福州大学化工原理电子教案颗粒沉降与流态化 53沉降分离设备 根据作用于颗粒上的外力不同,沉降分离设备可分为重力沉降和离心沉降两大类 531重力沉降设备 (1)降尘式 Ah 停留时间 沉降时间 ≥,至少 所以 AH H (降尘室设计原则) qp=A1(5-24) q,一含尘气体体积流量,m3/s。气速u ,一般u应<1m/s,实际上为避免已沉下的尘粒重 BH 新被扬起,l往往取更低=0.5m/s。降尘室一般用于分离dp>501m的粗颗粒 A一降尘室底面积,m2。A=BL u—-颗粒的沉降速度,m/s。1应根据要分离的最小颗粒直径dpm决定。若沉降处于 Stokes定律区 (层流区),则 demin(pp-p)g 18 对一定物系 定,降尘室的处理能力只取决于降尘室的底面积A,而与 高度H无关,故降尘室应设计成扁平形状,或在室内设置多层水平隔板 ①设计型计算 已知q、H、P、Pp、dpmn,计算A。 ②操作型计算 已知A、μ、P、Pp、dp,mn,核算qp;或已知A、q、4、p、Pp,求dpmn (2)增稠器 分离悬浮液,在中心距液面下03~1m处连续加料,清液往上走,稠液往下走,锥形底部有一缓慢 旋转的齿耙把沉渣慢慢移至下部中心,稠浆从底部出口出去。(内部沉降分为上部自由沉降和下部干扰沉 降)大的增稠器直径可达10~100m,深2.5~4m(为什么?)。它一般用于大流量、低浓度悬 浮液的处理,常见的污水处理就是一例
福州大学化工原理电子教案 颗粒沉降与流态化 - 1 - 5.3 沉降分离设备 根据作用于颗粒上的外力不同，沉降分离设备可分为重力沉降和离心沉降两大类。 5.3.1 重力沉降设备 （1）降尘式 停留时间 V r q AH = 沉降时间 t t u H = r t ，至少 r t = 所以 V ut H q AH = (降尘室设计原则) qV = Aut （5-24） V q —含尘气体体积流量， m /s 3 。气速 BH q u V = ，一般 u 应<1 m/s ，实际上为避免已沉下的尘粒重 新被扬起， u 往往取更低 u = 0.5m/s 。降尘室一般用于分离 dP 50m 的粗颗粒。 A —降尘室底面积， 2 m 。 A = BL t u —颗粒的沉降速度， m/s 。 t u 应根据要分离的最小颗粒直径 d P,min 决定。若沉降处于 Stokes 定律区 （层流区），则 18 ( ) 2 d ,min g u P P t − = （5-25） 对一定物系， t u 一定，降尘室的处理能力只取决于降尘室的底面积 A ，而与 高度 H 无关，故降尘室应设计成扁平形状，或在室内设置多层水平隔板。 ①设计型计算 已知 V q 、 、 、 P 、 d P,min ，计算 A 。 ②操作型计算 已知 A 、 、 、 P 、 d P,min ，核算 V q ；或已知 A 、 V q 、 、 、 P ，求 d P,min 。 （2）增稠器 分离悬浮液，在中心距液面下 0.3～1 m 处连续加料，清液往上走，稠液往下走，锥形底部有一缓慢 旋转的齿耙把沉渣慢慢移至下部中心，稠浆从底部出口出去。（内部沉降分为上部自由沉降和下部干扰沉 降）大的增稠器直径可达 10～100 m，深 2.5～4m（为什么？）。它一般用于大流量、低浓度悬 浮液的处理，常见的污水处理就是一例
