【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 細(xì)的溢流時(shí)，需要保持較高的進(jìn)口壓力。為了得到滿意的分級(jí)指標(biāo)，重要的是使進(jìn)口壓力保持在一個(gè)恒定的水平上[14]。壓力降是旋流分離器一個(gè)重要的操作參數(shù)，它是指進(jìn)料口壓力和溢流口壓力之間的壓力差。壓力降對(duì)于旋流分離器性能的定性影響可概括為：壓力降的增大，一般會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)能力增大、分離粒度減小、總分離效率增大、底流濃度增加、溢流濃度減小。～。番茄皮是薄的小片，形狀不規(guī)則，密度小于水的密度，在旋流分離器中受液流的影響較大，趨于水的旋流方向；而同品質(zhì)番茄的種籽，其形狀、大小基本相同，密度大于水的密度，在旋流分離器中按其應(yīng)有軌跡遷移。因此，初步選定進(jìn)口壓力Pi=，壓力降ΔP= MPa。1）番茄渣懸浮液密度及處理量通?？筛鶕?jù)兩相流的流量來(lái)計(jì)算其密度，用如下公式計(jì)算[13]： (419) 式中，ρm—固液兩相流密度；，—水和固相物的密度；Q，Qs—水和固相物的體積流量；Qm—固液兩相流的體積流量，Qm=Q+Qs。14番茄漿生產(chǎn)中，打漿精制通常產(chǎn)生原料量3%左右的下腳料即番茄皮渣，番茄皮渣中番茄籽含量一般為55%，番茄皮含量一般為42%～45%?，F(xiàn)以一臺(tái)打漿機(jī)工作，日處理60噸番茄，番茄渣懸浮液中皮籽和水的比例1：35來(lái)計(jì)算,則總處理量約為67m3/d。旋流分離之前的預(yù)分離處理，可除去幾乎一半的大片的番茄皮。那么，預(yù)分離后番茄渣混合液密度為：≈1002（kg/m3）2）分割粒度d50旋流分離器直徑主要影響生產(chǎn)能力和分離粒度的大小。一般說(shuō)來(lái)，生產(chǎn)能力和分離粒度隨著旋流分離器直徑的增大而增加。番茄皮、籽旋流分離器設(shè)計(jì)中，主要以番茄籽的物性參數(shù)選取分割粒度d50，為了獲得較高番茄籽分離效率，選取小于番茄籽平均粒度 番茄籽樣品物性參數(shù)序號(hào)長(zhǎng)（mm）寬（mm）厚（mm）12345678平均的一個(gè)數(shù)值為分割粒度d50。，選取小于平均值的序號(hào)4參數(shù)來(lái)確定分割粒度d50。由于番茄籽是非球形顆粒，在旋流器中運(yùn)動(dòng)時(shí)趨于取適應(yīng)的取向。顆粒的當(dāng)量直徑d可以由式（420）確定[23]。 (420) 式中，Vp為顆粒的體積，，則=即取分割粒度d50=2387。153）分割常數(shù)τ50分割常數(shù)也稱為時(shí)間常數(shù)，其單位為時(shí)間（s）?？梢杂墒剑?21）計(jì)算。 (421) 式中，Δρ為顆粒與介質(zhì)的密度差，Δρ=ρsρ；其中ρs為番茄籽的密度，ρ為流體的密度，μ為介質(zhì)粘度。計(jì)算時(shí)取ρs =1120kg/m3, ρ=1000kg/m3，μ=（）（℃）, d50=2387。則=4）旋流器直徑D依據(jù)式（411）計(jì)算旋流分離器的直徑，式中的符號(hào)單位：μ－ ，ρ－g/cm3,ΔP－kgf/cm2。取ΔP=，則 =187mm’單個(gè)旋流分離器處理量Qi’，依據(jù)式（412）確定。則 = 從前面假定就一臺(tái)打漿機(jī)工作，日處理60噸番茄，番茄渣混合液中皮、籽和水的比例1：35，需要處理的總量為67m3/d的情況看來(lái)，一臺(tái)旋流分離器完全滿足處理量需要。即N=1。根據(jù)Rietema最佳澄清旋流器結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)的番茄渣皮、籽分離旋流器，旋流器雷諾數(shù)是否滿足Gerrard和Liddle擬出的Eu和Re的關(guān)系，依據(jù)式（415）驗(yàn)算。