【文章內容簡介】 ? : ? 風車分離稻谷（豐實谷粒、半豐粒、癟殼、稻草葉、茸毛葉） ： ? 依靠 慣性離心力 作用下實現(xiàn)的沉降過程稱為離心沉降 。 ? 對于兩相 密度差較小 ， 顆粒較細的非均相物系 ， 在離心力場中可得到較好的分離 。 ? 通常 ， 氣固非均相物質的離心沉降是在 旋風 分離器中進行 ， 液固懸浮物系的離心沉降可在 旋液 分離器或離心機中進行 。 ? 離心沉降原理 ? 離心沉降利用沉降設備使流體和顆粒旋轉，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 相對運動 ，從而使顆粒和流體 分離 。 ? 由于在高速旋轉的流體中，顆粒所受的 離心力比重力大得多 ，且可依需要調節(jié)，所以其 分離效果好于重力沉降 。 當流體圍繞某一中心軸作圓周運動時，便形成了慣性 離心力場。在與轉軸距離為 R、切向速度為 uT的位置上，慣性離心力場強度為 (即離心加速度 )。 RuT 2顯然，慣性離心力場強度不是常數(shù)，隨位置及切向速度而變， 其方向 是沿旋轉半徑從 中心指向外周 。 重力場強度 g(即重力加速度 )基本上可視作常數(shù)， 其方向指向地心。 慣性離心力場中顆粒在徑向上也受到 三個力的作用 ， 即 慣性離心力 。向心力 (與重力場中的浮力相當，其方向為沿半徑指向旋轉中心 ) 。阻力 (與顆粒徑向運動方向相反，其方向為沿半徑指向中心 )。 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速度， m／ s。 Rud Ts236 ??Rud T 236 ??2422 rud ???Rudu Tsr23)(4???? ??RuT 2如果上述 三個力達到平衡 ，則 平衡時顆粒在徑向上相對于流體的運動速度 ur， 便是它在此位置上的離心沉降速度。上式對 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不是顆粒運動的絕對速度，而是絕對速度在 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，如果顆粒與流體的相對運動屬于滯流 , 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) 。 分離因數(shù)是離心分離設備的 重要指標 。 (335) ? ? ? ?nDDgDnrgnrrgut 22222212???????層流時 n = 1/2 過渡流 n1（ ） 湍流時 n = 1 u離 /u重 = kn ① 氣體離心設備 —— 旋風分離器 ② 液體離心設備 —— 離心沉降 離心過濾 —— 過濾章節(jié)內容 2. 離心分離設備： Kc 離心沉降設備 重力沉降的不足與離心沉降的優(yōu)勢 設備體積小而分離效率高 1． 旋風分離器 （ 1） 構造與工作原理 圓筒、圓錐、矩形切線入口 氣流獲得旋轉 向下 ?錐口 向上 ，氣芯 ?頂部中央排氣口 顆粒 ?器壁 ?滑落 3. 旋風分離器的性能 結 構 與 操 作： 氣體進口速度 10~25 m/s 或 15~20 m/s， 最小分離粒徑約 5μm。 標準型旋風器：結構比例見圖 特 點： 流動阻力大、易磨損、效率 70~90%。 壓 力 分 布：（ 4080mmH2O） 從筒壁往中心逐漸降壓到達氣芯處可降至負壓。 故易在出灰口產(chǎn)生漏風，使效率下降，必須采取密封。 假設： 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. 氣流中顆粒所穿過氣體厚度等于進氣口寬度 B。 c. 氣流與顆粒之間的相對運動為層流。（徑向運動） ?1） 旋風分離器性能估算 ? —— 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 ?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 相對運動為層流 Stokes公式可用 將 g換為 mi Ru /2Rm平均旋轉半徑 misrRudu??1822?顆粒沉降速度 假設 (2)?沉降時間 2218ismr udBRuB????氣芯前圈數(shù) =N 運行距離 NRm?2?有效停留時間 imuNR?2?某一粒徑能 (100%)被分離出的條件 其穿越 B所需時間 〈 停留時間 imismr uNRudBRuB ??? 21822 ?? csidNuBd ?????9一般取 Ｎ ＝ ５ dc～ 氣體性能、結構、處理量 假定勉強，粗略估計 ?分離效率 粒級效率 ? : 混合物經(jīng)旋風分離器后某一 (范圍的 )粒徑被分離出來的質量分數(shù) ddc的顆粒 ?=1 如顆粒入器時均布， 與器壁距離 B‘的所有顆粒所占分率 BB /39。