福州大学化工原理电子教案颗粒沉降与流态化 悬浮液 : 澄清液 旋转齿粑 树浆 增稠器 (3)分级器 利用不同粒径或不同密度的颗粒在流体中的沉降速度不同这一原理来实现它们分离的设备称为分级 将沉降速度不同的两种颗粒倾倒到向上流动的水流中,若水的速度调整到在两者的沉降速度之间,则 沉降速度较小的那部分颗粒便被漂走分出。若有密度不同的a、b两种颗粒要分离,且两种颗粒的直径范 围都很大,则由于密度大而直径小的颗粒与密度小而直径大的颗粒可能具有相同的沉降速度,使两者不能 完全分离 2P.)g d(P-p)g 184 d,po-p d 上式表明,不同直径的颗粒因为密度不同而具有相同的沉降速度,该式代表了具有相同沉降速度的两种颗 粒的直径比 532离心沉降设备 对于两相密度差较小,颗粒粒度较细的非均相物系,可利用颗粒作圆周运动时 的离心力以加快沉降过程。定义同一颗粒所受的离心力与重力之比为离心分离因数a F m F 式中u=rO为流体和颗粒的切线速度,m/s:r为旋转半径,m:O为旋转角速度,rud(弧度)/s。 c数值的大小是反映离心分离设备性能的重要指标。若c=1000,则说明同一颗粒在离心力场中受 到的离心力F是在重力场中受到的重力F的100倍,当然大大加快沉降分离过程。 (1)旋风分离器
福州大学化工原理电子教案 颗粒沉降与流态化 - 2 - （3）分级器 利用不同粒径或不同密度的颗粒在流体中的沉降速度不同这一原理来实现它们分离的设备称为分级 器。 将沉降速度不同的两种颗粒倾倒到向上流动的水流中，若水的速度调整到在两者的沉降速度之间，则 沉降速度较小的那部分颗粒便被漂走分出。若有密度不同的 a、b 两种颗粒要分离，且两种颗粒的直径范 围都很大，则由于密度大而直径小的颗粒与密度小而直径大的颗粒可能具有相同的沉降速度，使两者不能 完全分离。 ( ) ( ) 18 18 2 2 da a g db b − g = − 1/ 2 − − = b a a b d d 上式表明，不同直径的颗粒因为密度不同而具有相同的沉降速度，该式代表了具有相同沉降速度的两种颗 粒的直径比。 5.3.2 离心沉降设备 对于两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系，可利用颗粒作圆周运动时 的离心力以加快沉降过程。定义同一颗粒所受的离心力与重力之比为离心分离因数 gr u g r mg mr F F g c 2 2 2 = = = = 式中 u = r 为流体和颗粒的切线速度，m/s； r 为旋转半径，m； 为旋转角速度， rad(弧度）/s 。 数值的大小是反映离心分离设备性能的重要指标。若 =1000 ，则说明同一颗粒在离心力场中受 到的离心力 Fc 是在重力场中受到的重力 Fg 的 1000 倍，当然大大加快沉降分离过程。 （1）旋风分离器
福州大学化工原理电子教案颗粒沉降与流态化 旋风分离器是利用离心沉降原理从气流中分离出颗粒的设备。如图所示,上部为圆筒形、下部为圆锥 形:含尘气体从圆筒上侧的矩形进气管以切线方向进入,藉此来获得器内的旋转运动。气体在器内按螺旋 形路线向器底旋转,到达底部后折而向上,成为内层的上旋的气流,称为气芯,然后从顶部的中央排气管 排出。气体中所夹带的尘粒在随气流旋转的过程中,由于密度较大,受离心力的作用逐渐沉降到器壁,碰 到器壁后落下,滑向出灰口。 清净气体出口 含尘气体进口 螺旋顶盖 旋涡流 旋涡流返回 灰斗 灰尘出口 气体在旋风分离器内的流动 旋风分离器的构造简单,没有运动部件(设备不动,离心力是由切线进入的气流产生旋转运动造成的), 操作不受温度、压强的限制。一般其分离因数a=5~2500,可分离气体中5~75m直径的粒子 dp≥751m用降尘室分离(经济),0.lm<dp<5m可用袋式除尘器,dp<0.1m用静电除尘器。 旋风分离器各部分的尺寸都有一定的比例,只要规定出其中一个主要尺寸,如圆筒直径D或进气口宽 度B,则其它各部分的尺寸亦确定。 评价旋风分离器性能指标,我们的教材上介绍两个 1)旋风分离器的分离效率 ①总效率n 7 式中C进、C出分别为进出旋风分离器气体颗粒的质量浓度,g/m3。 总效率并不能准确地代表旋风分离器的分离性能。因为气体中颗粒大小不等,各种颗粒被除下的比例 也不相同。颗粒的尺寸越小,所受的离心力越小,沉降速度也越小,所以能被除下的比例也越小。因此 总效率相同的两台旋风分离器其分离性能却可能相差很大,这是因为被分离的颗粒具有不同粒度分布的缘 ②粒级效率n
