两相流体力学及设备PPT课件

.,1,第三篇两相流体力学及设备,授课教师:韩涛Tel.,2,主要内容,第十一章两相流体力学的基本原理第十二章流体分级设备第十三章收尘设备第十四章气力输送设备,总纲,.,3,第十一章两相流体力学的基本原理,11-1概述11-2颗粒在流体内作相对运动时的阻力11-3颗粒在流体中的运动11-4流体通过颗粒层的流动11-5固体流态化,第三篇,.,4,11-1概述,一、多相流体力学多相流体力学是近期发展起来的一门流体力学分支。许多不同态物质的混合物的流动体系称为多相流动。最普通的一种多相流动为两相流动。它是由四种态物质（即固体、液体、气体和等离子体）中的任意两种态结合组成。有关这些两相流问题的结论和分析，亦可以推广应用到多相流动的情况。本章就各种两相流动问题给出颗粒-流体（气体或液体）这一个系统，主要介绍颗粒流体的两相流动在工程中的实际应用。,.,5,二、硅酸盐工业生产过程中的两相流,在硅酸盐工业生产过程中，常常遇到流体与固体颗粒相接触并发生相对运动的过程。例如，气固系统的分离、分级、混合以及粉状物料的输送，气流中颗粒的干燥、预热、分解、煅烧以及冷却，液固系统（悬浮液）的洗选、浓缩（脱水、增稠）、搅拌以及过滤等。,.,6,颗粒流体力学的内容,有的单纯是流体与固体颗粒相对运动的力学问题，有的还牵涉到传热，传质以及化学反应等问题。性质虽然各不相同，但是这些操作过程都是基于处在流体介质中的固体颗粒因受外力（重力、惯性力、磁性吸引力、浮力、电力等）的作用，对介质产生不同的相对运动而得以实现的。从力学上研究固体颗粒与流体之间发生相对运动的规律，以及它们之间相互作用的规律，并应用这些规律来解决实际问题，这就是颗粒流体力学的内容。掌握颗粒流体力学的知识，进一步研究与之密切相关的热工学、化学方面问题，以达到更有效地从事控制、改进和设计生产过程。,.,7,三、两相流动系统的共同特点,颗粒流体是包含固体颗粒和流体的两相流动系统，这些系统的各个过程均具有以下的共同特点：1、系统中除了固体颗粒外，至少另有一种流体（气体或液体）同时存在；2、系统中除了颗粒与流体的运动外，往往还存在着其它传递过程（相内或相界面的能量与质量的传递）以及同时进行着的化学反应过程；3、系统中至少存在着一种力场（重力场、惯性力场、磁或电力场等）；4、系统中颗粒的粒径范围为10-510cm（大致介乎烟雾中最大颗粒或微尘中最小颗粒和水泥立窑的粒料之间）。,.,8,四、颗粒流体的两相流动三种典型情况,颗粒流体的两相流动按其本身系统性和作用过程可分为三种典型情况：（1）流体穿过固定的颗粒层（即固定床）的流动，例如立窑中粒料的煅烧，移动式炉篦上熟料的冷却、料浆的过滤脱水以及过滤层收尘等过程；（2）当流体速度增加到一定程度，固定颗粒层呈现较疏松的活动（假液化）状态（即流化床）的流动，例如流态化烘干预热、粉状物料的空气搅拌以及空气输送斜槽的气力输送等过程；（3）流体与固体颗粒相对运动速度更高，颗粒在流体中呈更稀的悬浮态运动（即连续流态化）的流动，例如悬浮预热分解、沉降、收尘、分级分选、气力输送等过程。,第十一章,.,9,11-2颗粒在流体内作相对运动时的阻力,颗粒在流体中作相对运动时，所遇到的阻力Fd的大小，与下述因素有关：垂直于运动方向的颗粒横截面积，对于球形颗粒则为颗粒的直径dp；颗粒在流体中的相对运动速度v；流体的粘度和密度等。因此，阻力的变化，可用下述函数式表示：,.,10,阻力计算,使用因次分析法将上述关系整理为无因次数群之间的关系：,.,11,投影面积A,A:颗粒在垂直于运动方向的平面上的投影面积。对于球形颗粒，,阻力系数,阻力系数与Rep的关系要通过实验确定。,.,12,阻力系数,因颗粒在流体中相对运动的情况不同，与流体在管道中的流动一样，也有着几种不同的流态。在不同的流态下，阻力的性质不同，因而阻力系数与Rep的关系也就不同。,.,13,1）层流状态,当Rep值较小时，流体能一层层地平缓绕过颗粒，在后面合扰，流线不致受到破坏，层次分明，呈层流状态。这时颗粒在流体中运动的阻力，主要是各层流体以及流体与颗粒之间相互滑动时的粘性阻力，阻力大小与雷诺数Rep有关。,.,14,2）过渡流状态,当Rep值较大时，由于惯性关系，紧靠颗粒尾部边界发生分离，流休脱离了颗粒的尾部，在后面造成负压区，吸入流体而产生漩涡，引起了动能损失，呈过渡流状态。这时，颗粒在流体中运动的阻力就包括颗粒侧边各层流体相互滑动时的粘性摩擦力和颗粒尾部动能损失所引起的惯性阻力，它们的大小按不同的规律变化着。,.,15,3）湍流状态,当Rep值甚大时，颗粒尾部产生的涡流迅速破裂，并形成新的涡流，以致达到完全湍动，处于湍流状态，此时粘性阻力巳变得不大重要，阻力大小主要决定于惯性阻力，因而阻力系数与Rep的变化无关，而趋于一固定值。当Rep值更高，流速很大，颗粒尾部产生的涡流迅速被卷走，仅在紧靠颗粒尾部表面残留有一层微小的小湍流，总阻力随之减小，这一状态在工业中一般很少遇到。,.,16,-Rep关系曲线,.,17,I层流区,对于球形颗粒（s=1)，-Rep关系曲线大致可以划分为四个区域。,ReP1时，属层流区。,阻力,上式称为斯托克斯（Stokes）公式。,.,18,II过渡流区,1Rep1000时，属过渡流区。,简便公式,.,19,III牛顿（Newton）定律,1000Rep2x105时，属湍流区。