1、 目的目的：流体与固体颗粒分离流体与固体颗粒分离 原理：原理：利用颗粒与流体之间的密度差，将固体颗粒从流体中分离出来。常用方法常用方法：(1)重力沉降重力沉降(分离较大的颗粒）例例：选矿 3.4 沉沉 降降(2)离心沉降离心沉降(分离尺寸小的颗粒）例例：气体除尘 3.4.1 重力沉降速度的计算重力沉降速度的计算 (1)球形颗粒的自由沉降球形颗粒的自由沉降 自由沉降自由沉降：容器壁和其它颗粒不影响沉降速度；干扰沉降干扰沉降：实际颗粒的沉降。匀速阶段受力分析：匀速阶段受力分析：s设：022uAmgmgFPs合sPstAmgu)(2)(速度：终端沉降 颗粒受力分析FeFDFb其它条件相同时，小颗粒后
2、沉降。3)(4sstgdu球形颗粒：影响沉降速度的因素影响沉降速度的因素tsud，则tu，则tsu，则其它条件相同时，密度大的颗粒先沉降。球形颗粒的沉降速度球形颗粒的沉降速度,42sPdA因为：ssdm36其它条件相同时，颗粒在空气较在水中易沉降。颗粒直径颗粒直径 流体密度流体密度 颗粒密度颗粒密度 18)()(2gduStokessst公式：斯托克斯 过渡区过渡区 6.05.1810001epepRR，6.0)(27.0:)(epsstgRduAllen公式阿伦44.010210005，epRgduNewtonsst)(74.1)(公式：牛顿 沉降速度计算沉降速度计算epepRR241，湍流
3、区湍流区 层流区层流区问题：问题：沉降速度ut未知，如何判断流型？解决方法：解决方法：试差法 或 判据法（避免试差）判据法：判据法：18)()(2gduStokessst公式：斯托克斯将上式代入Rep中，得到：23)(181sstepgdduRkRep181则：312)(gdkss令：采用斯托克斯公式层流区：26.2k采用阿伦公式过渡区：1.6062.2 k采用牛顿公式湍流区：23641.60 k令1epR则62.2k(2)非球形颗粒的沉降速度非球形颗粒的沉降速度球非球球非球,ttuu处理方法处理方法：可先假定为颗粒球形，然后校正。同样条件下因此ReP 颗粒球形度对沉降速度的影响ut（非球形）
4、/ut（球形）(3)不均匀颗粒的沉降速度不均匀颗粒的沉降速度粒径不同时，粒径不同时，大颗粒沉降速度快，小颗粒沉降速度慢。除去所有颗粒，除去所有颗粒，应以最小颗粒直径计算u ut t。颗粒分级时，颗粒分级时，以不同粒度，分别进行计算u ut t。(4)影响沉降速度的其它因素影响沉降速度的其它因素 干扰沉降干扰沉降-颗粒沉降时彼此影响颗粒沉降时彼此影响 颗粒浓度对沉降速度的影响颗粒浓度对沉降速度的影响 大量颗粒沉降，造成流体反向运动attmuuu则：)1(tmaAuuAtmauu1ttmuu因此，tmu，则流体体积分率反向运动速度：表明表明：流体表观物性的影响流体表观物性的影响 颗粒存在，改变了流
5、体的表观密度和表观粘度。表观粘度：表观粘度：m)1(82.1101校正因子：表观密度：表观密度：sm)1(tmtmmuu、求 液滴或气泡变形液滴或气泡变形 液滴或气泡受曳力变形，影响计算准确性。流体分子运动的影响流体分子运动的影响 颗粒直径小于 23 m 以下时，抑制重力沉降。计算干扰沉降速度：计算干扰沉降速度：壁效应和端效应壁效应和端效应01.0Ddp时,器壁有影响 3.4.2 重力沉降设备重力沉降设备 (1)降尘室降尘室 结构及工作原理结构及工作原理 入口截面：矩形 LbAHbSubHqV随气体的水平流速u；颗粒沉降速度ut。降尘室底面积：降尘室底面积：含尘气体积流量：含尘气体积流量：含尘
6、气流通截面积：含尘气流通截面积：颗粒运动速度分解：颗粒运动速度分解：集尘斗气体入口气体出口降尘室含尘气体净化气体颗粒降尘室操作示意图颗粒的停留时间颗粒的停留时间 颗粒的沉降时间颗粒的沉降时间ttuHVqLHbuLt沉降时间停留时间tuHuL即：tVbLuq 由分离条件得：颗粒分离颗粒分离(沉降沉降)条件条件 生产能力生产能力 (可处理的尘气体积流量q V)说明说明：生产能力由底面积、沉降速度决定，与降尘室高度无关，多用扁平形状或多层降尘室(层高40-100mm)utu含尘气体净化气体气体速度的选取气体速度的选取：区）（多为一般，Stokessmu/3smu/5.1易扬粉尘时，说明：设计时，以所
7、需分离的最小颗粒为基准说明：设计时，以所需分离的最小颗粒为基准适合于分离直径在适合于分离直径在75m以上的粗粒，一般作预除尘用以上的粗粒，一般作预除尘用 多层降沉室清洁气流含尘气流挡板隔板(2)沉降槽（增稠器）沉降槽（增稠器）利用重力沉降分离悬浮液的设备。分类：分类：间歇式和连续式沉降过程：沉降过程：第一阶段：沉降槽上部，颗粒浓度低，近似自由沉降；第二阶段：沉降槽下部，颗粒浓度大，属于干扰沉降。沉降速度：沉降速度：通常由实验来确定。计算沉降槽的截面积计算沉降槽的截面积 假定颗粒全从沉降槽底部排出，则该截面上流体向上流动速度为：AXXquwm)(若该截面处固体颗粒的沉降速度为utm，则应使u u
