化工原理之非均相物系的機(jī)械分離(編輯修改稿)
2025-01-19 04:59 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在重力沉降中 ,當(dāng)顆粒小時(shí) ,沉降速率就小 ,需沉降設(shè)備就大 ,為了提高其生產(chǎn)能力 ,工業(yè)上可使用離心沉降 ,因?yàn)殡x心力比重力大得多 ，改用離心沉降則可大大提高沉降速度 ,設(shè)備尺寸也可縮小很多 。 :其推導(dǎo)方法和重力沉降速度相似 ， 在離心沉降設(shè)備中 ， 當(dāng)流體帶著顆粒旋轉(zhuǎn)時(shí) ,如果顆粒的密度大于流體的密度 ,則慣性離心力將會(huì)使顆粒在徑向上與流體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而飛離中心 。和顆粒在重力場(chǎng)中受到三個(gè)作用力相似 ， 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 (相當(dāng)于重力場(chǎng)中的浮力 ,其方向?yàn)檠匕霃街赶蛐D(zhuǎn)中心 )和阻力 (與顆粒的運(yùn)動(dòng)方向相反 ,其方向?yàn)檠匕霃街赶蛑行?)。 如果球形顆粒的直徑為 dp、 密度為 ,流體密度為 ,當(dāng)顆粒與流體一起作等角速度 的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí) ， 將受上述合力的作用 ,使其由旋轉(zhuǎn)中心向周邊運(yùn)動(dòng) ， 在達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí) ， 經(jīng)整理其離心沉降速度為： （ 311） ?? ? 24 3pprdur?? ?????第二節(jié) 沉 降 比較式 （ 311） 及 （ 35） 可知：離心沉降速率的計(jì)算式只是把重力沉降速率中的重力加速度用離心加速度 代替而已 。 工業(yè)上常將離心加速度與重力加速度之比稱(chēng)為 離心分離因數(shù) ， 即 K是離心分離設(shè)備的重要性能指標(biāo) 。 工程上 ， K越高 ，其離心分離效率越高 。 離心分離因數(shù)的數(shù)值一般為幾百到幾萬(wàn) 。 因此 ， 同一顆粒在離心場(chǎng)中的沉降速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其在重力場(chǎng)中的沉降速度 ， 用離心沉降可將更小的顆粒從流體中分離出來(lái) 。 ? 注意 ： 重力沉降速度基本上為定值；離心沉降速度為絕對(duì)速度在徑向上的分量，隨顆粒在離心力場(chǎng)中的位置 r而改變。 第二節(jié) 沉 降 旋風(fēng)分離器中一般進(jìn)行的是氣 固非均相物系的離心分離 。 由于在離心場(chǎng)中顆?？梢垣@得比重力大得多的離心力 ,因此 ,對(duì)兩相密度相差較小或顆粒粒度較細(xì)的非均相物系 ， 利用離心沉降分離要比重力沉降有效得多 。 如圖 36所示 ,主體的上部為圓筒形 ,下部為圓錐形，中央有一升氣管。含塵氣體從側(cè)面的圓筒形進(jìn)氣管切向進(jìn)入器內(nèi) ,然后在圓筒內(nèi)作自上而下的圓周運(yùn)動(dòng)。顆粒在隨氣流旋轉(zhuǎn)過(guò)程中被拋向器壁，沿器壁落下 ,自錐底排出。由于操作時(shí)旋風(fēng)分離器底部處于密封狀態(tài) ,所以被凈化的氣體到達(dá)底部后折向上 ,沿中心軸旋轉(zhuǎn)著從頂部的中央排氣管排出。 旋風(fēng)分離器構(gòu)造簡(jiǎn)單 ,分離效率較高，操作不受溫度、壓強(qiáng)的限制。一般入口氣速為 10～ 25ms1 ,分離因數(shù)約為 5～ 2500,一般可分離氣體中 5～ 75μ m直徑的粒子。 第二節(jié) 沉 降 圖 36 標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器 第二節(jié) 沉 降 第二節(jié) 沉 降 臨界直徑 、 分離效率 、 壓力降和處理量是旋風(fēng)分離器的主要性能參數(shù) ，是選型和操作控制的依據(jù) ， 也是評(píng)價(jià)其性能的主要指標(biāo) 。 ① 臨界粒徑 (dpc):即旋風(fēng)分離器能夠分離出最小顆粒的直徑 ， 其計(jì)算式為 (312) 式中： ui為含塵氣體的進(jìn)口氣速 ， m/s； B為旋風(fēng)分離器的進(jìn)口寬度 ,m；N為氣流的旋轉(zhuǎn)圈數(shù) ,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器 ,可取 N=5； 為顆粒的密度 ， kg/m3；μ 為流體的黏度 ， Pas 。 ② 分離效率：通常有兩種表示方法 ， 即粒級(jí)效率和總效率 （ 313） 式中 為旋風(fēng)分離器進(jìn)出口氣體中含塵粒徑為 dp,i的顆粒的濃度 ，g/m3； Ci、 C0為旋風(fēng)分離器進(jìn)出口氣體中全部顆粒的濃度 , g/m3； 為含塵氣體在分離器入口處粒徑為 dp,i的顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 。 總效率是工程計(jì)算中常用的 ,雖易測(cè)定但它卻不能準(zhǔn)確代表分離器的分離性能 ,要真正要衡量分離性能的好壞 ,用粒級(jí)效率則比用總效率更有意義 。 001niiiiiCCC? ? ????? ?,iiiiCCC? ?? 進(jìn) 出進(jìn),ii進(jìn) 出C 、 Ci?第二節(jié) 沉 降 ③ 壓力降 旋風(fēng)分離器的壓力降是評(píng)價(jià)其性能的重要指標(biāo) 。 壓力降產(chǎn)生的主要原因 ， 是由于氣體經(jīng)過(guò)器內(nèi)時(shí)的膨脹 、 壓縮 、 旋轉(zhuǎn) 、轉(zhuǎn)向及對(duì)器壁的摩擦而消耗大量的能量 。 氣體通過(guò)旋風(fēng)分離器的壓力降應(yīng)盡可能小 ， 該值的大小是決定分離過(guò)程能耗和合理選擇風(fēng)機(jī)的依據(jù) 。 其計(jì)算式如下： （ 313） 旋風(fēng)分離器壓降一般在 500~2023Pa之間。 ui愈小，壓降愈低，雖然輸送能耗降低，但分離效率也降低，從經(jīng)濟(jì)角度考慮可取ui=15~25m/s。 不僅如此，旋風(fēng)分離器的壓降還與其形狀有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，短粗形的旋風(fēng)分離器壓降較小，處理量大，但分離效率低；相反長(zhǎng)細(xì)形分離器則處理量不大，但分離效率卻高。 旋風(fēng)分離器一般可分離 5～ 75μ m的非纖維、非粘性干燥粉塵，對(duì) 5μ m以下的細(xì)微顆粒分離效率較
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