,阻力系数为一常数，此关系式又称为牛顿（Newton）定律。,.,20,IV高度湍流区,Rep2x105时，属高度湍流区。这时边界层本身也变为湍流，实验结果显示不规则现象。阻力系数变小，0.1。这一区域在工业生产中，一般很少遇到。,第十一章,.,21,11-3颗粒在流体中的运动,一、颗粒在静止流体内的沉降（一）颗粒在静止流体中的自由沉降1、球形颗粒在静止流体中的自由沉降当物体在真空中降落时，降落速度,.,22,物体降落时，没有阻力，由于重力的作用，物料自始至终以匀加速度方式降落。降落速度随时间而异，而与物体性质无关。运用此式来计算尺寸和比重较大的物体在空气中的降落，也能相当准确。因为此时空气阻力不大，可以忽略不计。但是如果颗粒在液体中降落，或者细小的颗粒（小于100m）在空气中降落时，流体的阻力较大，此时便不能不考虑流体阻力对颗粒的作用，上式便不适用。,.,23,假设,设有一表面光滑的球形颗粒，在无限广阔的静止流体空间内，颗粒不会受到其它颗粒及容器壁的影响而作自由沉降。实际上，在有限的流体空间内，当颗粒群的体积浓度较低，各颗粒之间既不直接也不通过流体间接地影响彼此的沉降时，也可以当作是自由沉降。,.,24,自由沉降方程,颗粒在静止流体内自由沉降时，不仅受到重力而且还受到浮力和阻力的作用，在诸力共同作用下，颗粒的运动方程式为：,.,25,沉降规律,从运动方程式可看出，颗粒在静止流体中沉降的加速度，决定于剩余重力和流体阻力，对于一定尺寸的颗粒在一定流体中沉降时，G0为常数，而流体阻力则随着运动速度之提高而增大。如果重力大于浮力，开始沉降瞬间，颗粒将受到其本身重力作用而加速降落。沉降时由于流体与颗粒表面的摩擦而产生与运动方向相反的阻力，同时阻力随降落速度的增加而增大。经过片刻，当流体阻力增大到等子颗粒剩余重力时，颗粒受力处于平衡，加速度为零，以后颗粒即以此时的瞬时速度作匀速向下降落。,.,26,沉降速度,颗粒的沉降过程分为两个阶段，起初为加速阶段，而后为等速阶段。等速阶段的颗粒相对于流体的运动速度u0称为沉降速度。它就是加速阶段终了时的速度，故又称为末速度。颗粒在静止流体内降落时，它等于颗粒的绝对速度。,.,27,严格来讲，颗粒从变速运动阶段过渡到等速运动阶段所需时间是无穷大的，对于比重大的粗大颗粒，当其沉落器底时，尚未达到等速阶段，整个过程是变速沉降，这就应当考虑变速阶段。但是，对于细小颗粒，通常在开始沉降瞬间，即能以非常接近于末速的速度在流体中沉降。,.,28,当Rep1时,.,29,阿纶（Allen）公式,1Rep1000时，属过渡流区。,此式适用于过渡流时球形颗粒的自由降沉，称为阿纶（Allen）公式。,.,30,牛顿（Newton）公式,此式适用于湍流时球形颗粒的自由沉降，称为牛顿（Newton）公式。,1000Rep2x105时，属湍流区,第十一章,.,32,11-4流体通过颗粒层的流动,流体在松散堆积的固定颗粒床层中流动时，流体是在床层颗粒之间的空隙中流动，床层颗粒间空隙所形成孔道是不规则的、弯曲的而且互相交错联通的。孔道的特性与颗粒的粒径，形状系数、表面粗糙度、床层颗粒的排列装置及空隙率等因素有关。床层颗粒的粒度愈小，则构成床层的孔道数目愈多，孔道截面积也愈小；颗粒粒度分布愈不均，表面愈粗糙，则构成的孔道形状愈不规则，各个孔道间的差异也就愈大。,.,33,压强降,流体通过颗粒床层所产生的压强降，可以仿照流体在管道内流动的情况，写成：,床层孔道的当量直径d，以床层孔道的体积与床层颗粒的全部表面积之比表示，即,.,34,当量直径,床层任一截面积上的平均自由截面为总截面积的0倍，则流体流经截面积为A的床层时，有如下的关系：,净空速度,.,35,压强降,.,36,层流时的速度,.,37,卡门康采尼关系式,第十一章,.,38,11-5固体流态化,固体流态化简称流态化，是固体颗粒通过与流体接触而转变成类似流体状态的操作。利用流态化技术，可使某些工艺过程简化和强化。目前，这种技术已被日益广泛地应用于硅酸盐工业的生产过程中。,.,39,一、固体流态化过程,固体流态化过程可以通过实验观察到。中空透明的流化管1，下部设有多孔板（或称多孔流体分布板）2，用来支承固体颗粒，并使流体沿截面分布均匀。将松散的固体颗粒3置于其上，使流体从多孔板的下面入口4通入容器中，穿过松散的颗粒层向上流出。因流体以容器净空截面计的净空流速uf大小的不同，颗粒层将出现不同的状态，发生不同的流体动力过程。,.,40,1、固定床,当流速较低时，颗粒层静止不动。颗粒彼此相互接触，流体从颗粒之间的孔道流过，这种状态的颗粒层称为固定床。这时流体在孔道中实际流速ufs和流动的阻力损失P均随着流体净空速度uf的增加而增加。固定床的空隙率等于颗粒自然堆积时的空率隙0。,.,41,2、流化床,当流速提高到umf之后，流体穿过颗粒层产生的压强降与床层颗粒的剩余重力相等。床层开始膨胀和变松，空隙率比固定床增大许多，固体颗粒被流体吹起而浮动于流体之中，在一定的空间作无规则的飞翔运动，具有流动性。整个床层具有类似液体的性质，固体进入了流态化状态。这种状态的颗粒层称为流态化床（简称流化床）。在流化床阶段，固体颗粒上下翻动，犹如液体的沸腾现象，故又称沸腾床。,.,42,流态化床的特点,固定床与流态化床的分界点F称为流态化临界点。相应的流速umf称为流态化临界速度（或称最小流化速度）。