則 =42025＞1400 16即旋流器雷諾數(shù)滿足Gerrard和Liddle的擬合條件。旋流分離器壓力降的增加使其生產(chǎn)能力提高，通過(guò)旋流器的體積流量加大。同時(shí)旋流器內(nèi)流體的周向速度加大，離心作用加強(qiáng)，而使分離效率提高。并且旋流器的分離級(jí)效率曲線向左偏移，分離粒度減小，旋流器溢流的含固量降低，底流固相含量增高[125]。番茄渣皮、籽旋流分離時(shí)，選定的壓力降值是否滿足要求，現(xiàn)依據(jù)式（416）驗(yàn)算。則 = kgf/cm2=驗(yàn)算的結(jié)果是，當(dāng)通過(guò)所設(shè)計(jì)的旋流分離器分離番茄渣混合液中的皮、。所以，選定的壓力降值ΔP= MPa滿足旋流分離器工作時(shí)所需的壓力降。依據(jù)Rietema澄清型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的旋流分離器，所能分離的番茄籽最小粒度通過(guò)式（417）驗(yàn)算。式中ρ為番茄籽密度，即ρ= g/cm3；Δρ為番茄籽和水的密度差，即Δρ= g/cm3。則有： = 即 d50= 由于d50=＜2387（選定的形態(tài)小的番茄籽粒度），所以在設(shè)定的操作參數(shù)下，該旋流分離器滿足番茄籽的分離。，根據(jù)番茄渣物性所設(shè)計(jì)的能夠?qū)崿F(xiàn)番茄渣皮、籽分離的旋流分離器直徑為187 mm，圓整取190mm。保持該直徑值不變，當(dāng)壓力降ΔP在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，以直徑D=190 mm依據(jù)式（418）所確定的旋流分離器是否能夠?qū)崿F(xiàn)番茄皮、籽的分離，現(xiàn)根據(jù)前面的設(shè)計(jì)步驟通過(guò)理論計(jì)算進(jìn)一步研究。1) 壓力降ΔP17壓力降的增大，一般會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)能力增大、分離粒度減?。粔毫禍p小，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)能力降低，分離粒度增大。 MPa，來(lái)研究直徑D=190 mm的旋流分離器，是否繼續(xù)滿足打漿機(jī)對(duì)番茄打漿產(chǎn)生的番茄渣進(jìn)行皮、籽分離處理的需要。2）處理量Qi’ 單個(gè)旋流分離器處理量Qi’，依據(jù)式（412）， kgf/cm2。則 =3）所需旋流分離器個(gè)數(shù)N還是設(shè)定一臺(tái)打漿機(jī)工作，日處理番茄60噸，番茄渣混合液中皮、籽和水的比例1：35，需要處理的總量為67m3/d的情況看來(lái)，一臺(tái)旋流分離器完全滿足處理量需要。即N=1。4）Gerrard和Liddle的擬合條件驗(yàn)算依據(jù)式（415）。則 =35437＞1400 即滿足Gerrard和Liddle的擬合條件。5）壓力降驗(yàn)算選定的壓力降值是否滿足要求，依據(jù)式（416）驗(yàn)算。則 = kgf/cm2= MPa 由驗(yàn)算的結(jié)果可以看出，壓力降減小時(shí)，處理量隨之減小，選定的壓力降值ΔP= MPa同樣滿足旋流分離器工作時(shí)所需的壓力降。6）分割粒度驗(yàn)算依據(jù)式（417），取ρ= g/cm3，Δρ= g/cm3；ΔP= MPa。則 = 即 d50= 18同壓力降ΔP = ，壓力降減小使旋流分離器的分離粒度增大。由于d50=＜2387（選定的形態(tài)小的番茄籽粒度），所以在壓力降減小情況下，該旋流分離器照樣滿足番茄渣皮、籽的分離需要。 