第四章非均相混合物的分离 第一节重力沉降及设备 分离介质气一固降尘室 分散相 液一固沉降槽 连续相 、降尘室:6a≤6 假设:①气流滞流流动(平推流) ②沉降高度H,u以dmn计 0≤bs→H/l1≤L/u 1、处理量Vs(一定)u=Vs/BH→≤1LB 与H无关:H,一定ub,6 2、可采用多层,适当降低H,但a、保证滞流b、方便清理 3、一般情况下 a、气体流速1~3m/s,Re动)=1400-1700 b、H=40mm-100mm,(除尘) c、除尘颗粒75μm以上。 二、悬浮液沉降槽: 目的:取清液:取沉渣(增稠器) 1、沉降过程分析 A清液区、B等浓度区(均匀悬浮)、C变浓度区、D压紧区 AB界面在一定时间内等速下降、干扰沉降、颗粒大小不超过6:1、相同速度 相对于器壁:u。表观沉降速度(不同于u) 其后:u=f(c) AD界面下降缓慢:压紧过程。 2、连续沉降槽计算 清液上浮溢流 固体进入底流 求A: 假设:固相全部由底流排出; 溢流清液无固体 w:固体质量流量kghⅹ:某截面悬浮液固液比ⅹc:底流悬浮液固液比 以固体为分析对象: 固相实际流速=uHu,u:悬浮液体向下运动(底流带走部分液体)
40 第四章 非均相混合物的分离 第一节 重力沉降及设备 分离介质 气－固 降尘室 分散相 液－固 沉降槽 连续相 一、降尘室： 沉 停 假设：① 气流滞流流动（平推流） ②沉降高度 H，ut 以 dmin 计 沉 停 / / H u L u tt 1、 处理量 VS （一定） / u V BH V u LB = S S t 与 H 无关：H↘， VS 一定 u↗ 停 ↘， 沉 ↘ 2、可采用多层，适当降低 H， 但 a、保证滞流 b、 方便清理 3、一般情况下 a、气体流速 1～3m/s，Re(流动)＝1400-1700 b、H=40mm-100mm，（除尘） c、除尘颗粒 75μm 以上。 二、悬浮液沉降槽： 目的：取清液；取沉渣（增稠器） 1、沉降过程分析： A 清液区、 B 等浓度区（均匀悬浮）、 C 变浓度区、D 压紧区 AB 界面在一定时间内等速下降、干扰沉降、颗粒大小不超过 6:1 、相同速度。 相对于器壁：uo 表观沉降速度（不同于 ut） 其后：uo＝f(c)。 AD 界面下降缓慢：压紧过程。 2、 连续沉降槽计算 清液上浮溢流 → A，h， 固体进入底流 → 求 A： 假设：固相全部由底流排出； 溢流清液无固体。 W：固体质量流量 kg/h X：某截面悬浮液固液比 XC：底流悬浮液固液比 以固体为分析对象： 固相实际流速＝u+uo， u：悬浮液体向下运动 (底流带走部分液体)
底流中固相体积流量:Wps 底流总体积流量:W/+W/XCp W)/A Xcp 各截面固体流道 A=4./p XpS+ W=A(+l2)→A=W;1 以液体为对象 若以浓度C,kg(固)m(悬浮液)表示A=m(1-1) 若以料浆体积流量Q,固相体积分率e进料,e出料A=e(1 由于u=f(c),A需在整个浓度范围求算,求出Anx 一般方法:∫简单模型 5m以下×1.5 小试求u=(c),J后×安全系数30m以上×12 求h:压紧时间比沉降时间大得多,t实验测定,压紧区高度h: =(H )t.h= Ps (1+ 附加75%安全量,其它高度取1~2m。 第二节离心沉降及设备 旋风分离器:( Cyclone 1、基本原理: 主体:上部圆形筒下部锥形筒 含尘气体由上部切线进入,螺旋向下, 尘沉落于壁面下落,气体沿中芯螺旋上升 旋转方向相同5μm以上尘粒, (不用于粘性,含湿高,腐蚀介质) 具体过程十分复杂 ①速度:切向、径向、轴向 ②压力:器壁最高(略低于进口)、向中心降低、气芯可降到负压 2、结构尺寸及处理量: ①入口:高H,宽B ②处理量:V=uBHu-15~20m/s ③标准式:h=D2B=D4D1=D2H1=2DH2=2DS=D8D2=D/4 3、临界粒径dcdc:能被完全分离的最小粒径。 假设:①在 Cyclone内切线速度恒定ur=u ②颗粒穿过一定厚度气流:B