流态化床的床层高度和空隙率随流速脚的升高而增大。但流体穿过床层的实际流速ufs却维持不变。这是因为随着净空流速uf的提高，流态化床在胀大，使得颗粒之间的流通截面也跟着增大的缘故。因此，如果忽略由于器壁效应产生的阻力损失时，在流态化床内的流体阻力损失并不因流速uf的提高而变化。因而在这一较大的范围内增加流体的速度，并不增加流体流动需要的功率。,.,43,3、气流输送阶段,流态化床内流体的实际流速ufs远较床层上方的流体流速uf为大，所以几乎全部的颗粒都会从床层上方的空间跌回床层中。不过当流速增大到某一uf值，超过悬浮速度时，流化床上界面消失，颗粒将被流体陆续带出容器之外。固体便开始进入连续流态化状态。此时系统中固体浓度降低得很快，使流体和颗粒间的摩擦损失大为减少，床层压强显著下降，系统由类似液体性质的密相流态化进入更类似于气体性质的稀相流态化。工业上利用这种性质，把固体颗粒像流体一样用管道输送，所以该阶段称为气流输送阶段。,.,44,开始进入连续流态化状态的T点，称为连续流态化临界点。T点所具有的流体速度ut称为流化极限速度（带出速度或最大流化速度）。显然，流化床的形成需在流化临界速度umf和带出速度ut之间。在连续流态化临界点上，床层的高度为无穷大，空隙率达到1。,.,46,1）散式流态化,液体流态化床较接近于理想流态化。床内颗粒均匀地分散，床层均匀而平稳地流化，而且有一个平稳的上界面，这样的流态化称为散式流态化（均一流态化或平稳流态化），简称液体流态化。,.,47,2）聚式流态化,床层中气固两相的流动状态和液固系统相差很多，床内颗粒成团地湍动，气体主要以气泡形式通过床层而上升，在这些气泡内，可能夹带有固体颗粒，因而床层内分为两种聚集状态：一种是近似固定床的低空隙率区域，称为密相区；另一种是稀散固体颗粒的高空隙率区域，称为稀相区。,.,48,聚式流态化,高于临界流化速度的气体大部分由稀相区短路而流过，因有大量气泡存在，气泡生成后沿床层上升，在上升过程互相合并并逐渐长大，气泡越来越大，到床面时即破裂，因此床层上的界面很不稳定，上下波动，因此通过床层的压强降也波动很大。床层内部不像散式流态化那样均匀稳定，床层内部顺粒聚集成团地运动。这种流态化称为聚式流态化（非均一流态化成鼓泡流态化），简称气体流态化。,.,49,判别,以弗普特（Froude）准数判别这两种流态化状态，Frl时为聚式流态化。,.,50,二、不正常现象,气固系统流态化比较复杂，经常出现一些不正常现象，使操作不稳定。最常见的不正常现象有沟流、死床及腾涌等。,.,51,三、流化床工作参数的计算,（一）流化床的压强降,.,52,（二）流化床的流体速度,正确选用流体的速度，使流化床达到一定的空隙率，是流态化技术中的一项重要问题。通过流化床的流体速度，一方面受流化临界速度umf的限制，另一方面又受固体颗粒被流体夹带的带出速度uf所限制。在确定流化床的操作速度时，首先要了解该流化床的流化临界速度及极限速度，然后按实践或经验公式求取操作速度。,.,53,1、流化临界速度,.,54,2、流化极限速度,它是连续流态化的临界速度，当流体速度达到流化极限速度以上时，便转入连续流态化状态，大量固体颗粒被流体带走。因此，流化极限逮度在数值上等于颗粒的自由沉降速度。关于颗粒沉降速度的计算，前面巳作了介绍。必须注意，在计算umf时，用实际存在于床层中粒度分布的平均直径来计算，但在计算ut时，则以具有相当数量的最小粒径来计算。,.,55,（三）流化床功率消耗,第十一章,.,56,第12章流体分级设备,在硅酸盐工业生产过程中，往往需要将固体颗粒在流体中按其粒径大小进行分级。应用空气作分散介质进行分级的设备，称为空气选粉机；应用水作分散介质进行分级的设备，称为水力分级机。,.,57,主要内容,一、作用二、分类三、通过式选粉机四、离心式选粉机五、旋风式选粉机六、喷射涡旋式选粉机七、选粉效率与循环负荷率,第三篇,.,58,一、作用,空气选粉机是一种通过气流的作用，使颗粒按尺寸大小进行分级的设备。这种设备用于干法圈流的粉磨系统中。其作用：(1)使颗粒在空气介质中分级，及时将小于一定粒径的细粉作为成品选出，避免物料在磨内产生过粉碎以致产生粘球和衬垫作用，从而提高粉磨效率；(2)将粗粉分出，引回磨机中再粉磨，从而减少成品中的粗粉，调节产品细度，保证粉磨质量。在产品细度相同情况下，一般产量可提高1020左右。,第十二章,.,59,二、分类,空气选粉机有两大类型：一类是让气流将颗粒带入选粉机中，在其中使粗粒从气流中析出，细小颗粒跟随气流排出机外，然后在附属设备中回收。这类设备称为通过式选粉机。另一类是将颗粒喂入选粉机内部，颗粒遇到该机内部循环的气流，分成粗粉及细粉，从不同的孔口排出，这类设备称为密闭式选粉机，或称离心式选粉机。空气选粉机的大小一般用回筒外径表示。,第十二章,.,60,三、通过式选粉机,通过式选粉机或称粗粉分离器。携带颗粒的气流以1520m/s的速度经管1进入选粉机内外壳之间的空间。气流首先撞到内壳下部的小棱锥体，气流中所夹带的粗大颗粒由于惯性力的作用，撞落到外壳2的下部。同时，由于通道截面积扩大，气流上升速度降低到46m/s，因此又有一部分较大颗粒受重力作用陆续向下沉降，颗着筒壁滑下，经粗粉管5排出。,.,61,气流在环形空间中上升至顶部之后，进入导向叶片6时，由于运动方向突变撞到叶片上，又有部分粗颗粒落下。