福州大学化工原理电子教案 颗粒沉降与流态化 - 3 - 旋风分离器是利用离心沉降原理从气流中分离出颗粒的设备。如图所示，上部为圆筒形、下部为圆锥 形；含尘气体从圆筒上侧的矩形进气管以切线方向进入，藉此来获得器内的旋转运动。气体在器内按螺旋 形路线向器底旋转，到达底部后折而向上，成为内层的上旋的气流，称为气芯，然后从顶部的中央排气管 排出。气体中所夹带的尘粒在随气流旋转的过程中，由于密度较大，受离心力的作用逐渐沉降到器壁，碰 到器壁后落下，滑向出灰口。 旋风分离器的构造简单，没有运动部件（设备不动，离心力是由切线进入的气流产生旋转运动造成的）， 操作不受温度、压强的限制。一般其分离因数 = 5 ~ 2500 ，可分离气体中 5 ~ 75m 直径的粒子。 dP 75m 用降尘室分离（经济）， 0.1m dP 5m 可用袋式除尘器， dP 0.1m 用静电除尘器。 旋风分离器各部分的尺寸都有一定的比例，只要规定出其中一个主要尺寸，如圆筒直径 D 或进气口宽 度 B，则其它各部分的尺寸亦确定。 评价旋风分离器性能指标，我们的教材上介绍两个： 1） 旋风分离器的分离效率 ① 总效率 0 进 进 出 C C − C 0 = 式中 C进 、C出 分别为进出旋风分离器气体颗粒的质量浓度， 3 g / m 。 总效率并不能准确地代表旋风分离器的分离性能。因为气体中颗粒大小不等，各种颗粒被除下的比例 也不相同。颗粒的尺寸越小，所受的离心力越小，沉降速度也越小，所以能被除下的比例也越小。因此， 总效率相同的两台旋风分离器其分离性能却可能相差很大，这是因为被分离的颗粒具有不同粒度分布的缘 故。 ② 粒级效率 i
福州大学化工原理电子教案颗粒沉降与流态化 7 式中C滋、C分别为进出旋风分离器气体中粒径为dp1的颗粒的质量浓度,g/m3 总效率与粒级效率的关系为: 70=2x7 式中x为进口气体中粒径为dn颗粒的质量分率。 通常将经过旋风分离器后能被除下50%的颗粒直径称为分割直径d,某些高效旋风分离器的分割直 径可小至3-10m。不同粒径dn的粒级分离效率刀不同,其与d。的关系如图所示 1.0 0 0 0.4 00 0.20.40.61.0 460 0 旋风分离器的粒级效率 2)旋风分离器的压降 气体经过旋风分离器时,由于进气管和排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力、流动时的局部阻力以及 气体旋转运动所产生的能量损失等,都将造成气体的压力降。旋风分离器的压降大小是评价其性能好坏的 重要指标。气体通过旋风分离器的压降应尽可能小。通常压降用入口气体动能的倍数来表示: 除了上述两个性能指标外,有的教材还介绍了另外一个性能指标,即临界直径d,d指旋风分离器 能够分离的最小颗粒直径 实验结果表明:D↓,u↑,锥体长度H2↑,n个。粗短形旋风分离器在Ap一定时,处理量大: 细长形旋风分离器斗p↑,但n个,从经济角度看一般可取进口气速u=15~25m/s。若处理量大,则可 采用多个小尺寸的旋风分离器并联操作,这较用一个大尺寸的旋风分离器可望获得更高的效率,同样原因, 投入使用的旋风分离器处于低气体负荷下操作是不适宜的 旋风分离器的内旋气流在底部旋转上升时,会在锥底成升力。即使在常压下操作,出口气体直接排 入大气,也会在锥底造成显著的负压。如果锥底集尘室密封不良,少量空气串入器内将使分离效率严重