41 底流中固相体积流量：W/ρS 底流总体积流量： / / W W X S C + ∴ ( ) / S C W W u A X = + 各截面固体流道： / / 1/ S S X A A X = + ’ 1 1 ( ) ( ) o S o C W W A u u A u X X = + = − ’ 以液体为对象 1 1 1 1 ( ) ( ) o C o C W W u A A X X u X X = − = − 若以浓度 C，kg(固)/m3 (悬浮液)表示 1 1 ( ) o C W A u C C = − 若以料浆体积流量 Q，固相体积分率 f e 进料， C e 出料 1 1 ( ) f o C Qe A u e e = − 由于 uo=f(c)，A 需在整个浓度范围求算，求出 Amax 一般方法： 简单模型 5m 以下×1.5 小试求 uo=f(c)， 后×安全系数 30m 以上×1.2 求 h：压紧时间比沉降时间大得多， r t 实验测定，压紧区高度 h： ( ) (1 ) r S r S C S C W W Wt Ah t h X A X = + = + ； 附加 75%安全量，其它高度取 1～2m。 第二节 离心沉降及设备 一、旋风分离器：(Cyclone) 1、基本原理： 主体：上部圆形筒 下部锥形筒 含尘气体由上部切线进入，螺旋向下， 尘沉落于壁面下落，气体沿中芯螺旋上升。 旋转方向相同 5μm 以上尘粒， （不用于粘性，含湿高，腐蚀介质） 具体过程十分复杂： ①速度：切向、径向、轴向 ②压力：器壁最高（略低于进口）、向中心降低、气芯可降到负压 2、结构尺寸及处理量： ①入口：高 H，宽 B ②处理量：V = uiBH ui－15～20 m/s ③标准式：h=D/2 B=D/4 D1=D/2 H1=2D H2=2D S=D/8 D2=D/4 3、临界粒径 dC dC：能被完全分离的最小粒径。 假设：①在 Cyclone 内切线速度恒定 uT = ui ②颗粒穿过一定厚度气流：B
③颗粒与气流相对运动为层流 ④忽略p空 d-psu:/ B/dp.u 设气体在 Cyclone内转N圈 0n=2xnN/41O=0d=、9HB/zNp,N0.5~3标准N=5 d随B①D)^而♂,→大型分离效果差,并联 ☆假设①、②并不合理,但处理简单 4、分离效率 1)粒级效率η 对于d≥dc,n;=100%但计算dc时考虑沉降距离为B,对于dB<dc颗粒 若沉降距离小于B(B'<B),亦可以分离 由d=√9B/xMps可得dn/d=√BVB距壁面B(<B) 颗粒dn(<dc)可以分离。 假设:进入待分离气流中大小颗粒均匀分布,即与筒壁距离小于B'的各种直径 颗粒所占分率均为BB。对于dn=B"B=(dn/d)2 1:进口 实测值:7 2:出口 入口 2:出口 2)分割粒径dso,( cut diameter)=50%对应的粒径ds 可以绘制7~d/d图 n=B'/B=0.5,对于标准式B=D/4,N=5 D/8 D LLPs u,(Ps-p) 3)总效率 名、C入C炒100%或n=∑xx:dm所占质量分率 降: 主要包括r进、出口,磨擦、局部阻力 动能损失
42 ③颗粒与气流相对运动为层流 ④忽略空 2 2 2 2 /18 18 / = = u d u r r B d u r S i m m S i 沉 设气体在 Cyclone 内转 N 圈 2 / 9 / 0.5 3 5 m i c i s 停 停 = = = = r N u d B Nu N N 沉 ～ 标准 dC随 B(D)↗而↗，→大型分离效果差，并联 ☆假设①、②并不合理，但处理简单。 4、分离效率 1〕粒级效率ηi, 对于 dPi≥dC，ηi＝100％ 但计算 dC时考虑沉降距离为 B，对于 dPi < dC颗粒， 若沉降距离小于 B（B’< B）,亦可以分离： 由 9 / d B Nu C i S = 可得 / '/ d d B B pi c = 距壁面 B’(<B) 颗粒 dPi ( < dC) 可以分离。 