。 ??)(39。1esqqvrpddq??????3 3 3m m mK g K g K g??懸 浮 液 固 體 液 體懸 浮 液 懸 浮 液 懸 浮 液PP1? ? ?? ? ? ???? （ ）PP// 1 /???? ? ? ????（ ）所以 ?過(guò)濾過(guò)程的數(shù)學(xué)描述 ?物料衡算 ?對(duì)固體顆粒在液體中不發(fā)生溶脹（體積無(wú)變化）的物系，以每 Kg懸浮液為基準(zhǔn)，按體積加和原則可得 : ? 總物料體積衡算 V V LA??懸固體體積衡