8、tm，于是得沉降槽的最小截面积为：tmwmuXXqA)(注意：注意：A的数值应在进料与底流之间的整个范围内进行计算，选出其中的最大值，再乘以适当的安全系数，作沉降槽的横截面积。计算沉降槽的高度计算沉降槽的高度沉降槽的总高度沉降槽的总高度=压紧区高度压紧区高度+其它区域的高度其它区域的高度(1(12m)2m)压紧区高度：压紧区高度：依据压紧时间来决定，压紧时间一般由间歇试验 来确定。压紧区高度计算式为：)1(0WmXAqhSS注意：注意：按上式计算出的压紧区高度，通常需附加75%的安全量。3.4.3 离心沉降速度的计算离心沉降速度的计算(1)离心沉降速度离心沉降速度 计算方法计算方法：同重力场，
9、重力离心力；离心沉降速度离心沉降速度u ur r：随颗粒旋转半径 r 变化。rdussr)(4对球形颗粒：sPsrAmru)(2通式：层流层流Stokes 区：区：18)(22rdussrrudussr18)(22或：(2)衡量离心分离性能的指标衡量离心分离性能的指标 离心分离因数离心分离因数:gaKrCrgugr22说明说明:评价离心分离设备的重要指标 KC越大，分离效能越高。3.4.4 离心沉降设备离心沉降设备工业上应用的两种型式：旋流器和离心沉降机。旋流器：旋流器：设备静止，流体旋转运动；离心沉降机：离心沉降机：设备本身和液体一起旋转。(1)(1)旋风分离器旋风分离器基本结构与操作原理基
10、本结构与操作原理 进气口形状进气口形状：矩形 尺寸尺寸：进口管A、B；圆柱筒直径D(主要尺寸)；排气口直径D1。进气排气出灰口 旋风分离器示意图B2421DDDBDA标准型旋风分离器尺寸间关系标准型旋风分离器尺寸间关系：旋风分离器的性能参数旋风分离器的性能参数 临界粒径临界粒径d dc c：能够分离出的最小颗粒直径。假设条件：假设条件：a）颗粒与气体在器内等速运动，均为进口气速；b）颗粒沉降时，最大距离是旋风分离器进气口宽度B；c）颗粒沉降处于stokes 区。沉降速度：沉降速度：mscrrudu1822沉降时间：沉降时间：2218udBruBscmrr设设：气体旋转圈数 N，则气流运行距离
11、Nrm2uNrm2rscNuBd9临界粒径：53,/2510Nsmu器：对常用形式的旋风分离颗粒分离条件：颗粒分离条件：气体停留时间：气体停留时间：分离效率：分离效率：%100全部颗粒质量分离出的颗粒质量%100颗粒的总质量直径颗粒质量分离出的直径iiiddiiw（1 1）总效率）总效率（2 2）分级效率）分级效率两者关系：两者关系：时，cidd 0i时，cidd 1i按假设情况：时，cidd 0i时，cidd 1i实际情况：旋风分离器的阻力旋风分离器的阻力 是旋风分离器的经济指标。22up阻力：分级效率曲线0102030405020406080100粒径 di/m分级效率i/%101.00.
12、1粒径比 di/d50分级效率i/%204060100 标准旋风分离器的i与di/d50曲线的颗粒的直径分割粒径：%50i)0.8(1621或标准型：DAB时，进口气速：smu/2510Pap20001000压力降：常见旋风分离器的形式常见旋风分离器的形式 1）进口方式）进口方式 切向进口：切向进口：切向进口方式结构简单，较常用。旋风分离器切向进口B螺旋面进口：螺旋面进口：结构复杂，设计制造不方便。蜗壳形进口：蜗壳形进口：结构简单，减小阻力。轴向进口：轴向进口：常用于多管式旋风分离器。2）常用型式）常用型式 标准型、CLT/A型、CLP型、扩散式等。标准型：标准型：结构简单、容易制造、处理量大
13、；适用于捕集密度大且颗粒尺寸大的粉尘。标准型旋风分离器CLT/ACLT/A型：型：具有螺旋面进口，结构与标准型旋风分离器相似；CLPCLP型：型：蜗壳形进口，分为A型和B型；扩散式：扩散式：适用于净化颗粒浓度较高的气体。多级旋风分离器(2)旋液分离器旋液分离器 分离液-固非均相混合物；结构与工作原理与旋风分离器类似；特点：形状细长、直径小、圆锥部分长；优点：结构简单，没有运动部件，体积小、处理量大；缺点：产生较大阻力；造成设备严重磨损。1悬浮液入口管2圆筒3锥形筒4第流出口5中心溢流管6溢流出口管(3)离心沉降机离心沉降机 分离液-固非均相混合物 特点：转速可以根据需要调整，适用于分离困难的体系，常用的离心沉降机：转鼓式离心机、蝶片式离心机等。转鼓式离心沉降机：转鼓式离心沉降机：1固体2液体蝶片式离心机：蝶片式离心机：用用 途：途：分离乳浊液和从液体中分离少量极细的固体颗粒，广泛用于润滑油脱水、牛乳脱脂、饮料澄清等。管式超速离心机：管式超速离心机：
