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1、2 2 离心沉降离心沉降离心沉降：离心沉降： 依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程 适于分离两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系。适于分离两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系。 气固物系：旋风分离器；气固物系：旋风分离器；液固物系：旋液分离器或沉降离心机液固物系：旋液分离器或沉降离心机离心加速度离心加速度（离心力场强度）（离心力场强度）一一 离心沉降速度离心沉降速度直径为直径为d的球形粒子在流体中作匀速圆周运动，的球形粒子在流体中作匀速圆周运动，切线速度为切线速度为uT； 径向速度径向速度ur； 旋转半径为旋转半径为R粒子密度为粒子密度为s； 流体密

2、度为流体密度为1 球形颗粒的离心沉降速度球形颗粒的离心沉降速度 惯性离心力（与重力相当）惯性离心力（与重力相当）: 向心力向心力(与重力场中的浮力相当与重力场中的浮力相当): 阻力阻力(与颗粒径向运动方向相反与颗粒径向运动方向相反): 径向受力分析径向受力分析RudTs236RudT2362422rud（指向中心）（指向中心）（指向中心）（指向中心）ur uTuR（中心指向外周（中心指向外周 ）三力达到平衡，则：三力达到平衡，则：RudTs236RudT23602422rud 平衡时颗粒在平衡时颗粒在径向径向上相对于流体的运动速度上相对于流体的运动速度ur便是此位置便是此位置上的上的离心沉降速

3、度（绝对速度在径向上的分量离心沉降速度（绝对速度在径向上的分量）。RuduTsr234离心沉降速度表达式离心沉降速度表达式 gdust3)(4重力沉降速度表达式重力沉降速度表达式两者区别在于两者区别在于加速度的不同，一个是加速度的不同，一个是“ut2/R”， 一个是一个是“g” 。重力场重力场离心力场离心力场力场强度力场强度重力加速度重力加速度gut2/R 方向方向指向地心指向地心 沿旋转半径从中心指向外周沿旋转半径从中心指向外周 Fg=mg RumFTC2作用力作用力 惯性离心力场与重力场的区别惯性离心力场与重力场的区别沉降速度沉降速度恒定恒定变化变化2 离心分离因数离心分离因数 离心沉降时

4、，如果颗粒与流体的相对运动属于滞流，阻力系数离心沉降时，如果颗粒与流体的相对运动属于滞流，阻力系数亦可用重力沉降中亦可用重力沉降中关系式表达，则：关系式表达，则： eR24RuduTsr2218 同一颗粒在同一种介质中的同一颗粒在同一种介质中的离心沉降速度与重力沉降速离心沉降速度与重力沉降速度的比值度的比值为为 ：cTtrKgRuuu2 比值比值Kc就是粒子所在位置上的就是粒子所在位置上的惯性离心力场强度与重力场惯性离心力场强度与重力场强度之比强度之比称为称为离心分离因数离心分离因数。 例如；当旋转半径例如；当旋转半径R=0.4m，切向速度切向速度uT=20m/s时，求分时，求分离因数。离因数

5、。1022gRuKTc 分离因数是离心分离设备的重要指标。某些高速离心机分离分离因数是离心分离设备的重要指标。某些高速离心机分离因数值可高达数十万。旋风或旋液分离器的分离因数一般在因数值可高达数十万。旋风或旋液分离器的分离因数一般在52500之间。之间。 表明离心沉降速度是沉降速度的百倍，因此离心沉降设表明离心沉降速度是沉降速度的百倍，因此离心沉降设备分离效果远高于重力沉降设备。备分离效果远高于重力沉降设备。二二 旋风分离器旋风分离器利用惯性离心力从气流中分离出尘粒的设备利用惯性离心力从气流中分离出尘粒的设备 外圆筒外圆筒内圆筒内圆筒锥形筒锥形筒切向入口切向入口关风器关风器(防止空气进入防止空

6、气进入)含尘气体含尘气体固相固相净化气体净化气体外旋流外旋流内旋流内旋流含尘气体从圆筒上部长方形切线进口进入。1 操作原理操作原理含尘气体沿圆筒内壁作旋转流动。颗粒的离心力较大，被甩向外层，气流在内层。气固得以分离。在圆锥部分，旋转半径缩小而切向速度增大，气流作下螺旋运动。在圆锥的底部附近，气流转为上升旋转运动，最后由上部出口管排出；固相沿内壁落入灰斗。 分离器内的静压强在器壁附近最高，仅稍分离器内的静压强在器壁附近最高，仅稍低于气体进口处的压强，往中心逐渐降低，低于气体进口处的压强，往中心逐渐降低，在气芯处可降至气体出口压强以下。旋风分在气芯处可降至气体出口压强以下。旋风分离器内的低压气芯由