气流通过与径向成一定角度的导向叶片后，产生向下旋转运动，进入内壳3中。因此又有一部分颗粒在惯性离心力的作用下甩向内壳的内壁，沿着内壳的内壁落下，跟着又落入粗粉管5。细小的颗粒则跟随气流一起，经中心管7离开选粉机，送入收尘设备，以便将这些细粉颗粒收下。,.,62,在通过式选粉机中存在两个分离区，一是在内外壳之间的粗选粉区，颗粒主要是在重力作用下沉降，能分出的最小粒径可按下式来估算:,另一是在内壳中的细选粉区，颗粒是在惯性离心力作用下沉降作进一步分级。当颗粒作离心沉降的离心速度与气流向心方向流速在数值上相等时，这时的颗粒粒径就是最小分级粒径，可从下式来估算：,.,63,分离最小粒径,分级界限尺寸(即分离最小粒径)与选粉机的直径、气流速度和叶片的导向角度有关。分离最小粒径随设备直径和风速的增大而增大，随叶片角度的增大而变小。因此，通过式选粉机可以用下述方法调整细粉细度：(1)改变气流速度，气流速度愈低，细粉的细度就愈高，(2)改变叶片的导向角度，叶片与径向夹角愈小，气流旋转速度愈小，细粉细度下降。此外，有些尚可适当升降反射棱锥体的位里，以控制产品粒度分配。,.,64,型号,通道式选粉机的型号以其直径D来表示。选型时首先按下式确定选粉机的容积：,第十二章,.,65,四、离心式选粉机,()构造及工作原理1、构造,1-大风叶，2-小风叶，3-支架，4-内壳体，5-外壳体，6-回风叶，7-支架，8-粗粉出口，9-细粉出口，10-撒料盘11-挡风板，12-加料管,.,66,2、工作原理,依靠大风叶旋转产生的循环气流，经过内壳中部切向装置的回风叶之间的缝隙，进入内壳后，形成旋转上升的气流，然后又从内外壳之间的环形空间下降，返回内壳。因此在选粉机的内部形成一股循环的气流。小风叶用来帮助气流的循环，并且形成一道旋转的栅栏，使较粗的颗粒下沉，以提高细粉的细度。,.,67,粉料由加料管12送入，经漏斗落到旋转着的转子的撒料盘10上，受到惯性离心力的作用，甩向内壳的周壁，并在旋转气流的作用下，较粗大的颗粒撞到内壳的壁面时，失去动能，沿着壁面滑下，作为粗粉经粗粉出口8排出。其余较小颗粒被旋转上升的气流卷起，经过小风叶的作用区时，在小风叶的碰击作用下，又有一部分颗粒抛到内壳周壁被收下。气流经过挡风板时，发生部分折流，在惯性力作用下，也有一部分颗粒被分离下来。当含有细小颗粒的气流进入内外壳之间的环形空间时，由于运动方向急剧改变，通道截面扩大，气流速度减慢，于是气流中的细小颗粒便落下，沿着外壳内壁滑到细粉出口9，作为细粉排出。而气流则受到风叶的抽吸，重新返回内壳循环使用。,.,68,颗粒的运动速度,选粉机内的颗粒是在环流气体作用力Fd，惯性离心力Fc和重力G的共同作用下进行分级。颗粒的运动速度可分解为如下三个互相垂直的分速来分析：(1)轴向速度(up)L。(2)切向速度(up)t(3)径向速度(up)r。,在离心式选粉机内颗粒重力的影响可略去不计。由于撒料盘的旋转作用，颗粒在水平方向所受到的剩余惯性离心力为：,在垂直方向上，气流对颗粒的作用力为：,合力方向决定颗粒走向：,从上述三式可解得：,.,71,颗粒分级界限尺寸,当颗粒的运动走向角为时，颗粒刚能飞出内壳筒口边，这种颗粒的粒径dpi即为颗粒分级界限尺寸。从上述三式可解得：,.,72,分级界限尺寸的大小主要是通过调整气流的上升和旋转速度以及增减小风叶的作用来实现。增加转子转速或增多大风叶，都会使上升气流速度增大，使细粉的细度下降，反之，则可提高细粉的细度。改变回风叶的角度，会影响到旋转气流速度，回风叶片偏向内筒壁时，叶片之间通道缩小，旋流速度增加，则可提高细粉的细度，反之，则会降低细粉的细度。增加小风叶数目，旋转栅栏的作用加强，可增加碰击颗粒次数，有利于颗粒分离出来，可提高细粉的细度。当增加转子转速时，亦会使小风叶碰击颗粒的次数增加，但是大风叶所引起的上升气流速度增加较为显著，因而总的还是使得细粉的细度下降。当挡风板往里推时，上升气流的折流增大，可提高细粉的细度，反之，细粉的细度则降低。,.,73,注意事项,增减大小风叶时，必须按直径方向成对增减，以保持转子的平衡。改变转子转速和大小风叶的数目，对细度调整幅度较小。调整挡风板位置比较方便且效果较好。至于正确的调节幅度要通过实际生产经验来决定。,.,74,设计核心问题,在选粉机中，存在着两个分离区：一是在内壳中的选粉区，颗粒主要是在惯性力作用下沉降；另一个是在内外壳之间的环形空间的细粉沉降区，颗粒主要是在重力作用下沉落。选粉区还可细分为选粉区和细粉提升区，这两个区的高度比例对于选粉机的工作具有重要的意义。延长细粉在气流中的停留时间可能使物料更好地分级，故选粉空间应尽可能高。细粉提升区的细粉越过内壳的边棱，其输出速度必须尽可能快。一台好的纷机，其两个区的高度比例应相适应。,.,76,(二)工作参数的确定,1、生产能力影响选粉机生产能力的因素较多，例如选粉机的结构尺寸、转速、物料性质和产品细度等。可按下列经验公式计算：,.,77,2、主轴转速,选粉机主轴转速快慢，影响到循环风量的改变及选粉区气流上升速度，从而影响到选粉机的生产能力、功率和选粉效率。,.,78,3、功率,离心式选粉机的功率，可按下列经验公式计算：,.,79,(三)性能及应用,与通过式选粉机比较离心式选粉机具有以下优点：分级、鼓风及收尘设备全部都包含在选粉机内，故比较紧凑，功率消耗较低。