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1、化工原理-非均相分离/16.离心沉降 1,16 Centrifugal settling,A. Theory of centrifugal settling movement B. Centrifugal settling equipment C. Example,化工原理-非均相分离/16.离心沉降 2,第16讲 离心沉降,A. 沉降运动理论 离心沉降过程,离心沉降速度,重力沉降速度低设备庞大。为提高沉降速度，可以利 用离心力场。,球形颗粒在水平面以角速度绕半径 为 r 的中心轴做旋转运动,颗粒受力 (在径向),惯性离心力,流体曳力,“浮力”,化工原理-非均相分离/16.离心沉降 3,据牛顿

2、第二运动定律,如颗粒以接近沉降速度运动，du/d=0urur0,在层流区内,化工原理-非均相分离/16.离心沉降 4, ur0与u0的比较, 场强的区别 gut2/r，即当在层流区时：,当在湍流区时：, 离心沉降的好处还在于Kc可以根据需要人为调节。为 增大极细颗粒的 ur0，可用超速离心机(Kc可达5105), 从式中可见， ur0随 r 增大而减小(Fc ut2/r /r)，即ur0 不是常数,化工原理-非均相分离/16.离心沉降 5,B. 离心沉降设备,离心沉降设备之一 旋风分离器, 结构与操作原理(标准旋风分离器), 混合气切向入向下做 螺旋旋转运动，颗粒在合力 作用下向下旋转的同时，

3、向 壁画做沉降运动, 气体向下达锥筒底部附近， 转而向上旋转上升，由中心 排气管排出形成外旋流、 内旋流(气芯), 外旋流是主要除尘区，只 要颗粒在排出前能沉到器壁， 则可沿壁由下面排灰口排出 而分离复杂性，.,化工原理-非均相分离/16.离心沉降 6, 主要结构参数与主要操作参数,结构参数 筒径D(其它所 有参数都与D成比例),操作参数 处理量Vs、分离 效率、气体压降-p,a) 处理量Vs,Vs ，m3/s 由入口气速确定， 过低分离效果不好，过高压降大。 通常 ui=1525 m/s (混合气在入 口处气速),Vs=uiBh,化工原理-非均相分离/16.离心沉降 7,b) 分离效率,分离

4、效率,分效率(粒级效率),c1di、c2di为粒径为di颗粒在入、 出口气体总含尘量，g/m3,xi 平均粒径为 di 的颗粒占总颗粒的质量分数 (筛分 粒级分布 平均粒径),化工原理-非均相分离/16.离心沉降 8,分离效率的计算(估算), 工业上通常以 0表示，实测比较容易。但 0并不能全 面代表旋风分离器分离能力， 0随粒径而异，一台分 离粗颗粒 0很高的分离器在分离细粒 0时可能很低 ， 在深入研究分离器分离性能时，一定要考虑 p ，在提 到 0时，应给出粒径分布。,临界粒径法(对标准型旋风分离器),器内流动情况的简化物理模型：, 气体入器后旋转N圈后出器，旋转速度为入口气速ui, 颗

5、粒经过厚度为B的气层才能到达器壁而被分离，离 心加速度为ui2/rm，rm平均旋转半径, 沉降在层流区,化工原理-非均相分离/16.离心沉降 9,据沉降条件停沉，得：,临界粒径，上述分离器能 100%除去的最小颗粒直径, dc是旋风分离器分离效率高低的重要标志，dc0, ui dc (但如入口气速太高阻力、重新扬 起粉尘 0 )；B或D dc(处理量大时，应采 用多个小分离器并联使用), N模型参数，取决于分离器结构形式，对标准器N=5,化工原理-非均相分离/16.离心沉降 10,粒级效率 p,粒径为dp颗粒对应分离器入口处距外壁B，有：,则：,d粒径为d颗粒的粒 级效率,如图所示(双对数坐标

6、)，dp/dcd为一斜率为2的直线。实 际关系线为图中红线。,化工原理-非均相分离/16.离心沉降 11,c)气体压降 -p,对标准旋风分离器， 。,一般其压降约为5002000Pa。,化工原理-非均相分离/16.离心沉降 12, 旋风分离器的设计计算,给定条件：Vs m3/h，原始含尘量c1 g/m3，粉尘的粒度分布， 除尘要求，允许压降-p,计算确定：分离器直径D和个数,设计计算步骤(以标准旋风分离器为例)：, 据允许压降 -p 确定入口气速ui, 据ui及dc 计算分离器直径D,化工原理-非均相分离/16.离心沉降 13, 对取整数后的除尘效率及压降进行校核，看是否符 合要求,化工原理-

7、非均相分离/16.离心沉降 14, 固体颗粒在气体或液体中的沉降运动是流体固粒相对 运动的一种情况，属于流体力学中两相流动问题。沉降运 动的依据是流体固体间存在密度差。,【本讲要点】, 固体沉降是流体对固粒的“绕流”问题，考查着眼点在固 粒，固粒在沉降中的总曳力为表面曳力和形体曳力之和， 在作低速爬流时，总曳力可用 Stokes 定律描述，一般情况 需通过实验测定。, 沉降速度是指固粒受力达到平衡时与流体间的相对速度， 而在离心力场中，其值随曲率半径变化。,化工原理-非均相分离/16.离心沉降 15, 利用沉降原理除尘的依据是含尘气体在设备内（如沉降 室或旋风分离器）的停留时间大于其沉降于器底

8、或器壁所 需时间。, 评价旋风分离器的指标主要有：临界粒径、分离效率 （除尘效率）和压强降。气体处理量很大时，为保证除尘 效率，是采用多个小尺寸分离器并联使用，而不是采用大 尺寸分离器。,化工原理-非均相分离/16.离心沉降 16,C. 例,a. 旋风分离器的设计计算(标准旋风分离器),化工原理-非均相分离/16.离心沉降 17,解：,按下面步骤计算：, -pui,由式,可计算,ui20.2m/s, 粒度分布0 (需知dc， 0=xi p),通过试算得：dc=7.6m,化工原理-非均相分离/16.离心沉降 18,(如0的计算结果大了，则说明dc设小了), ui、dcD,D=4B=40.113=0.452 m,Vs单=uihB=2uiB2,=220.20.1132=0.516 m3/s,化工原理-非均相