第三章

機械分離與固體流態化一、離心沉降速度二、旋風分離器操作原理三、旋風分離器的性能四、旋風分離器的結構型式與選用第二節

離心沉降2023/2/1離心沉降：

依靠慣性離心力的作用而實現的沉降過程

適于分離兩相密度差較小，顆粒粒度較細的非均相物系。慣性離心力場與重力場的區別

重力場離心力場力場強度重力加速度gut2/R

方向指向地心

沿旋轉半徑從中心指向外周

Fg=mg

作用力

2023/2/1一、離心沉降速度1、離心沉降速度ur慣性離心力=向心力=阻力=

三力達到平衡，則：2023/2/1平衡時顆粒在徑向上相對于流體的運動速度ur便是此位置上的離心沉降速度。2、離心沉降速度與重力沉降速度的比較

表達式：重力沉降速度公式中的重力加速度改為離心加速度數值：重力沉降速度基本上為定值離心沉降速度為絕對速度在徑向上的分量，隨顆粒在離心力場中的位置而變。

2023/2/1阻力系數：層流時同一顆粒在同一種介質中的離心沉降速度與重力沉降速度的比值為：比值Kc就是粒子所在位置上的慣性離心力場強度與重力場強度之比稱為離心分離因數。例如；當旋轉半徑R=0.4m，切向速度ur=20m/s時，求分離因數。2023/2/1二、旋風分離器的操作原理2023/2/12023/2/1三、旋風分離器的性能

旋風分離器性能的主要操作參數為氣體處理量，分離效率和氣體通過旋風分離器的壓強降。1、氣體處理量

旋風分離器的處理量由入口的氣速決定，入口氣體流量是旋風分離器最主要的操作參數。一般入口氣速ui在15～25m/s。旋風分離器的處理量

2023/2/12、臨界粒徑

判斷旋風分離器分離效率高低的重要依據是臨界粒徑。臨界粒徑：

理論上在旋風分離器中能完全分離下來的最小顆粒直徑。1）臨界粒徑的計算式a)進入旋風分離器的氣流嚴格按照螺旋形路線作等速運動，且切線速度恒定，等于進口氣速ut=ui；

b)

顆粒沉降過程中所穿過的氣流厚度為進氣口寬度B表示c)

顆粒在滯流情況下做自由沉降，徑向速度可用

2023/2/1∵ρ<<ρS，故ρ可略去，而旋轉半徑R可取平均值Rm，并用進口速度ui代替ut。氣流中顆粒的離心沉降速度為：顆粒到達器壁所需要的時間：停留時間為：對某尺寸的顆粒所需的沉降時間θt恰好等于停留時間θ，該顆粒就是理論上能被完全分離下來的最小顆粒，用dc表示這種顆粒的直徑，即臨界粒徑。2023/2/1——臨界粒徑的表達式

