《沉降分离》PPT课件.ppt

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1、沉降分离沉降分离第四组第四组:颜艳、徐岚、苏才漫、文虎颜艳、徐岚、苏才漫、文虎沉降：沉降：在重力或离心力作用下，使悬浮在流体中的固体在重力或离心力作用下，使悬浮在流体中的固体 颗粒沿受力方向与流体发生相对运动，与流体颗粒沿受力方向与流体发生相对运动，与流体 分离的过程。分离的过程。重力沉降：重力沉降：利用悬浮固体颗粒本身的重力完成分离的操利用悬浮固体颗粒本身的重力完成分离的操 作。作。分离较大的颗粒分离较大的颗粒离心沉降：离心沉降：利用悬浮的固体颗粒的离心力作用而获得分离利用悬浮的固体颗粒的离心力作用而获得分离 的操作。的操作。分离较小的颗粒分离较小的颗粒（一（一）沉降速度）沉降速度Fr Fg

2、 Ff 球形颗粒的球形颗粒的自由沉降自由沉降：重力重力Fg、浮力、浮力Ff、阻力、阻力Fr 颗粒与流体一定，重力与浮力不变，阻力颗粒与流体一定，重力与浮力不变，阻力随下降速度增加而增大随下降速度增加而增大。沉降开始阶段，颗粒作沉降开始阶段，颗粒作加速运动加速运动.当三力平衡时，加速度为零，颗粒作当三力平衡时，加速度为零，颗粒作等速沉降运动等速沉降运动，颗粒，颗粒 终端速度称为终端速度称为沉降速度沉降速度。小颗粒的加速阶段很短，可忽略，认为颗粒始终匀速。小颗粒的加速阶段很短，可忽略，认为颗粒始终匀速。一、重力沉降单个颗粒在无限大单个颗粒在无限大（D/d100）流体）流体中沉降。中沉降。Fr Fg

3、 Ff 重力沉降速度正重力沉降速度正比于比于(s-)g 和和d.当密度差不大、当密度差不大、粒径也不大时，粒径也不大时，沉降速度很小，沉降速度很小，故低密度的细颗故低密度的细颗粒很难分离。粒很难分离。重力重力浮力浮力阻力阻力重力浮力重力浮力+阻力阻力沉降速度公式沉降速度公式（二）阻力系数（二）阻力系数 阻力系数是流体与颗粒发生相对运动时雷诺数的函数阻力系数是流体与颗粒发生相对运动时雷诺数的函数层流区层流区 湍流区湍流区过渡区过渡区Stocks定律1.1.若已知量能判断在哪个区域，直接采用相应公式计算；若已知量能判断在哪个区域，直接采用相应公式计算；2.2.若不能确定流动处在哪个区，则应采用试差

4、法：若不能确定流动处在哪个区，则应采用试差法：先假设颗粒沉降所属区域（层流、过渡流、湍流），先假设颗粒沉降所属区域（层流、过渡流、湍流），选用相应的公式算出选用相应的公式算出 u0，用，用u0计算计算Re0，最后检验假设的流型是否正确。最后检验假设的流型是否正确。球形颗粒；球形颗粒；自由沉降：自由沉降：颗粒沉降时彼此相距较远，颗粒间互不干扰颗粒沉降时彼此相距较远，颗粒间互不干扰；忽略容器对颗粒的阻滞作用，前提：忽略容器对颗粒的阻滞作用，前提：D/dD/d100100；颗粒不能太小，颗粒不因受流体分子运动的影响而使沉降颗粒不能太小，颗粒不因受流体分子运动的影响而使沉降速度变小。速度变小。沉降速度

5、沉降速度u0的计算：的计算：沉降速度公式的应用条件：沉降速度公式的应用条件：（四）降尘室气体通过速度为气体通过速度为 u，颗粒沉降速度为，颗粒沉降速度为 u0。颗粒通过长度为颗粒通过长度为 L 的降尘段的时间的降尘段的时间(停留时间停留时间)为为 t，颗粒以颗粒以u0从高从高H 顶部降至底部时间（顶部降至底部时间（沉降时间沉降时间）为）为 t=。颗粒在降尘室内全部颗粒在降尘室内全部沉降的条件沉降的条件：t t讨论：讨论：&设备最大设备最大生产能力生产能力(即最大处理气体流量即最大处理气体流量)降降尘尘室室的的生生产产能能力力正正比比于于沉沉降降速速度度和和沉沉降降方方向向上上的的截截面面积积降