假设：进入待分离气流中大小颗粒均匀分布，即与筒壁距离小于 B’的各种直径 颗粒所占分率均为 B’/B。对于 dPi 2 / ( / ) i pi c = = B B d d ’ 实测值： 1 2 1 1: 100% 2： i i i i C C C − = 进口 出口 1：入口 2：出口 2）分割粒径 d50，(cut diameter) i = 50% 对应的粒径 d50 可以绘制 i ~ / d d50 图 = = B B / 0.5 ，对于标准式 B D= /4，N=5 ( ) 50 9 / 8 0.27 0.27 5 i S i S i S D D D d u u u = − 或 3）总效率 o 100% C C C − = 入 出 入 或 o i i i =x : i pi x d 所占质量分率 5、压降: 主要包括 进、出口，磨擦、局部阻力 动能损失
c:不同型号实验求取 对于标准式 s。=16hB o(02)(3)=8 ∠=8,几何相似,不随D变化 6、选型和计算 处理量V 设计原则:高效率 分离效率n 低阻力压降4p 例如:D个,个,但d个,n:41个,d↓,n↑;但出现涡流影响,压降↑ 注意效率与阻力的权衡 例如:长径比大,出入口截面小→效率高,阻力大 设计计算步骤 已知Vm3/s 由△pr→u<假设 C A(kg/m) 由u1→d(dso)→D(n;分布) 分布 总效率 Vi=uBH △p要求压降/=n,n为小数时,再推回至适当的整数 <n单个小直径设备(气量分配,排灰口增多 二离心机 离心沉降(悬浮液) 离心分离(乳浊液) 离心过滤(过滤,转鼓) 分离因数 常K<3000 r/g 高Kc=3000-50000 超高Kc>50000 1、离心沉降:料液由底部送入,上部溢出清液 鼓内流动自下而上(恒速) 从r1→r2服从 Stokes eq In (Ps-p)d 、离心分离:液层作用于界面的静压强相等(静压由离心力引起) Fc dp=dFc/A dr·po2r/2rrh=po2rdr
43 2 2 i f c u p = C ：不同型号实验求取 对于标准式 2 2 1 16 16 / 8 2 4 2 c hB D D D D = = = c = 8 ，几何相似，不随 D 变化 6、选型和计算: 处理量 V 设计原则： 高效率 分离效率η 低阻力 压降 pf 例如： , , , D V d 但 C ； , , u d i C ；但出现涡流影响，压降↑ 注意效率与阻力的权衡 例如：长径比大，出入口截面小 → 效率高，阻力大 设计计算步骤: 已知 V m3 /s 由Δpf →ui（假设） C 入(kg/m3 ) 由 ui → dc (d50 ) → D(ηi 分布) dpi 分布 ηo 总效率 Vi = uiBH Δpf 要求压降 V/Vi=n， n 为小数时，再推回至适当的整数 η旋风组>η同等处理量大直径分离器, <η单个小直径设备 (气量分配，排灰口增多) 二.离心机： 离心沉降(悬浮液) 离心分离(乳浊液) 离心过滤(过滤，转鼓) 分离因数 常 Kc<3000 2 / C r g K= 高 KC=3000-50000 超高 KC>50000 1、离心沉降： 料液由底部送入，上部溢出清液 鼓内流动自下而上(恒速) 从 r1→r2 服从 Stokes eq. ( ) 2 2 18 S r d r dr u d − = = ( ) 2 2 2 1 S S V r r h V V − 停 = = ( ) 2 2 2 1 18 ln S r d r = − 沉 ( ) 2 2 2 2 2 1 2 1 18 ln( / ) S S h d r r V r r − − = 2、离心分离：液层作用于界面的静压强相等(静压由离心力引起) 2 F m r C = 2 2 dp dF A rhdr r rh rdr = = = C / 2 / 2