2）臨界粒徑的影響因素

a)由，知即臨界粒徑隨分離器尺寸的增大而增大。分離效率隨分離器尺寸的增大而減小。

b)入口氣速ui愈大，dc愈小，效率愈高。2023/2/13、分離效率

分離效率總效率ηo

進入旋風分離器的全部粉塵中被分離下來的粉塵的質量分率粒級效率ηpi

進入旋風分離器的粒徑為di的顆粒被分離下來的質量分率2023/2/1粒級效率ηpi與顆粒直徑di

的對應關系可通過實測得到，稱為粒級效率曲線。如圖，臨界粒徑約為10μm。理論上，凡直徑大于10μm的顆粒，其粒級效率都應為100%而小于10μm的顆粒，粒級效率都應為零，圖中折線obcd。2023/2/1實測的粒級效率曲線，直徑小于10μm的顆粒，也有可觀的分離效果，而直徑大于dc的顆粒，還有部分未被分離下來直徑小于dc的顆粒中有些在旋風分離器進口處已很靠近壁面，在停留時間內能夠達到壁面上有些在器內聚結成了大的顆粒，因而具有較大的沉降速度直徑大于dc的顆粒氣體渦流的影響，可能沒達到器壁。即使沉到器壁也會被重新揚起2023/2/1有時也把旋風分離器的粒級效率標繪成d/d50的函數曲線，d50為粒級效率為50%的顆粒直徑，稱為分割粒徑。對于標準旋風分離器2023/2/14、壓強降氣體通過旋風分離器時，由于進氣管、排氣管及主體器壁所引起的摩擦阻力，氣體流動時的局部阻力以及氣體旋轉所產生的動能損失造成了氣體的壓強降，對型式不同或尺寸比例不同的設備ξc的值也不同，要通過實驗測定，對于標準旋風分離器ξc=8.0。旋風分離器的壓降一般在300～2000Pa內。2023/2/1四、旋風分離器的選型與計算

1、旋風分離器的型式

旋風分離器的形式多種多樣，主要是在對標準型式的旋風分離器的改進設計出來的。進氣口：為了保證高速氣流進入旋風分離起時形成較規則的旋轉流，減少局部渦流與死角，設計了傾斜螺旋進口，螺殼形進口、軸向進口等。

主體結構與各部分尺寸比例的優化：根據流場與顆粒流動規律設計旋風分離器的結構，2023/2/1一般細長的旋風分離器效率高，但超過一定限度，分離效率的提高不明顯，而壓降卻增加。改進下灰口：防止已分離下來的粉塵重新揚起。目前，我國已定型了旋風分離器，制定了標準流型系列，如CLT,CLT/A,CLP/A,CLP/B以及擴散式旋風分離器。2、旋風分離器的設計計算

例如，已知氣體流量VS(m3/s)、原始含塵量C1(g/m3)、粉塵的粒度分布，除塵要求及氣體通過旋風分離器允許的壓強降，要求選擇旋風分離器的形式，確定旋風分離器的直徑和個數。2023/2/1步驟：

a)根據具體情況選擇合適的型式，選型時應在高效率與地阻力者之間作權衡，一般長、徑比大且出入口截面小的設備效率高且阻力大，反之，阻力小效率低。

b)根據允許的壓降確定氣體在入口的流速ui

c)根據分離效率或除塵要求，求出臨界粒徑dC

d)根據ui和dc計算旋風分離器的直徑D

e)根據ui與D計算旋風分離器的處理量，再根據氣體流量確定旋風分離器的數目。

f)校核分離效率與壓力降

2023/2/1

例：氣體中所含塵粒的密度為2000kg/m3，氣體的流量為5500標m3/h，溫度為500℃，密度為0.43kg/m3，粘度為3.6×10-5Pa.s，擬采用標準形式的旋風分離器進行除塵，要求分離效率不低于90%，且知相應的臨界粒徑不大于10μm，要求壓降不超過700Pa，試決定旋風分離器的尺寸與個數。

解：

根據允許的壓強降確定氣體在入口的流速ui

ξ=8.02023/2/1

按分離要求，臨界粒徑不大于10μm，故取臨界粒徑dc=10μm來計算粒徑的尺寸。由ui與dc計算D

N=52023/2/1旋風分離器的直徑：D=4B=4×0.196=0.78m根據D與ui計算每個分離器的處理量，再根據氣體流量確定旋風分離器的數目。進氣管截面積每個旋風分離器的氣體處理量為：含塵氣體在操作狀況下的總流量為：2023/2/1所需旋風分離器的臺數為：為滿足規定的氣體處理量、壓強降及分離效率三項指標，需要直徑不大于0.78m的標準分離器至少三臺，為了便于安排，現采用四臺并聯。校核壓力降與分離效率四臺并聯時，每臺旋風分離氣分攤的氣體處理量為：

為了保證指定的分離效率，臨界粒徑仍取為10μm。2023/2/1校核ΔP

或者從維持指定的最大允許壓降數值為前提，求得每臺旋風分離器的最小直徑。2023/2/1ΔP=700Paui=20.2m/s校核