福州大学化工原理电子教案 颗粒沉降与流态化 - 4 - 进 进 出 i i i C C −C 0 = 式中 Ci进 、Ci出 分别为进出旋风分离器气体中粒径为 d Pi 的颗粒的质量浓度， 3 g / m 。 总效率与粒级效率的关系为： i i 0 = x 式中 i x 为进口气体中粒径为 d Pi 颗粒的质量分率。 通常将经过旋风分离器后能被除下 50%的颗粒直径称为分割直径 d Pc ，某些高效旋风分离器的分割直 径可小至 3 ~ 10m 。不同粒径 d Pi 的粒级分离效率 i 不同，其与 Pc d d Pi 的关系如图所示： 2） 旋风分离器的压降 气体经过旋风分离器时，由于进气管和排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力、流动时的局部阻力以及 气体旋转运动所产生的能量损失等，都将造成气体的压力降。旋风分离器的压降大小是评价其性能好坏的 重要指标。气体通过旋风分离器的压降应尽可能小。通常压降用入口气体动能的倍数来表示： 2 2 ui p = 除了上述两个性能指标外，有的教材还介绍了另外一个性能指标，即临界直径 c d ， c d 指旋风分离器 能够分离的最小颗粒直径。 实验结果表明： D ，u ，锥体长度 H2 ， 。粗短形旋风分离器在 p 一定时，处理量大； 细长形旋风分离器 p ，但 ，从经济角度看一般可取进口气速 u =15 ~ 25m/s 。若处理量大，则可 采用多个小尺寸的旋风分离器并联操作，这较用一个大尺寸的旋风分离器可望获得更高的效率，同样原因， 投入使用的旋风分离器处于低气体负荷下操作是不适宜的。 旋风分离器的内旋气流在底部旋转上升时，会在锥底成升力。即使在常压下操作，出口气体直接排 入大气，也会在锥底造成显著的负压。如果锥底集尘室密封不良，少量空气串入器内将使分离效率严重
福州大学化工原理电子教案颗粒沉降与流态化 下降。故出灰口的密封问题非常重要。 下面介绍旋风分离器的改型问题 底部旋转上升会将已沉下的部分颗粒重新卷起,这是影响旋风分离器分离效率的重要因素之一。为抑 制这一不利因素而设计了一种扩散式旋风分离器,它具有上小下大的外壳,如图所示: 扩散式旋风分离器 A=1)B=0.26DD2=0.5D D=0.1DH1=2DH2=3D S=1.1DE=165D=45° 这种分离器底部设有中央带孔的锥形分割屏,气流在分割屏上部转向排气管,少量气体在分割屏与外 锥体之间的环隙进入底部集尘斗,再从中央小孔上升。这样就减少了已沉下的粉粒重新被卷起的可能性。 因此,扩散式旋风分离器分离效率提高,宜用于净化颗粒浓度较高的气体 靠近旋风分离器排气管的顶部旋涡中带有不少细小粉粒,在进口主气流干扰下较易窜入排气口逃逸 提高分离效率的另一途径是移去顶部旋涡造成的粉尘环,为此而设计的XVB型旋风分离器见图。此种 旋风分离器的结构特点是进气口低于器顶下一小段距离,且在圆柱壳体的上部切向开有狭槽,用旁通管将 带粉粒的顶旋涡引至分离器下部锥体内。不但提高了分离效率,还降低了旋风分离器的阻力。若没有旁路 有人做过实验,堵死旁路n√20%
福州大学化工原理电子教案 颗粒沉降与流态化 - 5 - 下降。故出灰口的密封问题非常重要。 下面介绍旋风分离器的改型问题。 底部旋转上升会将已沉下的部分颗粒重新卷起，这是影响旋风分离器分离效率的重要因素之一。为抑 制这一不利因素而设计了一种扩散式旋风分离器，它具有上小下大的外壳，如图所示： 这种分离器底部设有中央带孔的锥形分割屏，气流在分割屏上部转向排气管，少量气体在分割屏与外 锥体之间的环隙进入底部集尘斗，再从中央小孔上升。这样就减少了已沉下的粉粒重新被卷起的可能性。 因此，扩散式旋风分离器分离效率提高，宜用于净化颗粒浓度较高的气体。 靠近旋风分离器排气管的顶部旋涡中带有不少细小粉粒，在进口主气流干扰下较易窜入排气口逃逸。 提高分离效率的另一途径是移去顶部旋涡造成的粉尘环，为此而设计的 XLV/B 型旋风分离器见图。此种 旋风分离器的结构特点是进气口低于器顶下一小段距离，且在圆柱壳体的上部切向开有狭槽，用旁通管将 带粉粒的顶旋涡引至分离器下部锥体内。不但提高了分离效率，还降低了旋风分离器的阻力。若没有旁路， 有人做过实验，堵死旁路 20%