7、排气管入口一直延伸到离器内的低压气芯由排气管入口一直延伸到底部出灰口。注意密封。底部出灰口。注意密封。旋风分离器分离粒径范围：旋风分离器分离粒径范围：5200m 不适于：黏性粉尘、含湿量高粉尘、腐蚀性粉尘不适于：黏性粉尘、含湿量高粉尘、腐蚀性粉尘 2 性能性能 评价旋风分离器性能的主要指标是评价旋风分离器性能的主要指标是尘粒从气流中的分离效尘粒从气流中的分离效果（临界粒径和分离效率）及气体经过旋风分离器的压强降。果（临界粒径和分离效率）及气体经过旋风分离器的压强降。 1） 临界粒径临界粒径理论上在旋风分离器中能完全分离下来的最小颗粒直径。理论上在旋风分离器中能完全分离下来的最小颗粒直径。 a)

8、 进入旋风分离器的气流严格按照螺旋形路线作等速运进入旋风分离器的气流严格按照螺旋形路线作等速运动，且切线速度恒定，等于进口气速动，且切线速度恒定，等于进口气速uT=ui；RuduTsr2218表示表示c) 颗粒在滞流情况下做自由沉降，径向速度可用颗粒在滞流情况下做自由沉降，径向速度可用 b) 颗粒沉降过程中所穿过的气流厚度为进气口宽度颗粒沉降过程中所穿过的气流厚度为进气口宽度BDS，故故可略去，而旋转半径可略去，而旋转半径R可取平可取平均值均值Rm，并用进口速度并用进口速度ui代替代替uT。气流中颗粒的离心沉降速度为：气流中颗粒的离心沉降速度为： misrRudu1822颗粒到达器壁所需要的时

9、间：颗粒到达器壁所需要的时间： 2218ismrtudBRuB令气流的有效旋转圈数为令气流的有效旋转圈数为Ne，它在器内运行的距它在器内运行的距离便是离便是2RmNe ，则气体停留时间为：则气体停留时间为： iemuNR2t时，时，该颗粒就是理论上能被分离下来的最小颗粒该颗粒就是理论上能被分离下来的最小颗粒(dc )iemiscmuNRudBR21822isecuNBd9影响临界粒径的因素影响临界粒径的因素 a)Bdc即即临界粒径随分离器尺寸的增大而增大。临界粒径随分离器尺寸的增大而增大。c) 入口气速入口气速ui愈大，愈大，dc愈小。愈小。 uidcdcb) Nedc细长形有利细长形有利 d

10、) S dc 一般旋风分离器是以一般旋风分离器是以圆筒直径圆筒直径D为参数，其它尺寸都与为参数，其它尺寸都与D成一定比例。成一定比例。Ne的数值一般为的数值一般为0.53.0，对标准旋风分离器，对标准旋风分离器，可取可取Ne=5。 标准旋风分离器的尺寸标准旋风分离器的尺寸4/8/,2,22/, 4/, 2/2211DDDSDHDHDDDBDhH1H2SBDD1hui 增加旋风分离器尺寸虽然增加旋风分离器尺寸虽然可以加大处理量，但是会导致可以加大处理量，但是会导致其临界粒径的降低，因此一般其临界粒径的降低，因此一般不采用不采用。 2）分离效率）分离效率 总效率总效率o： 进入旋风分离器的全部粉尘

11、中被分离下来的粉尘的进入旋风分离器的全部粉尘中被分离下来的粉尘的质量分数质量分数%1001210CCCC1 、C2 分别为旋风分离器进、出口气体含尘浓度，分别为旋风分离器进、出口气体含尘浓度，gm3 总效率不能表明旋风分离器对各种尺寸粒子的不同分离效果总效率不能表明旋风分离器对各种尺寸粒子的不同分离效果 粒级效率粒级效率p,i：进入旋风分离器的平均粒径为进入旋风分离器的平均粒径为di的颗粒被分离下来的颗粒被分离下来的质量分数的质量分数%100121iiipiCCC 粒级效率粒级效率p,i与颗粒直径与颗粒直径di 的对应关系可通过实测得到，称的对应关系可通过实测得到，称为为粒级效率曲线粒级效率曲

12、线。 dp,i dc， p,i100理论上理论上dp,i dc， 还有部分未分离下来还有部分未分离下来实际上实际上直径小于直径小于dc的颗粒中的颗粒中 有些在旋风分离器进口处已很靠近壁面，在停留时间内有些在旋风分离器进口处已很靠近壁面，在停留时间内能够达到壁面上；有些在器内聚结成了大的颗粒，因而具有能够达到壁面上；有些在器内聚结成了大的颗粒，因而具有较大的沉降速度较大的沉降速度直径大于直径大于dc的颗粒中的颗粒中 气体涡流的影响，可能没达到器壁；即使沉到器壁也会气体涡流的影响，可能没达到器壁；即使沉到器壁也会被重新扬起被重新扬起 有时也把旋风分离器的粒级效率标绘成有时也把旋风分离器的粒级效率标