結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)Rietema最佳澄清旋流器結(jié)構(gòu)研究設(shè)計(jì)，依據(jù)式（418）確定的番茄渣皮、籽分離旋流分離器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：旋流器直徑 D=190 mm；圓筒圓錐總長(zhǎng)度 L=950 mm；溢流管在器內(nèi)長(zhǎng)度 Lo=76 mm；進(jìn)料管直徑 Di=76 mm；溢流管直徑 Do= mm；底流口直徑 Du=38 mm；錐體角度 θ=20176。Rietema分級(jí)型旋流器是用d80/d20作為指標(biāo)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)（θ=20176。），得到分級(jí)的最佳結(jié)構(gòu)[7]： L/D =，Lo/D =，Di/D =，Do/D = (422) 把Di/D=(44)并結(jié)合式(43)，得 ， （Re＞1400） (423) 或 ， （Re＞1400） (424) 把式(423)和，代入式(41)，得 (425)19根據(jù)番茄皮、籽的物性，選取旋流器數(shù)Cy50=，代入式(425)，得= (426) 代入L/D =，得 (427) 或， （Re＞1400） (428) 設(shè)計(jì)研究選取同樣的壓力降和分割粒度，即ΔP=、d50=2387。依據(jù)式(428)和式(423)，分別得 =376mm =經(jīng)驗(yàn)算，（1）～（8）要求。 結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)Rietema最佳分級(jí)型旋流器結(jié)構(gòu)，有L/D =， Lo/D =， Di/D =， Do/D =， Du/D =， Ls/D = (429) 即依據(jù)式（429）確定的番茄渣皮、籽分離旋流器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：旋流器直徑 D=376 mm；圓筒圓錐總長(zhǎng)度 L=940 mm；20圓筒長(zhǎng)度 Ls=450 mm；溢流管在器內(nèi)長(zhǎng)度 Lo= mm；進(jìn)料管直徑 Di= mm；溢流管直徑 Do= mm；底流口直徑 Du= mm。 調(diào)整依據(jù)水力旋流器基本結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有旋流器直徑D、圓筒圓錐總長(zhǎng)度L、圓筒長(zhǎng)度 Ls、溢流管在器內(nèi)長(zhǎng)度Lo、進(jìn)料管直徑Di、溢流管直徑Do、底流口直徑 Du和錐筒錐角θ。水力旋流器直徑D主要影響生產(chǎn)能力和分離粒度的大小。一般說(shuō)來(lái)，生產(chǎn)能力和分離粒度隨著水力旋流器直徑的增大而增加；進(jìn)料管直徑Di截面面積的增加，一般認(rèn)為會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)能力增大，分離粒度減小，分離效率升高。文獻(xiàn)[14]推薦的工業(yè)用水力旋流器最佳進(jìn)料口直徑為Di=（～）D ，而Rietema[28]。溢流管的設(shè)計(jì)和安裝對(duì)水力旋流器的性能有著重要的影響，是在設(shè)計(jì)中需要著重考慮的一個(gè)方面。一般說(shuō)來(lái)，在許可的范圍內(nèi)減小旋流器溢流管內(nèi)徑將導(dǎo)致分離粒度減小。Rietema[28]。通常，溢流管內(nèi)徑稍大于進(jìn)料口直徑，即Do=（1～2）Di。為了在溢流管和進(jìn)料口形成同樣的平均流速，一般取Di = [113]。溢流管的插入避免了短路流中大部分顆粒直接混入溢流，有利于分離效率的提高。