但缺点是要使用提升机等输送设备将粉料提升到一定高度，然后喂入选粉机中。离心式选粉机宜配用于机械卸料的磨机的圈流系统中。,第十二章,.,80,五、旋风式选粉机,(一)构造和工作原理离心式选粉机的结构存在一些缺点，机内用来产生循环气流的大风叶由于同含尘气流相接触，磨损较大。磨损以后，产生震动，给厂房建筑物带来不良影响。而且大风叶转速较低，风叶间隙较大，故空气效率较差。同时，细粉在内外壳之间的细粉沉降区中依靠重力很难完全沉降，循环气流返回选粉区时总会带有部分细粉，影响选粉效果，降低选粉效率。因此，近年来对离心式选粉机作了改进，设计了一种外部循环气流的旋风式选粉机。取消大风叶，采取专用风机外部鼓风；取消内外壳间的细粉沉降区，采取专用旋风分离器外部回收细粉的形式。,.,81,构造,.,82,工作原理,在选粉室内，小风叶9和撒料盘10一起固定在垂直轴4上。由电动机1经过胶带传动装置2、3带动旋转。离心通风机19代替了前述选粉机的大风叶，产生循环气流。通风机把空气从切线方向送入选粉机，经滴流装置11的缝隙旋转上升，进入选粉室。粉料由进料管5落到撒料盘10后，立即向四周甩出，撒布到选粉区中，与上升的旋转气流相遇。,.,83,粉料中的粗粒，质最较大，受撒料盘、小风叶和旋转气流作用产生的惯性离心力也较大，被甩到选粉室的四周边缘。当它与壁面相碰撞后，失去动能，便被收集下来，落到滴流装置处。在该处被上升气流再次分选，然后落到内下锥处，作为粗粉经粗粉管12排出。粉料中的细颗粒，质量较小，在选粉室中被上升的气流带入旋风分离器7中。气流是从切线方向进入旋风筒的，在筒内形成一股猛烈旋转气流。处在气流中的颗粒受到惯性离心力的作用，甩向四周筒壁，向下落到下部的外锥体中，作为细粉经细粉管13排出。清除细粉后的空气则由旋风分离器中心的排风管经集气管6和导风管14再返回通风机，形成了气流闭路循环。,.,84,循环风量调节,循环风量可以用风管14上的调节阀16来调节。若不改变循环风量，而要改变选粉室的气流上升速度时，可以改变支风管15上的调节阀17的开度。经过支风管的气流不经选粉室而直接进入旋风分离器，调节直接进入旋风分离器的风量与经过滴流装置和选粉室的风量之比，就可以大幅度调节细粉的细度。改变立轴转速和小风叶的数目也能调节产品细度。选粉机采用变速电动机，因此，料盘的回转速度可以调整，对细粉的细度要求容易控制。但是通常主要使用调节阀来控创产品细度，调节方便，而且控制产品细度也较稳定。,.,86,(二)旋风式选粉机工作参数的确定,1、生产能力实践表明，旋风式选粉机的生产能力与选粉室面积大小成比例。其生产能力可用下列公式来估算：,.,87,2、主轴转速,旋风式选粉机的主轴转速可按下式来估算：,.,88,3、风量,根据生产实践，当操作温度为100，成品在0.080mm方孔筛上筛余为68时，一般选粉室截面气流上升速度取3.44.0m/s，选粉浓度取500g/m3较为合适。根据选粉室截面风速算出风量后，考虑到漏风量增加10%，即可作为风机的风量。风机的风压一般取2400Pa(20)。,.,89,4、旋风分离器直径,流经选粉室的风量与进入旋风分离器的风量可视为相等，根据这一关系，可以算出旋风分离器的直径。,.,90,(三)性能及应用,优点：选粉室单位面积的选粉能力较大，处理量一般比离心式选粉机高22.5倍，大型磨机本来要用23台离心式选粉机的，采用一台旋风式选粉机即可。相同循环负荷率下选粉效率较高，选粉效率一般比离心式选粉机提高8左右，因而可使磨机生产能力提高10左右，单位电耗节省21左右。产品细度易于调节，而且调节范围广。使用调节阀控制产品细度，无需停机，可以根据生产情况随时调整。用体外风机代替大风叶，故传动部分结构简单，机体磨损小，展动小，对基础要求较低。缺点：由于采用旋风分离器和外部鼓风，密封要求较高，出料口要设里锁风设备，而且选粉机占地面积较大。,.,91,应用,与离心式选粉机一样，宜配用于机械卸料的磨机的圈流系统中。,第十二章,.,92,六、喷射涡旋式选粉机,喷射涡旋式选粉机是一种适用范围较广的新型选粉机。它也是外部空气循环和外部收集细粉的选粉机。粉料是在喷射涡旋气流中进行分级。,第十二章,.,93,七、选粉效率与循环负荷率,选粉机是不可能将粉磨物料中的合格产品全部分离出。由于种种原因，例如颗粒之间的撞击粘结，局部涡流、小风叶对各个颗粒的撞击机会并非均等以及细粉沉降区的收集效率不高，在回磨粗粉中总会混有一部分未分离出的合格产品，粗颗粒亦可能落入细粉中。选粉效率是衡量选粉机工作的重要指标，它是指经过选粉后成品中实际选出的某一粒级的物料量与选粉机喂料中该一粒级含量之比。,.,94,选粉效率,.,95,循环负荷,循环负荷是指选粉机的粗粉量与细粉量(即成品量)之比，也是圈流粉磨系统的项重要工艺参数。,.,96,选粉效率、循环负荷L与磨机生产能力Q,第十二章,.,97,第十三章收尘设备,13-1概述13-2降尘室13-3惯性收尘器13-4旋风收尘器13-5袋式收尘器13-6电收尘,第三篇,.,98,13-1概述,一、收尘定义及收尘设备分类二、收尘性能,.,99,一、收尘定义及收尘设备分类,1、收尘在生产过程中，能在气体中分散或悬浮一定时间的固体颗粒，叫做粉尘。将含尘空气中的粉尘分离出来并收集的过程，叫做收尘。