第六章分离装置优秀PPT.ppt
《第六章分离装置优秀PPT.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第六章分离装置优秀PPT.ppt(128页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第六章分离装置第一页,本课件共有128页第六章分离装置第二页,本课件共有128页第六章 分离装置分离装置的分类1.液液分离装置2.气固分离装置3.固固分离装置4.液固分离装置5.三相分离装置第三页,本课件共有128页6.1水力旋流器hydrauliccyclone 在工业部门中,为达到分级、浓缩、脱泥、除尘和选别等目的,广泛使用液体或气体旋流分离器。旋流器产生的离心惯性力可比重力大几十到几百倍,其结构简单紧凑,造价低廉,使用维护方便,是普遍使用的分离或分级设备。6.1.1水力旋流器的工作原理principleofhydrauliccyclone利用流体旋转流动产生的离心惯性力,加速固体颗粒与流
2、体之间的分离,悬浮的颗粒受到离心加速度的作用而从液体中分离出,或不同密度或不同大小的固体颗粒被分级。第四页,本课件共有128页含有悬浮固相颗粒的混合液,以一定的压力和速度由给料管沿切线方向进入旋流器圆柱蜗壳,形成高速的旋流,如图6-1。6.1水力旋流器hydrauliccyclone第五页,本课件共有128页其中一股是沿着旋流器圆柱体和圆锥体内壁形成一个向下的外螺旋流,另一股是在围绕旋流器轴心形成一个向上的内螺旋流,其轴心形成负压,实为空气柱。由于自上而下筒体的横截面积是逐渐减少的,因此内螺旋流圆周速度将逐渐增大,在离气柱较近的地方速度最大。大颗粒在旋转的过程中产生极大的离心力,被甩向筒体壁,
3、小颗粒则由于产生的离心力小而处于圆心和筒体之间。离心力比较小的锥筒壁,将留下最大的固相颗粒。根据斯托克斯定律,大颗粒的径向流动时阻力大,径向流无法向中心带动。6.1水力旋流器hydrauliccyclone第六页,本课件共有128页较细的固相颗粒被径向流带往中心线半径较小的地方,一直到离心力与作用于颗粒的液体径向流压相平衡。因此,水力旋流器内应当出现颗粒按半径分布。其中最大的颗粒,则靠近器壁处积聚,随外螺旋流下降至底流口(沉砂口);而较小的颗粒则靠近中心,并按粒度相应地分布在不同半径上,随内螺旋流通过溢流管进入溢流收集室被排出。在内、外螺旋流的作用下,使高、低密度颗粒得到分离,如图6-2所示。
4、6.1水力旋流器hydrauliccyclone第七页,本课件共有128页6.1水力旋流器hydrauliccyclone第八页,本课件共有128页 6.1.2旋流器内液体流场的描述descriptionofliquidflowincyclone流体在旋流器中作旋转运动,对旋转流动流体进行微元受力分析得到微分形式的伯努利方程式中H流体的总能头;v半径r处的圆周速度。这个方程反映了旋转流体流动中能量变化的关系,是描述流体旋转运动的基本方程。(6-1)6.1水力旋流器hydrauliccyclone第九页,本课件共有128页 流体旋转运动一般分成三种形式,即自由涡运动、强制涡运动和组合涡运动:1)
5、自由涡运动free vortex movement 流体没有从外部获得能量补充的旋转运动称为自由涡运动,例如在容器底部开孔放水时上部流体会产生一种漏斗形的旋涡。自由涡运动流体的总能头H保持为常数,即dH=0。由基本方程(6-1)积分得自由涡运动的速度分布 说明,自由涡运动速度与半径成反比,或者说流体质点的速度与半径按双曲线规律变化。(6-2)6.1水力旋流器hydrauliccyclone第十页,本课件共有128页 2)强制涡运动forcevortexmovement旋转容器中流体与容器以相同角速度运动被称为强制涡运动。这种运动与刚体的旋转运动相似,其圆周线速度等于旋转角速度与旋转半径的乘积。
6、强制涡运动的速度分布可表示为代入方程(6-1)积分得根据边界条件确定积分常数C就可得到强制涡的能量变化规律。(6-3)(6-4)6.1水力旋流器hydrauliccyclone第十一页,本课件共有128页 3)组合涡运动assemblevortexmovement旋流器中的流体运动介于自由涡和强制涡之间,其外围部分切线速度与半径成反比例变化,接近于自由涡运动的情况。而其中心部分的速度下降很快,接近于强制涡运动。旋流器中流体的切线速度一般可以用下式表示指数n=0.50.9(一般取n=0.64)。若指数n=1,则为完全的自由涡运动;若n=-1,则是完全的强制涡运动。(6-5)6.1水力旋流器hyd
7、rauliccyclone第十二页,本课件共有128页对于组合涡运动,将接近于强制涡运动的中心部分称为涡核vortexcore。在任意一个旋转平面内的涡核半径为r0,对应的切线速度为v0。由伯努利方程可得旋涡内任意点处的压力分布速度分布式(6-5)和压力分布式(6-6)是研究旋流器中流体流动的基础。流体在旋流器中的流动形态是三维的螺旋运动,其中任意一点的速度都可以分解成切向速度、径向速度和轴向速度。(6-6)6.1水力旋流器hydrauliccyclone第十三页,本课件共有128页 1)切向速度Tangentialvelocity切向速度分布如图6-3。溢流管以下切向速度与半径之间的关系如式