13、绘成d/d50的函数曲线，的函数曲线，d50为粒级效率为为粒级效率为50%的颗粒直径，称为的颗粒直径，称为分割粒径分割粒径。)(27. 0050siuDd 对于对于同一型式且尺寸比例相同同一型式且尺寸比例相同的旋风分离器，无论大小，的旋风分离器，无论大小，皆可通用一条皆可通用一条p d/d50曲线。曲线。 旋风分离器总效率不仅取决于颗粒的粒级效率，而且取决于旋风分离器总效率不仅取决于颗粒的粒级效率，而且取决于尘粒的粒度分布。尘粒的粒度分布。nipiix10 xi粒径在第粒径在第i段的颗粒的质量分数段的颗粒的质量分数p,I第第i段粒径范围内颗粒的粒级效率段粒径范围内颗粒的粒级效率n全部粒径被划分

14、的段数全部粒径被划分的段数 对于标准旋风分离器对于标准旋风分离器 3）压强降）压强降 气体通过旋风分离器时，由于进气管、排气管及主体器壁气体通过旋风分离器时，由于进气管、排气管及主体器壁所引起的所引起的摩擦阻力摩擦阻力，气体流动时的，气体流动时的局部阻力局部阻力以及气体旋转所产以及气体旋转所产生的生的动能损失动能损失造成了气体的压强降，造成了气体的压强降， 22iup旋风分离器的压降一般在旋风分离器的压降一般在5002000Pa内。内。 :阻力系数，阻力系数，同一结构型式及尺寸比例旋风分离器的同一结构型式及尺寸比例旋风分离器的为常为常 数，不因尺寸大小而变。数，不因尺寸大小而变。标准型，标准型

15、， 8.0 综上所述，影响旋风分离器性能（分离性能及压降）的重要综上所述，影响旋风分离器性能（分离性能及压降）的重要因素为物系性质及操作条件：因素为物系性质及操作条件： 1）s、d、ui及粉尘浓度高（利于颗粒的聚结、抑制及粉尘浓度高（利于颗粒的聚结、抑制 气体涡流使阻力下降）等情况均有利于分离气体涡流使阻力下降）等情况均有利于分离 2）进口气速）进口气速ui稍高有利于分离，但过高则导致涡流加剧，反不利稍高有利于分离，但过高则导致涡流加剧，反不利 于分离，徒然增大压强降。故旋风分离器的进口气速保持在于分离，徒然增大压强降。故旋风分离器的进口气速保持在 1025ms范围内为宜范围内为宜 实际应用中

16、，常采用实际应用中，常采用多级串、并联多级串、并联操作来提高分离效率和操作来提高分离效率和处理能力处理能力每台分离器每台分离器的压强减小的压强减小每台分离器每台分离器的流量减小的流量减小RuduTsr234isecuNBd9例例 某含尘空气中微粒的密度为某含尘空气中微粒的密度为1500Kg/m3 温度为温度为70，常压，常压下流量为下流量为1200m3/h，现采用筒体直径现采用筒体直径400mm的标准旋风分离器的标准旋风分离器进行除尘，试求能分离出尘粒的最小直径。进行除尘，试求能分离出尘粒的最小直径。isecuNBd95,m1 . 044 . 04eNDBsPa106 .2063mkg1500

17、s查温度查温度70的空气的空气1227 .164 . 0360012008842smDVDDVBhVAVussssim9 . 6m109 . 615007 .1651 . 0106 .20966cd解：解：3 选型与计算选型与计算旋风分离器的结构设计，主要针对旋风分离器的结构设计，主要针对提高分离效率提高分离效率或或降低气流阻力降低气流阻力： a 采用细而长的器身采用细而长的器身 器身直径器身直径惯性离心力惯性离心力，增加器身长度，增加器身长度气体停留时间气体停留时间 b 减小涡流的影响减小涡流的影响 上涡流产生：气体进入上涡流产生：气体进入 向顶盖流动向顶盖流动 沿排气管向下流动沿排气管向下

18、流动 排气管底部汇入上升的内旋气流排气管底部汇入上升的内旋气流 上涡流上涡流1) 旋风分离器的类型旋风分离器的类型c 防止粉尘重新扬起：防止粉尘重新扬起： 改进下灰口（扩散式）改进下灰口（扩散式）采用采用带有旁路分离室或采用异形进气管带有旁路分离室或采用异形进气管（倾斜螺旋进气口（倾斜螺旋进气口）的旋风分离器的旋风分离器 isecuNBd9含尘含尘气体气体2) 旋风分离器的选用旋风分离器的选用 旋风分离器计算的主要依据有三方面旋风分离器计算的主要依据有三方面 :含尘气的体积流量；要求达到的分离效率；允许的压强降含尘气的体积流量；要求达到的分离效率；允许的压强降 旋风分离器实际选用步骤为旋风分离