收尘操作不限于收去有害物质这一消极的意义，而往往通过回收粉尘直接用于工业生产，因此收尘操作将有着更大的发展。,.,100,收尘是一个物理过程，使粉尘从空气中分离的作用力主要有:机械力:包括重力，离心力和惯性力;阻留作用:包括介质的筛滤作用，尘气绕流的接触阻留作用和扩散接触阻留作用;凝聚作用:通过加湿，蒸汽凝结，超声波等作用，使细尘粒凝聚而从空气中分离.静电力:利用静电力使带电尘粒从空气中分离扩散：粒径小于0.3微米的粉尘,收尘机理,.,101,粒径也称为粒度，是衡量粉尘颗粒大小的尺度。实际防尘中采用粉尘的投影定向长度表示粉尘的粒径，用d表示，单位为微米(m)。d5m的粉尘称为呼吸性粉尘，可随呼吸进入并沉积在肺部，危害最大。,2、粉尘的特性,.,102,粉尘密度：单位体积粉尘的质量，单位为kg/m3或g/cm3。据是否包含粒间空隙体积分为真密度与假密度（表观密度）。假密度与堆积状态有关。真密度：排收粉尘间空隙以纯粉尘的体积计量的密度。表观密度：包括粉尘间空隙体积和粉尘纯体积计量的密度。与堆积状态有关。粉尘比重：指粉尘的质量与同体积水的质量之比，系无因次量。,2、粉尘的特性,.,103,粉尘湿润性：系指粉尘被水湿润的难易程度。湿润现象：是分子力作用的一种表现，水滴内部与水滴表面间的分子引力为水的表面张力，当水的表面张力小于水与固体间的分子引力时，固体容易被湿润，反之，固体则不易被湿润。依此粉尘可分为亲水性与疏水性两类。,51粉尘的特性,2、粉尘的特性,.,104,粉尘荷电性：指粉尘能被荷电的难易程度。悬浮空气中粉尘荷电原因：破碎时的摩擦、粒子间撞击或放射性照射、外界离子或电子附着等。影响荷电量大小因素：粉尘的成分、粒径、质量、温度、湿度等有关。衡量粉尘荷电性的指标：粉尘比电阻。,2、粉尘的特性,.,105,2、粉尘的特性,比表面积：单位质量粉尘的总表面积称为比表面积（m2/kg）。比表面积与粒径成反比，粒径越小，比表面积越大。比表面积增大，强化了表面活性。它对粉尘的湿润、凝聚、附着以及燃烧和爆炸等性质都有明显的影响。,.,106,爆炸性能发生爆炸的粉尘称为可爆尘。井下具有爆炸性的粉尘主要是硫化粉尘和煤尘。粉尘爆炸能产生高温、高压，同时生成大量的有毒有害气体，对安全生产有极大的危害，应注意采取防爆、隔爆措施。,51粉尘的特性,2、粉尘的特性,.,107,3、收尘器DustCollector,收尘设备简称收尘器，是用来收集生产过程中排放出来的粉尘，以适应生产工艺过程的需要或者满足环境的卫生条件。,.,108,1）、分类,（1）、按是否用水（或其它液体）作为介质捕集粉尘，分为干式和湿式两类。,.,109,（2）按工作方式,（i）重力收尘设备：靠重力的作用使气流中的粉尘分离，例如降尘室等。最小收尘粒径为50m。（ii）惯性力收尘设备靠气流运动方向改变时的惯性力使粉尘分离，例如旋风收尘器等。最小收尘粉径为5m。（iii）过滤作用收尘设备：利用过滤的方法使气流中的粉尘分离，例如袋式收尘器等。最小收尘粒径为lm以下。（iv）电收尘设备：靠电场作用使粉尘分离，例如电收尘器等。最小收尘粒径为1m以下。,.,110,收尘器总类:,52收尘器总论,.,111,根据收尘机理常将收尘器分为四大类:机械收尘器，过滤式收尘器，湿式收尘器和电收尘器.根据净化要求不同，分为：粗净化：多为第一级净化中净化：用于通风收尘系统，净化后浓度细净化：净化后浓度12mg/m3超净化：1微米以下,.,112,二、收尘性能,评定收尘器工作性能的主要指标有:收尘效率，阻力，经济性等.收尘设备的收尘性能一般用流体阻力与收尘效率来表示。但是，也应综合考虑设备费、运转费、处理风量、占地面积、工作可靠性及操作管理繁简等指标。,.,113,收尘效率：系指收尘器捕集下来的粉尘量与进入收尘器的粉尘量之比。根据总收尘效率，收尘器可分为：低效收尘器(5080%)；中效收尘器(8095%)；高效收尘器(95%以上)。,收尘效率：,.,114,阻力表示气流通过收尘器时的压力损失。据阻力大小收尘器可分为:低阻收尘器(P500Pa)；中阻收尘器(P=5002000Pa)；高阻收尘器(P=200020000Pa)。,阻力,.,115,经济性,经济性是评定收尘器的重要指标之一，它包括收尘器的设备费和运行维护费两部分。在各种收尘器中，以电收尘器的设备费最高，袋式收尘器次之，文氏管收尘器，旋风收尘器最低。,.,116,1、流体阻力,收尘设备的流体阻力，是指含尘气体为了克服收尘设备阻力所损失的压头，以测定设备的进、出口全压差来表示。若设备进、出口的截面相同，则可用差压计所侧得的静压之差来表示。含尘气体在收尘设备内引起的压头损失，一般为几百至几千帕。此值愈小，动力消耗就愈小，因而降低了生产费用。,.,117,2、收尘效率,收尘效率是用于评价收尘设备工作的主要技术指标。它有两种表示方法：,.,118,(1）总收尘效率,总收尘效率，简称收尘效率。以从气体中分离收集出来的粉尘量(Gc）与原来含有粉尘量(Gi）的比率表示。