6、尘室底面积，而与沉降室的高度无关。降尘室底面积，而与沉降室的高度无关。&一一定定结结构构尺尺寸寸的的降降尘尘室室，当当气气体体处处理理量量一一定定时时，理理论论上上降降尘尘室所能室所能全部全部全部全部捕集的最小颗粒粒径为捕集的最小颗粒粒径为例题例题只适用于分离粒度大于只适用于分离粒度大于50m的粗颗粒，作为预除尘使用。的粗颗粒，作为预除尘使用。沉降速度沉降速度u0 应应根据需要完全分离下来的最小颗粒尺寸计算。根据需要完全分离下来的最小颗粒尺寸计算。气速气速u 一般应保证气体处于层流流动区，以免干扰颗粒的沉降或一般应保证气体处于层流流动区，以免干扰颗粒的沉降或把已沉降下来的颗粒重新扬起。把已沉降

7、下来的颗粒重新扬起。&工业上降尘设备多为扁平形状或一室多板结构。工业上降尘设备多为扁平形状或一室多板结构。Vs（n+1）B L u0 重力沉降速度一般很小，故设备体积庞大。重力沉降速度一般很小，故设备体积庞大。离心沉降速度大，离心沉降速度大，可分离较小的微粒，且设备的体积可分离较小的微粒，且设备的体积 可缩小。可缩小。二、离心沉降每一点每一点径向速度径向速度ur 切向速度切向速度uT 真正产生沉降作用的方向为径向。真正产生沉降作用的方向为径向。（一）离心沉降原理（一）离心沉降原理o分析径向受力分析径向受力三力平衡时，颗粒径向相对于流体的速度三力平衡时，颗粒径向相对于流体的速度ur为颗粒的为颗粒

8、的离心沉降离心沉降速度速度。若相对运动属于层流若相对运动属于层流uruTu离心沉降与重力沉降的比较：离心沉降与重力沉降的比较：（1 1）离心沉降速度）离心沉降速度u ur r离心加速度；离心加速度；（2 2）离心沉降方向向外；）离心沉降方向向外；（3）离离心心力力随随旋旋转转半半径径而而变变，离离心心沉沉降降速速度度 ur 也也随随颗颗粒粒的的位位置而变，置而变，颗粒在旋转流体沿着半径逐渐增大的螺旋形轨道沉降。颗粒在旋转流体沿着半径逐渐增大的螺旋形轨道沉降。离心沉降分离设备：旋流离心沉降分离设备：旋流(旋风或旋液旋风或旋液)分离器和沉降离心机。分离器和沉降离心机。前者的特征前者的特征:设备静止

9、、流体旋转设备静止、流体旋转;后者后者:机器带动流体一起旋转。机器带动流体一起旋转。（二）旋风分离器结构和工作原理：结构和工作原理：含尘气体高速切向进入分离含尘气体高速切向进入分离器，在外筒与排气管间呈螺器，在外筒与排气管间呈螺旋形旋转向下，到锥底后以旋形旋转向下，到锥底后以相同的旋向折转向上至上部相同的旋向折转向上至上部排气管流出。夹带的颗粒在排气管流出。夹带的颗粒在螺旋流中均受离心力作用向螺旋流中均受离心力作用向器壁方向抛出，在重力作用器壁方向抛出，在重力作用下沿壁面下落到排灰口。下沿壁面下落到排灰口。评价旋风分离器性能的主要指标：评价旋风分离器性能的主要指标：分离性能分离性能和和气体的压

10、力降气体的压力降假定假定：颗粒与气体在器内的切线速度颗粒与气体在器内的切线速度ut恒定，等于进口处速度恒定，等于进口处速度ui；颗粒沉降中所穿过的最大气层厚度等于进气口宽度颗粒沉降中所穿过的最大气层厚度等于进气口宽度B B；颗粒与气流的相对运动为层流。颗粒与气流的相对运动为层流。由由，颗粒沉降速度，颗粒沉降速度气体的密度远小于颗粒的密度，气体进口气体的密度远小于颗粒的密度，气体进口ui代替切向代替切向ut ，旋，旋转半径取平均转半径取平均rm，沉降速度为：，沉降速度为：1、分离性能、分离性能临界直径和分离效率临界直径和分离效率能分离出的最小颗粒直能分离出的最小颗粒直径径 dc由由，沉降时间，沉