ddc的 入器時如其 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： 被分離出來的顆粒點全部顆粒的質量分數(shù) 旋風分離器的總效率 ηO，不僅取決于各種尺寸顆粒的分級效率，而且取決于氣流中所含塵粒的粒度分布。如果已知氣流中塵粒的質量分率 xi，且又知分級效率曲線，則可按下式計算總效率，即： ???nipiix10???壓降 能量損失 —— 進氣管、排氣管、器壁、各各局部，氣旋 常表示為 22iup ????阻力系數(shù)實測 經(jīng)驗 2116DAB??（ 3） 選型與計算 ? A、 B —— 進口截面積 ? D1 —— 排氣管直徑 有時也把旋風分離器的分級效率 標繪成粒徑比 的函數(shù)曲線， d50是分級效率恰為 50%的顆粒直徑，稱為 分割粒徑 (dpc 或 d50)。上圖為標準旋風分離器的 曲線，對于同一形式且尺寸及比例相同的旋風分離器，無論大小，皆可通用同一條曲線。 Ⅰ 型式： CLT—— 水平出口旋至進口 ； CLT/A —— 傾斜出口旋至進口 CLP —— 帶旁路分離室蝸殼式進口，分 A、 B二類型。 CLZ—— 軸向進口 CLK —— 擴散旋風 Ⅱ 選型主要參數(shù)： 處理氣量；壓降；粘光性質（密度、粒度、磨損腐蝕性等）； 總去除效率（或某一分級效率，在已知要去除的顆粒粒度要求時） ④ 旋風器的選型： 過濾 ?過濾操作的基本概念 ?過濾基本方程式，過濾常數(shù)的測定 ?提高過濾生產(chǎn)能力的措施 ： 沉降時間長、脫除分離不徹底、固體物含水率高、設備龐大占地。 發(fā)展： ① 離心沉降； ② 過濾： 壓濾、真空過濾、離心過濾。 原理：使懸浮液在 外力 （壓力、重力、真空或離心力）作用下強制通過 多孔（毛細孔） 過濾介質 （濾布、濾餅），從而將其中懸浮顆粒 截留 。 2. 過濾原理及方法 ? 濾漿： 需過濾的懸浮液 ? 濾渣（濾餅） ：被截流的固體顆粒物 ? 濾液： 過濾后清液 ? ? 餅層過濾 ? 固體物質沉積于過濾介質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，因此稱作餅層過濾。餅層過濾主要用于含固量較大（ 1%）的場合。 固體顆粒并不形成濾餅，而是沉積于較厚的粒狀對濾介質床層內部的過濾操作。深床過濾主要用于凈化含固量很少（ %）流體，如水凈化等。 過濾的操作： 過濾操作方式 ： 過濾操作分為間歇式與連續(xù)式 。 根據(jù)過濾推動力的方式，又有加壓過濾、真空過濾和離心過濾 深床過濾 織物介質 最常用的過濾介質，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 具有很多微細孔道的固體材料，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 由沙、木炭之類的固體顆粒堆積而成的床層，稱作濾床，用作過濾介質使含少量懸浮物的液體澄清。 多孔膜 用于膜過濾的各種有機分子膜和無機材料膜。 ? 2） 過濾介質的要求： ? 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 強度高。 ： 主要是對濾餅作支承作用。 防止可壓縮性濾餅堵塞毛細孔。 ① 材料： 硅藻土、珍珠巖 ② 使用方法： 預涂在過濾介質上 加入懸浮液中同時過濾 1. 濾液通過餅層的流動 —— 簡化流動模型： ① 層流直管中流動阻力 —— 泊稷葉 Poiseulle公式 dulP232 ????? ? ? ?lPdu?????322即 ② 濾渣層中流動特點： I 濾渣層中存在曲折流動通道 （基本事實 1） II 通道很小、流速很低（基本事實 2） III 層流（基本假定） 過濾基本方程式 過濾基本方程式 過濾速率 過濾速度 單位時間獲得的濾液體積 單位過濾面積上的過濾速率 若過濾過程中其他因素維持不變，則由于濾餅厚度不斷增加過濾速度會逐漸變小。任一瞬間的 過濾速度 應寫成如下形式 )()1(5 223LpAaddV c???????)()1(5 223LpaAddVu c????????過濾阻力 濾餅阻力 介質阻力 過濾總阻力 rLR ?322 )1(5???? armmRpAddV????)()( mmmcRRpRRppAddV???????????為方便起見，假設過濾介質對濾液流動的阻力相當于厚度為 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 ?過濾過程的數(shù)學描述 ?物料衡算 ?對固體顆粒在液體中不發(fā)生溶脹（體積無變化）的物系，以每 Kg懸浮液為基準，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