轻液层:」0phPD 2 重液层:∫o3pmb=B,(2-n) →=2(过于简单,强调了堰的作用) r ph 讨论题 已知:ps=2300kgm3p=0674kg/m3Vs=1000n3/hu=36×103PaS 标准式D=04m→h=0.2m,B=0.1m 1、4≈100036001389m/s 0.1×0.2 puB 9×36×10°×0 14×5×13.89×23008.035/m d30=027/D =5.7311 4×0.674×13.892=520P <33-55-1010-2020-3030-4040-5050-60>60 27129.575646.6 ni(=d/d)23.5%24.78%87.12%100%100%1009%100%100%100% 7=∑xn=864%=(cx-cm)c 20.04g/m3 3、由ηo中各η;核算,若no=90%, 5段颗粒n;约为40%,0.4=(ddc)2→d约6.32um 若△p不变,即u不变:√B/B'=ded,B'=0.062m 取D=0.24m,B=0.06m,h=0.12m 当v2=1389m/时,V=13.89×006×0.12=360m3/h 取N=3 1000/3/3600 =1286m/s 0.06×0.12 d/d=√lB/B=389×0061286×01=0805 ∴d=649m 5.34%380%100% n=90.34% D=0.24m,N=3
44 轻液层: ( ) 2 1 2 2 2 2 2 1 2 r L L r rdr r r = − 重液层: ( ) 2 4 2 2 2 2 2 4 2 r h H r rdr r r = − 2 2 2 4 2 2 2 1 L h r r r r − = − （过于简单，强调了堰的作用） 讨论题： 4－8 已知: ρS=2300kg/m3 ρ=0.674kg/m3 VS=1000m3 /h μ=3.6×10-5Pa·S 标准式 D m h m B m = = = 0.4 0.2 , 0.1 1、 1000 / 3600 13.89 / 0.1 0.2 i u m s = = 5 9 9 3.6 10 0.1 8.035 3.14 5 13.89 2300 C i S B d m N u − = = = 50 0.27 5.73 S i D d m u = = 2 2 8 4 0.674 13.89 520 2 ui p Pa = = = 2、 <3 3-5 5-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 >60 3 11 17 27 12 9.5 7.5 6.4 6.6 ηi(=di/dC) 2 3.5% 24.78% 87.12% 100% 100% 100% 100% 100% 100% o i i = = x 86.64% 3 ( ) / , 20.04 / o = − = c c c g m 入 出 出 c 3、由ηO 中各ηi 核算，若ηO = 90%， 3~5 段颗粒ηi 约为 40%，0.4=(di/dC) 2→dc约 6.32m 若Δp 不变，即 ui 不变： B B d d B m / ' / , 0.062 C = = 取 D=0.24m，B=0.06m，h=0.12m 当 3 13.89 / , 13.89 0.06 0.12 360 / u m s V m h i S = = = 时 取 N=3 1000 / 3/ 3600 12.86 / 0.06 0.12 u m s i = = d d u B u B C C i i / / 13.89 0.06/12.86 0.1 0.805 = = = = d m C 6.49 <3 3～5 >5 5.34% 38.0% 100% →η=90.34% ∴ D=0.24m，N=3