11、降时间若气体若气体进进入气芯前旋入气芯前旋转转圈数圈数为为N，运行距离，运行距离为为气体的有效停留气体的有效停留时间时间：t=分离条件：分离条件：t 0 ，等号成立时能分出最小颗粒。等号成立时能分出最小颗粒。0=o 直径小于直径小于dc 的有些颗粒进入时的有些颗粒进入时离器壁距离离器壁距离B B，直径直径ddc的颗粒也可能被分离出来的颗粒也可能被分离出来。o假设颗粒进入时分布完全均匀，分离出的小于临界直径的颗粒所占的质量分率应为假设颗粒进入时分布完全均匀，分离出的小于临界直径的颗粒所占的质量分率应为 粒级效率粒级效率：某一粒径的颗粒被分离的质量百分数。某一粒径的颗粒被分离的质量百分数。分离效率

12、：粒级效率和总效率分离效率：粒级效率和总效率该该式的含式的含义义：进进入入时时离器壁离器壁为为B的颗粒中，直径等于的颗粒中，直径等于d都能被都能被分离。分离。即为直径等于即为直径等于d的颗粒的粒级效率。的颗粒的粒级效率。对于细小颗粒的分离，对于细小颗粒的分离，粒级效率更能反映分离器的分离性能好坏粒级效率更能反映分离器的分离性能好坏。注：注：d/dc关系关系l 直径大于直径大于 dc 的颗粒能够的颗粒能够100%分离，粒级效率为分离，粒级效率为1。o总效率总效率 ：进入旋风分离器的全部粉尘能被分离出来的总质量分率。进入旋风分离器的全部粉尘能被分离出来的总质量分率。o总效率与旋风分离器的粒级效率、

13、粉尘的粒度分布、浓度等有关。总效率与旋风分离器的粒级效率、粉尘的粒度分布、浓度等有关。o设备、操作条件和进口颗粒浓度相同，粗颗粒的总效率远高于细尘粒的。设备、操作条件和进口颗粒浓度相同，粗颗粒的总效率远高于细尘粒的。o粉尘的浓度大则易聚结，总效率会提高，所以粉尘的浓度大则易聚结，总效率会提高，所以总效率并不能代表旋风分离器总效率并不能代表旋风分离器的分离性能。的分离性能。总效率与粒级效率的关系为：总效率与粒级效率的关系为：旋风分离器的阻力损失旋风分离器的阻力损失旋风分离器的阻力损失旋风分离器的阻力损失 旋风分离器的特点：流量大、压头低。旋风分离器的特点：流量大、压头低。(1)气体的膨胀或压缩引

14、起的不可逆机械能损失；气体的膨胀或压缩引起的不可逆机械能损失；(2)气流旋转引起的动能损失；气流旋转引起的动能损失；(3)摩擦阻力损失以及各个部位的局部阻力损失等。摩擦阻力损失以及各个部位的局部阻力损失等。工程上主要采用经验公式工程上主要采用经验公式：阻力系数阻力系数 主要由旋风分离器的结构决定。主要由旋风分离器的结构决定。同一结构型式、不论其尺寸大小，阻力系数同一结构型式、不论其尺寸大小，阻力系数 接近定值。接近定值。常用型号的旋风分离器常用型号的旋风分离器 值在值在 8.0 之间；之间；入口气速入口气速，分离效率，分离效率，但阻力，但阻力，不经济。，不经济。压压降降一一般般控控制制在在 0

15、.52kPa 左左右右(入入口口气气速速 1525m/s)，采采取取缩缩小小直直径径、多台并联的方式满足分离效率与大气量的要求。多台并联的方式满足分离效率与大气量的要求。选择旋风分离器的型式的主要依据：生产能力、允许的压降、粉尘选择旋风分离器的型式的主要依据：生产能力、允许的压降、粉尘性质、要求的分离效率。性质、要求的分离效率。选型时，应在高效率与低压降之间作权衡：选型时，应在高效率与低压降之间作权衡：不同型号的旋风分离器压降还与其形状有关：不同型号的旋风分离器压降还与其形状有关：短粗形的旋风分离器压降较小，短粗形的旋风分离器压降较小，处理量大，但分离效率低；处理量大，但分离效率低；长径比大且出入口截面小的细长形设备压降大，处理量小，但分离效率高。长径比大且出入口截面小的细长形设备压降大，处理量小，但分离效率高。最终设备尺寸由气体处理量决定。最终设备尺寸由气体处理量决定。旋风分离器旋风分离器旋风分离器旋风分离器的的的的选型选型选型选型