由于通过收尘设备的粉尘量不易宜接测定，所以，通常用测定进入收尘设备前后的气体含尘浓度来计算，即,.,119,(2）部分收尘效率,部分收尘效率（又称分散度收尘效率），是对其中某一定尺寸的粉尘而言的收尘效率，为已收集某一粒级的粉尘量与原来气体中含该尺寸粉尘量之比，即,.,120,总收尘效率与部分收尘效率,当已知各拉级的部分收尘效率时，总收尘效率可按下式算出：,.,121,3、通过率,通过率（或称通过系数），它表示净化后的气体中残余粉尘的含量Go与气体中原含有粉尘量Gi之比，即,.,122,4、串联收尘效率,当两台收尘设备串联安装时，总收尘效率可按下式计算：,第十三章,.,123,13-2降尘室,一、定义降尘室又称重力沉降室或烟室，是最简单的收尘设备。它是一个截面较大的空室，含尘气体经过空室时，气流速度降低，粉尘便在重力的作用下沉降到空室底部的灰仓中。,.,124,二、原理,气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降。,.,125,三、工艺参数,在设计适合于沉降某种尺寸粉尘的降尘室时，应该使随同气流进入到降尘室而处在顶部的该种粉尘，能在气流经过降尘室的时间内，降落到灰仓中。,.,126,1、界限粒径,气体中的尘粒粒径在3100m范围内时，尘粒沉降时只受到气流的粘性阻力。,L愈大，或v和H愈小时，就愈能沉降微小颗粒。,.,127,2、生产能力,降尘室的生产能力与室的水平面积以及尘粒的沉降速度成正比，而与室的高度无关。,.,128,四、提高沉降室效率的主要途径,降低沉降室内气流速度增加沉降室长度降低沉降室高度,.,129,不同粉尘的最高允许气流速度,沉降室内的气流速度一般为0.32.0m/s,.,130,多层沉降室,多层沉降室1.锥形阀；2.清灰孔；3.隔板,.,131,五、性能与应用,重力沉降室的优点结构简单投资少压力损失小（一般为50100Pa）维修管理容易缺点体积大效率低仅作为高效收尘器的预收尘装置，收去较大和较重的粒子,第十三章,.,132,13-3惯性收尘器,一、定义由于运动气流中尘粒与气体质量不同，具有不同的惯性力。含尘气体急速转弯或与某种障碍物碰撞时，尘粒的运动轨迹将偏离气体的流线。利用这种惯性作用，将粉尘从气体中分离收集下来的设备叫做惯性收尘器，或称情性收尘器。,.,133,二、机理,沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板上，气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用，使其与气流分离。,.,134,三、分类,四种惯性收尘器型式,.,135,.,136,百叶窗式,.,137,比较,1、a及b两种型式适合于管网的自然转弯处，可在阻力不大的情况下将粗颗粒粉尘收掉。2、c为百叶式惯性收尘器，是单独作为粗收尘设备的一种型式。这种收尘器的缺点是百叶片磨损较快，收尘效率不高，所以应用不广。但是百叶板做成粉尘浓缩器，与其它收尘设备（如旋风收尘器、旋风水膜收尘器或过滤器等）组合成机组，则可获得较高的收尘效率，而且能够降低设备造价。3、d为多排碰撞式惯性收尘器。根据这种原理，可以在管网内设计出各式各样的碰撞式惯性收尘器。,.,138,四、应用,一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘净化效率不高，一般只用于多级收尘中的一级收尘，捕集1020m以上的粗颗粒压力损失1001000Pa,第十三章,.,139,13-4旋风收尘器,一、工作原理及性能旋风收尘器是利用含尘气体高速旋转产生的惯性离心力而使尘粒与气体分离的收尘设备。,.,140,1、工作原理,1）外旋流含尘气体由进气管1以较高的速度(一般为1225m/s)沿外圆筒2的切线方向进入器内，沿内筒(排气管7)外的环形空间产生强烈的旋转运动的同时，分成向上、向下的两股旋转气流。向上的气流至顶盖3后复向下回旋，向下的气流由于内外圆筒及顶盖的限制，在内外圆筒之间作自上而下的螺旋运动，形成一股外旋流。,.,141,2)气固分离,在旋转过程中，大部分尘粒在惯性离心力的作用下甩向筒体的周边，撞击到器壁，失去动能，沿器壁滑下，落到灰仓5中。灰仓下部有锁风闸门6，积集在灰仓内的尘粒经过闸门卸出。,.,142,3）内旋流,旋转下降的外旋气流随锥筒4的收缩而向收尘器中心靠拢，脱收尘粒后的气流(接近锥筒底部时，便折回旋转上升，形成一股自下而上的螺旋运动的内旋流，并经过中心的排气管7从顶部作为净化气体排出。,.,144,（1）速度,气流在旋风收尘器内呈复杂的三维流动，器内任一点上都有切向、径向和轴向速度。切向速度是控制气流稳定，使含尘气体产生惯性离心力的主要因素，它与由惯性离心力产生的分离性能及压头损失关系最大。旋风收尘器内旋流质点的切向速度分布可用旋涡方程式来表征：,.,145,指数,n指数，n1，为自由旋涡；n1，为准自由旋涡；n-1，为强制旋涡。,.,146,核心气流,在同一水平截面各点的切向速度，由器壁向中心增大，到直径约等于排气管直径0.65倍的圆周上达最大值，再往中心就急剧减小。切向速度最大的圆周内有一股轴向速度很大的向上内旋气流，又称核心气流。核心气流以内的气流为强制旋涡，气流切向速度随与轴心的距离减小而降低，其值按下式表示：,.,147,核心气流以外的气流为准自由旋涡，气流切向速度随与轴心的距离的减小而增大，并大致成以下关系：,在各种情况下n约为0.50.8。大型旋风收尘器n接近于1，形成近于自由旋涡的气流。而即使在同一旋风收尘器内，沿着圆锥下降，n值也具有减小的倾向。,.,148,旋风收尘器内实际气体流线,实际情况复杂得多。