化工原理第三章离心沉降

化工原理第三章离心沉降2024/3/28化工原理第三章离心沉降离心沉降：

依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程

适于分离两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系。重力场离心力场力场强度重力加速度（g）离心加速度（ut2/r）方向指向地心

沿旋转半径从中心指向外周

Fg=mg

作用力

惯性离心力场与重力场的区别2024/3/28化工原理第三章离心沉降1、离心沉降速度（ur）的基本计算式惯性离心力＝向心力（浮力）＝阻力=

当三力达到平衡时，则：一、离心沉降速度2024/3/28化工原理第三章离心沉降平衡时颗粒在径向上相对于流体的运动速度ur便是此位置上的离心沉降速度。可推的：2、离心沉降速度与重力沉降速度的比较

表达式：重力沉降速度公式中的重力加速度改为离心加速度——离心沉降速度基本计算式数值：重力沉降速度为颗粒运动的绝对速度，基本上为定值离心沉降速度为绝对速度在径向上的分量，随颗粒在离心力场中的位置而变。2024/3/28化工原理第三章离心沉降3、层流区的离心沉降在沉降分离中，沉降速度较小的颗粒才考虑用离心沉降。故离心沉降的计算一般为小颗粒。而小颗粒沉降时所受到的阻力一般处于层流（斯托克斯）区，即：代入到离心沉降速度基本计算式中，可得：——层流区离心沉降速度计算式2024/3/28化工原理第三章离心沉降同一颗粒在同一种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值为：比值Kc就是粒子所在位置上的惯性离心力场强度与重力场强度之比，称为离心分离因数，是表示离心力大小的指标。

例如：当旋转半径r=0.4m，切向速度ut

=20m/s时，求离心分离因数。4、离心分离因数计算结果表明：在离心力场中的沉降速度是重力沉降速度的102倍。2024/3/28化工原理第三章离心沉降二、旋风分离器1、旋风分离器的构造（1）进气口（2）圆筒（3）圆锥体（4）中央排气管（5）灰斗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。

2024/3/28化工原理第三章离心沉降2、旋风分离器的工作原理

含尘气体从圆筒上侧的矩形进气管以切线方向进入，进口的气速约为15～20m/s，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。2024/3/28化工原理第三章离心沉降旋风分离器的操作切线进入，物料旋转；颗粒离心，气固分离；粉尘落下，净气排出。2024/3/28化工原理第三章离心沉降2024/3/28化工原理第三章离心沉降旋风分离器实物图2024/3/28化工原理第三章离心沉降工业生产中的旋风分离器2024/3/28化工原理第三章离心沉降旋风分离器性能的主要操作参数为气体处理量、临界粒径、分离效率和气体通过旋风分离器的压强降。（1）气体处理量

旋风分离器的处理量由入口的气速决定，入口气体流量是旋风分离器最主要的操作参数。一般入口气速：ui＝15～25m/s。

旋风分离器的处理量：

3、旋风分离器的性能2024/3/28化工原理第三章离心沉降2、临界粒径

判断旋风分离器分离效率高低的重要依据是临界粒径。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。（1）几点假设a)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ut=ui；b)

颗粒沉降过程中所穿过的气流厚度为进气口宽度b；c)

颗粒在层流情况下做自由沉降，径向（沉降）速度可用下式表示：

2024/3/28化工原理第三章离心沉降若旋转半径r取平均值rm，并用进口速度ui代替ut。则气流中颗粒的离心沉降速度为：颗粒通过沉降到达器壁所需要的时间：令气体进入气芯以前在向下旋转的圈数为N，由运行距离为2πrmN

，故得气体在器内的有效停留时间为：

（2）临界粒径计算式2024/3/28化工原理第三章离心沉降对某尺寸的颗粒所需的沉降时间τt恰好等于停留时间τ

，该颗粒就是理论上能被完全分离下来的最小颗粒，用dpc表示这种颗粒的直径，即临界粒径。由此可推的：——临界粒径的计算式

其中气体在器内旋转圈数N经常取5。

由式可见，临界粒径不仅与颗粒和气体的性质有关，而且与旋风分离器的结构和处理量有关。处理量越小（ui越小）、颗粒密度越大、进口越窄、长径比越大（N越大），则临界直径越小，或者说越容易分离。说明：导出该式的假定很勉强，故只属粗略估计（3）临界粒径的影响因数2024/3/28化工原理第三章离心沉降3、分离效率

分离效率总效率ηo

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率

粒级效率ηpi

进入旋风分离器的粒径为di的颗粒被分离下来的质量分率式中C1、C2分别为旋风分离器进、出口颗粒的质量浓度。2024/3/28化工原理第三章离心沉降粒级效率ηpi与颗粒直径di的对应关系可通过实测得到，称为粒级效率曲线。2024/3/28化工原理第三章离心沉降4、压强降①由于进气管、排气管及主体器壁所引起的摩擦阻力；②气体流动时的局部阻力；③气体旋转所产生的动能损失。

旋风分离器的压降大小是评价其性能好坏的