天津大学化工原理离心沉降

第15讲3.2.2离心沉降教学目的：掌握离心沉降的操作原理、典型设备的结构特性，能够根据生产工艺的要求，合理选择设备。教学内容：离心沉降教学重点：旋风分离器的分离原理及设计计算教学难点：旋风分离器的串联与并联1.离心沉降速度ur

依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程。适宜于分离两相密度差较小，颗粒较细（d≥5μm）的非均相物系。向心力：阻力：惯性离心力：3.2.2离心沉降对细小颗粒，其沉降多处于Stokes区（Ret<1），将代入，得离心沉降速度：注意：

1）ur不是一个恒定值，ur随转速n、半径R而变，n↑或R↓，ur↑。2）ur是颗粒运动的绝对速度在径向上的分量，且方向沿径向向外。(3-22)②操作条件一定时，ut恒定，而ur不是恒定值。3）、分离因数Kc——离心力场强度/重力场强度4）、比较ut与ur①形式相同。注：Kc的大小是反映离心分离设备的重要指标之一。

原因：重力场中，颗粒所受的重力固定，而离心力场中，颗粒的离心力由旋转而产生，转速愈大，离心力愈大。

旋风分离器是利用惯性离心力的作用从气流中分离出尘粒的设备。2、旋风分离器的操作原理

以圆筒直径D为参数，其它尺寸都与D成一定比例。

(1)结构特征外形：圆筒形+圆锥形“标准型旋风分离器”h=D/2B=D/4D1=D/2H1=2DH2=2DS=D/8D2=D/4(2)操作原理1）含尘气体从圆筒上侧的进气管以切线方向进入，获得旋转运动，分离粉尘后从圆筒的排气管排出。双螺旋运动：外（向下）旋流+内（向上）旋流2）静压分布：器壁附近压力最高，仅稍低于气体进口处压力，往中心逐渐降低，低压气芯一直延伸至器底的出灰口，甚至比外界压强还小。

主要性能指标：颗粒从气流中的分离效果和气体经过旋风分离器的压强降。3、旋风分离器的性能

定义：理论上在旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒直径。dc是判断分离效率高低的重要依据。1)临界粒径dc

推导：简化假定①进入旋风分离器的气流严格按螺旋形路路线作等速运动，且切向速度恒等于进气口气速，即uT=ui。沉降时间：③颗粒在层流区作自由沉降。②颗粒向器壁沉降时,其沉降距离为整个进气口宽度B。※注意点：①标准型：Ne=5；一般：Ne=0.5～3.0。②dc随B↑而增大。因此，分离效果随分离器尺寸增大而下降。所以，当气体处理量较大时，常将若干个小尺寸的旋风分离器并联使用，以维持较高的除尘效率。分离条件：即：得：——临界粒径停留时间：

令气流的有效旋转圈数为Ne，则气流在器内的运行距离为2πRmNe，

（1）总效率

（2）分效率，又称粒级效率2)分离效率

定义：总效率指进入旋风分离器的全部颗粒中被分离下来的质量分数。定义：粒级为di的颗粒被旋风分离器除掉的分率。相互关系：工业上常把粒级效率ηd绘制成粒径比di/d50的函数曲线。分割粒径d50——粒级效率恰为50%的颗粒直径。标准型：B=D/4，Ne=5

优点：同一结构形式且尺寸比例相同的旋风分离器，其ηp～di/d50曲线可通用。粒级效率曲线粒级效率ηd与颗粒直径di的对应关系曲线称为粒级效率曲线。标准型旋风分离器的ηp～d/d50曲线3)压强降ΔP①设计时可根据允许的压强降设计进口气速。

串联时，每台的Vs相同，※说明：②并联时，每台ΔP相同，一般：ΔP值：500～2000Pa；ξ：5.0～8.0标准型：ξ=8.0；ui——10～25m/s为宜。

例[3-5]用标准旋风分离器除去气流中所含固体颗粒。已知固体密度为1100kg/m3、颗粒直径为4.5μm；气体密度为1.2kg/m3、黏度为1.8×10-5Pa·s、流量为0.40m3/s；允许压强降为1780Pa。试估算采用以下各方案时的设备尺寸及分离效率。（1）一台旋风分离器。（2）四台相同的旋风分离器串联。（3）四台相同的旋风分离器并联。解：（1）一台旋风分离器,

ξ=8.0故直径为：旋风分离器进口截面积为：hB=D2/8hB=Vs/ui同时分割粒径为：查图3-9，得η≈44%h=D/2B=D/4D1=D/2H1=2DH2=2DS=D/8D2=D/4

当四台相同的旋风分离器串联时，若忽略级间连接管的阻力，则每台旋风分离器允许的压强降为：（2）四台旋风分离器串联则各级旋风分离器的进气口气速为：每台旋风分离器的直径为：

,查图3-9得每台旋风分离器的效率为22%，则串联四级旋风分离器的总效率为：又:（3）四台旋风分离器并联

当四台旋风分离器并联时，每台旋风分离器的气体流量为

每台旋风分离器的允许压强降仍为1780Pa，则进口气速仍为：因此每台分离器的直径为：查图3-10得η=61%η并=61%

结论：串联与并联的效率相当，但并联时设备小、投资省。提高旋风分离器分离效率和降低气流阻力的措施：1）采用细而长的器身。D↓可增大惯性离心力，H↑可延长停留时间。2）减小涡流的影响。上涡流：采用带有旁路分离室或采用异形进气管。内旋流：采用扩散式旋风分离器

此外，排气管和灰斗尺寸的合理设计都可使除尘效率提高。

气体进口方式：a、切向进口；b、倾斜螺旋面进口；c、蜗壳形进口；d、轴向进口等。4、旋风分离器的结构形式与选用（1）旋风分离器的结构形式XLT/A型XLP/B型XLK型(扩散式)★方法：先选定型式，而后通过计算决定尺寸与个数。（2）旋风分离器的设计与选型设计计算（或选型）依据有三个方面：1）含尘气体的体积流量。2）要求达到的分离效率。3）允许的压强降ΔP。缺点：对气流的阻力较大。（3）适用范围及优、缺点

适用于分离较小的颗粒，但不宜用于粘性粉尘、含湿量高的粉尘以及腐蚀性粉尘。

优点：结构简单、造价低，无活动部件、可