19、器实际选用步骤为 a) 根据具体情况选择合适的型式根据具体情况选择合适的型式，选型时应在高效率与低，选型时应在高效率与低阻力者之间作权衡，一般长、径比大且出入口截面小的设备效阻力者之间作权衡，一般长、径比大且出入口截面小的设备效率高且阻力大，反之，阻力小效率低。率高且阻力大，反之，阻力小效率低。 b) 根据允许的压降根据允许的压降确定气体在入口的流速确定气体在入口的流速ui c) 根据分离效率或除尘要求，根据分离效率或除尘要求，求出临界粒径求出临界粒径dC d) 根据根据ui和和dc计算旋风分离器的直径计算旋风分离器的直径D e) 根据根据ui与与D计算旋风分离器的处理量计算旋风分离器的处理量

20、，再根据气体流量，再根据气体流量确确定旋风分离器的数目。定旋风分离器的数目。 f) 校核分离效率与压力降校核分离效率与压力降 例：例：气体中所含尘粒的密度为气体中所含尘粒的密度为2000kg/m3，气体的流量为气体的流量为5500标标m3/h，温度为温度为500，密度为，密度为0.43kg/m3，粘度为粘度为3.610-5Pa.s，拟采用标准形式的旋风分离器进行除尘，要求分离效率不低于拟采用标准形式的旋风分离器进行除尘，要求分离效率不低于90%，且知相应的临界粒径不大于，且知相应的临界粒径不大于10m，要求压降不超过要求压降不超过700Pa，试决定旋风分离器的尺寸与个数。试决定旋风分离器的尺寸

21、与个数。70022iup =8.0 解：解： 根据允许的压强降确定气体在入口的流速根据允许的压强降确定气体在入口的流速uipui2sm/2 .2043. 00 . 87002 按分离要求，临界粒径不大于按分离要求，临界粒径不大于10m，故取临界粒径故取临界粒径dc=10m来计算分离器的尺寸。来计算分离器的尺寸。 由由ui与与dc计算计算D mNuBdsic610109N=5 92cisduNB 526106 . 3910102 .2020005m196. 0旋风分离器的直径旋风分离器的直径 ： D=4B=40.196=0.78m 根据根据D与与ui计算每个分离器的处理量，再根据气体流量确定计算

22、每个分离器的处理量，再根据气体流量确定旋风分离器的数目。旋风分离器的数目。22076. 0842mDDDhB每个旋风分离器的气体处理量为：每个旋风分离器的气体处理量为： iSuhBV sm /535. 12 .20076. 03含尘气体在操作状况下的总流量为：含尘气体在操作状况下的总流量为： smVS/32. 4273500273360055003进气管截面积进气管截面积 所需旋风分离器的台数为：所需旋风分离器的台数为： 8 . 2SSVVn 为满足规定的气体处理量、压强降及分离效率三项指为满足规定的气体处理量、压强降及分离效率三项指标，需要直径不大于标，需要直径不大于0.78m的标准分离器至

23、少三台，为了的标准分离器至少三台，为了便于安排，现采用四台并联。便于安排，现采用四台并联。 smVVss/08. 143 为了为了保证指定的分离效率保证指定的分离效率，临界粒径仍取为，临界粒径仍取为10m。iscuNBd94DB 28DVhBVuSsi校核压强降与分离效率校核压强降与分离效率四台并联时，每台旋风分离器分摊的气体处理量为：四台并联时，每台旋风分离器分摊的气体处理量为： 2849DVNDdSScmdVDcSS695. 093232校核校核P 28DVuSism/9 .17695. 008. 18222iuPaP55029 .1743. 00 . 82aP700若若D再增大，则再增大

24、，则dc会增大，会增大， 分离效率会下降分离效率会下降p=700Pa82DhB iSuV20535. 02 .2008. 1mmD654. 00535. 08校核临界粒径校核临界粒径 iscuNBd9mm1 . 9101 . 96 从从维持指定的最大允许压降数值为前提维持指定的最大允许压降数值为前提，求得每台旋风，求得每台旋风分离器的最小直径。分离器的最小直径。 pui2sm/2 .2043. 00 . 87002若若D再减小，则再减小，则ui会增大，会增大， P就会超过允许值就会超过允许值 根据以上计算可知，当采用四个尺寸相同的标准型旋风分根据以上计算可知，当采用四个尺寸相同的标准型旋风分离器并联操作来处理本题中的含尘气体时，只要分离器在离器并联操作来处理本题中的含尘气体时，只要分离器在（0.6540.695m）范围内，便可同时满足气量、压强降及效率范围内，便可同时满足气量、压强降及效率指标。指标。 倘若直径倘若直径D0.695m，则在