但是過(guò)度加長(zhǎng)溢流管的插入深度，則由于縮短了內(nèi)旋流的高度，減少了顆粒的停留時(shí)間，會(huì)使得中等粒度的顆粒不易分離出來(lái)，分離粒度增大，分離效率降低。根據(jù)實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)實(shí)踐得到的數(shù)據(jù)，最適宜的插入深度為（1/6～1）D，平均為（1/3～1/2）D[14]，對(duì)于分級(jí)用旋流分離器，Bradley[29]建議插入深度為D/3，而Rietema[28]。近年來(lái)的研究表明[13]：溢流管壁厚增加，可以在某種程度上提高旋流器的分離效率，并能降低其內(nèi)部能量損失[30]，而且還略能提高旋流器的生產(chǎn)能力[31]。這主要是由于溢流管壁厚增加后，進(jìn)料口處突然擴(kuò)大的面積減小，由此引起的局部水力損失減小，流體的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)更加穩(wěn)定。21底流口直徑Du的增大，會(huì)使旋流分離器的生產(chǎn)能力相應(yīng)地增大，當(dāng)?shù)琢骺谥睆竭^(guò)分增大，甚至超過(guò)溢流管內(nèi)徑時(shí)，此時(shí)進(jìn)料的大部分甚至全部將經(jīng)底流口排出，旋流分離器的工作將會(huì)遭到破壞。在設(shè)計(jì)中底流口的大小可以按文獻(xiàn)[14]推薦的底流口直徑（～）D來(lái)確定。錐筒錐角θ方面，短錐型水力旋流器一般用于粗粒分級(jí)和選別的場(chǎng)合。實(shí)踐證明，一般用于分級(jí)或脫泥的水力旋流器的最佳錐角接近于20176。，亦即這種條件下一般采用標(biāo)準(zhǔn)型水力旋流器。長(zhǎng)錐型旋流分離器圓錐角很?。ㄒ话阈∮?5176。）、錐段很長(zhǎng)。分離粒度一般很?。é?0～φ20 mm的這類小旋流器的分離粒度可以低達(dá)2），適于固體顆粒質(zhì)量回收率要求高的液體澄清或懸浮液濃縮、以及分離粒度要求很小的固體分級(jí)。短錐型旋流分離器圓錐角很大（一般大于25176。）、錐段很短。由于這類短錐型旋流器內(nèi)下部的循環(huán)流有著類似旋轉(zhuǎn)的流態(tài)化床層的作用[32]，所以這類旋流器可用以對(duì)固相顆粒進(jìn)行分級(jí)、根據(jù)顆粒形狀和密度對(duì)顆粒進(jìn)行分類或分選。Dreissen和Fontein[33]報(bào)道了用短錐型旋流器對(duì)固相顆粒按形狀進(jìn)行分類。他們選用了兩種形狀的顆粒， mm的球形顆粒，另一種是直徑為3 mm、這兩種顆粒的密度均為1050Kg/m3。這兩種形狀不同的顆粒在上述尺寸大小時(shí)，在重力場(chǎng)中具有相同的沉降末速。對(duì)上述兩種顆粒用三臺(tái)旋流器進(jìn)行了分離實(shí)驗(yàn)，三臺(tái)旋流器除圓錐角分別為10176。、45176。和60176。外，其余所有尺寸相同。結(jié)果表明，三臺(tái)旋流器對(duì)兩種顆粒的相對(duì)回收率有明顯的差別：錐角為10176。%，%；錐角為45176。%%；而錐角為60176。%%[13]。從這些數(shù)據(jù)可以看出，隨著旋流器錐角的增大，顆粒的總分離效率明顯下降，但對(duì)顆粒形狀的選擇能力則有上升。由于物料特性不同，分離用旋流器的結(jié)構(gòu)及操作參數(shù)往往不同，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)或產(chǎn)品有時(shí)不能滿足要求，這時(shí)就需要根據(jù)物料特性及分離要求，通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)等 ，尋找出滿足要求的結(jié)構(gòu)及操作參數(shù)。預(yù)分離后番茄皮、籽懸浮液中番茄皮為不規(guī)則的小片，番茄籽為扁橢圓盤狀顆粒， g/cm3。