收上述旋流外，还有由下返卷而上的二次旋流，短路气流及散乱涡流等。由于锥筒的内旋流以及这些运动的存在，会将已降落的粉尘再次夹带出收尘器，从而降低了收尘效率。,.,149,二、类型,旋风收尘器在许多工业中广泛采用，经过多次改进，有着许多类型。按结构及各部分尺寸比例的不同，有螺旋型、蜗旋型、扩散式、旁路式、组合式旋风收尘器以及其它专用旋风收尘器等。每种类型按尺寸大小不同又各成系列。,.,150,出风方式,每种收尘器有两种出风方式：X型（又称I型）为水平出风，一般为吸入式，用于负压操作。Y型（又称II型）为上部出风，一般为压入式，用于正压操作，但也可为吸入式，用于负压操作。前者的中心排风管的顶部装有水平出风蜗壳帽。蜗壳为渐开线或对数螺旋线形。能把排出气体的旋转运动平缓地改为直线运动，从而减少气流排出时的阻力损失。,.,151,旋转方向,根据气体在器内旋转方向的不同，又可分为左旋转和右旋转两种。从器顶俯视，逆时针旋转者为左旋转，称N型，顺时针旋转者为右旋转，称为S型。,.,152,规格,旋风收尘器的规格用筒体直径的分米数表示。收尘器型式的连写形式如下：例如CLT/A4.0型旋风收尘器（XS型），即筒体直径为400mm，水平出风，右旋转的CLT/A型旋风收尘器。,.,153,（一）螺旋型旋风收尘器,螺旋型是较早使用的一种旋风收尘器，其结构特点是，进风管的截面呈矩形，筒体的顶盖弯曲成一圈螺旋型导向板，螺距恰好等于进风管的高度，进风管与水平成一定倾角沿切向向下引入。因此，可消收引入气体向上流动而形成的上旋涡，减少能量消耗，提高收尘效率。,.,154,（二）蜗旋式旋风收尘器,蜗旋式旋风收尘器结构的主要特点是，进口装置作成蜗壳状，其外缘曲线通常为渐开线或对数螺旋线。进口位置一般与顶盖平齐或接近顶盖。直筒部分较短，锥体较长。蜗壳形进口结构是比较合理的进口形式。其显著优点是引入气流径向厚度减薄，尘粒移向筒壁的路程短，而距排风管较远，从而缩短尘粒径向分离距离，减少短路，可避免没有充分分离的含尘气体由排风管排出。同时气流沿涡旋式流线引入，很快形成较大的惯性离心力，减少含尘气体进入时对内部气流的干扰和撞击，因而收尘效率较高。,.,155,分类,按蜗壳外缘与筒体相切的角度（即气流引入角）的不同，这类收尘器又可分为三种型式。,.,156,（三）扩散式旋风收尘器,扩散式旋风收尘器是一般旋风收尘器的改进型式；其主要特点是圆筒2下面以自上向下扩散锥筒3代替一般旋风收尘器的收缩锥筒，锥筒下部设有倒锥形的隔离锥（又称反射屏或挡灰盘）4，起到阻气排尘作用。气流进口采用半圆周型蜗壳入口式。,.,157,含尘气体由矩形进气管1沿蜗旋面引入器内，在惯性离心力作用下甩向器壁的尘粒沿圆筒壁向下扩散降落，经筒壁与隔离锥之间的环隙向下沉降至灰仓5。而旋转主气流向下扩张到倒锥体时，由于隔离锥的阻隔使大部分旋转气体被反射，经中心排气管6排出。少量旋转气流随同尘粒一起进入灰仓。气流在灰仓内流速降低，粉尘坠落。在灰仓中心形成的内涡流上升至隔离锥，进一步使气流中尚带有的少量粉尘继续沉降。净化后空气通过隔离锥的透气孔上升至中心排气管，排出管外。,.,158,由于扩散式收尘器的筒体下半部呈倒圆锥形向下扩散，没有一般旋风收尘器的锥形收缩旋流，这样可以减少含尘气体从筒身中部短路到出口去的可能性，粉尘不易被内旋流带走。同时，由于装设有隔离锥，将内外旋流加以隔离，在屏顶又无粉尘聚积，这样便有效地防止了底部的返回气流将巳经分离下来的粉尘重新卷起带出。使巳分离下来的粉尘能沿着反射屏与扩散锥之间的环隙顺利地下落到灰仓中去。同时，环隙截面比普通旋风收尘器的排出口截面大5倍以上，克服了普通旋风收尘器容易积灰堵塞的缺点，因而提高了收尘效率。,.,159,特点,扩散式收尘器的优点是，结构简单，制造和维护容易。收尘效率高，适于捕集非纤维的干燥粉尘。由于收尘器作成扩散形锥筒，出口不易堵塞，含尘气体对器壁磨损小。缺点是流体阻力较大（一般在9501700Pa左左），体型高大，因此金属耗量也比较大。,.,160,（四）旁路式旋风收尘器,结构有如下特点：进口做成半圆周型蜗壳入口式，并低于筒体顶盖一定距离，在筒体外侧设有一旁路分离室，排气管较短。,.,161,（五）组合式旋风收尘器,.,162,三、旋风收尘告的排灰装置,排灰装置包括灰仓和锁风闸门，是旋风收尘器不可分割的一部分。它对收尘器的操作及收尘效率有很大影响。往往由于排灰装置的漏风，而使收尘器操作恶化。常用的锁风阀门有重力式及机动式两种。,.,163,重力式,重力式又分为翻板式和闪动阀式。,.,164,机动式,机动式是由专用电动机经减速器带动卸料设备，如各种叶轮卸料机，螺旋卸料机等。,.,165,四、选型计算,（一）流体阻力估算旋风收尘器的压头损失有不少方法，但一般推荐以局部阻力通用式来计算。在忽略进出口的动压差时，气体通过旋风收尘器的压头损失为：,.,166,各种旋风收尘器的阻力系数,.,167,（二）旋风收尘器的分级效率,旋风收尘器从1885年申请发明专利投入工业应用到今天已有100多年的历史了，多少年来，入们对旋风收尘器的分离机理进行过大量的理论和实验研究。概括起来主要可分为5种分离理论：转圈理论、筛分理论、边界层分离理论、紊流扩散理论和传质理论。,.,168,（三）选型计算,旋风收尘器的选型计算主要包括收尘器类型的选择、直径及个数的确定。首先根据所需处理气体的含