8、(6-5)6.1水力旋流器hydrauliccyclone第十四页,本课件共有128页水力旋流器中的切向速度的DSDrise式由(6-7)式可以看出,旋流器中的切速度与轴向位置无关,因此,等切向速度的包络面就是旋流器共轴的圆柱面。靠近中心线的液体切向速度及相应离心力是很大的,曾在350mm旋流器中测得的最大转速为7000rpm。由于离心力大,使液流沿着中心线撕裂而形成空气柱核心。(6-7)6.1水力旋流器hydrauliccyclone第十五页,本课件共有128页空气柱直径的经验公式(6-8)式中d0空气柱直径,mm;d溢流管直径,mm;D旋流器直径,mm。根据试验,溢流管直径和排砂嘴直径以及
9、进口压力的变化,对气柱直径影响不大。空气柱表面可看作离心力内液体的自由表面。由空气柱表面的溢流,可看作相当于由沉淀池溢出来的液流,只是离心力场代替重力场。6.1水力旋流器hydrauliccyclone第十六页,本课件共有128页 2)轴向速度Axialvelocity由旋流器壳壁越向空气柱接近,其轴向速度越大。速度方向则由锥壁处的负(向下)逐渐变正(向上),因而旋流器半径的中部有一速度零点存在(图6-4)。6.1水力旋流器hydrauliccyclone第十七页,本课件共有128页通过沿轴向的各零点,可绘出一个圆锥面。在此圆锥面内部,液体向上运动,在圆锥面的外部,液体向排砂孔方向流动。就轴向
10、速度的绝对值而言,内旋流速远远大于外旋流速。零速圆锥面在排砂孔水平面处与空气柱表面重合,在溢流管末端水平面上,其锥底直径等于空气柱直径与旋流器直径的平均值。值得注意:沿着溢流管再次出现一股向下的速度,是由于有一股液流沿着器壁顶部向内运动而引起的壁流效应wallfloweffect,其结果是使部分未经分离的混合液形成短路而由溢流管直接流出。6.1水力旋流器hydrauliccyclone第十八页,本课件共有128页 3)径向速度Radialvelocity径向速度分量较小,它随着半径的减小而降低。如果认为外旋流主要是在圆锥下部进入内旋流,且只有少部分经盖下流进入内旋流,那么径向流速分布的定性图应
11、如图6-5所示。6.1水力旋流器hydrauliccyclone第十九页,本课件共有128页 6.1.3旋流器内的压力分布pressuredistributionincyclone图6-6是水力旋流器内静水压力试验曲线。可看出,静压力由周边向中心减小。在任意半径上,静水压头+速度头=常数。当静水压力随半径减小而下降时,速度头则随半径减小而增加,旋流器中液体切向速度越接近中心时越大。6.1水力旋流器hydrauliccyclone第二十页,本课件共有128页实验测定,旋流器内流体压力分布规律:静压头随着旋流器半径r的减小而降低,特别是从溢流管开始,静压急剧下降,在旋流器中心部静压为零或甚至为负压
12、。动压头的分布在自由涡区域和强制涡区域有所不同。在自由涡区,随半径减小而增大;在强制涡区,随半径减小而减小。旋流器中流体压力分布规律,直接影响其分级效率,而压力损失的大小直接影响着旋流器能量消耗。研究旋流器的压力分布规律,是有关旋流器分离效率和能耗优劣的基本课题。6.1水力旋流器hydrauliccyclone第二十一页,本课件共有128页如图6-7,在旋流器横截面内取一个流体微元来分析其受力情况。微元纵断面积为dA,厚度为dr,微元所受的离心力为6.1水力旋流器hydrauliccyclone第二十二页,本课件共有128页微元体所受表面力在径向的总力为结合式(6-9)和式(6-10)并积分得
13、流体切向速度可以表示为(6-9)(6-10)(6-11)6.1水力旋流器hydrauliccyclone第二十三页,本课件共有128页 (6-12)代入式(6-11)并积分得旋流器自由涡范围内任意半径r处的静压力分布(6-14)(6-13)(6-12)6.1水力旋流器hydrauliccyclone第二十四页,本课件共有128页另一种形式由式可见,旋流器中压力差随入口速度的平方成正比例变化,同时还决定于旋流器半径与任意半径之比的2n次方,n无论为负还是正,h恒为正。随半径r的减小,压力差增大。当半径r减小到某个值时,h=0,该半径处的压力为零;r再继续减小时,压力就将成为负值。说明在旋流器中心
14、附近的压力可以为负值。(6-15)6.1水力旋流器hydrauliccyclone第二十五页,本课件共有128页 6.1.4水力旋流器的处理量handlingcapacityofcyclone旋流器可以当作液路上一个特殊的阻力器,其通过能力取决于压头损失,而压头损失首先决定于旋流器的进液管和溢流管尺寸。旋流器生产能力的Chaston公式较复杂但更准确的波瓦罗夫(oBapoB)公式(6-16)(6-17)6.1水力旋流器hydrauliccyclone第二十六页,本课件共有128页式中 Q旋流器生产能力,Ls;dn进液管直径,cm;p进液压力,kPa。d溢流管直径,cm;g重力加速度m/s2;D
15、旋流器直径,cm;锥壳顶角,度。6.1水力旋流器hydrauliccyclone第二十七页,本课件共有128页国标GB/T11647-89推荐在不同工作压力下旋流器的最低处理量公式式中Q200工作压力为200kPa时的处理量,m3/h,可由表9-3(教材)查到;px工作压力,kPa。(6-18)6.1水力旋流器hydrauliccyclone第二十八页,本课件共有128页 (五)水力旋流器中边界粒度和分离粒径的确定determinationofboundarysizeandseparationsize边界粒子粒度是指小于边界粒子粒度的大部分粒子进入溢流,而大于边界粒子粒度的粒子全部或大部分进入
16、底流排砂口。目前计算边界粒子粒度较准确的公式式中D,d,du分别为水力旋流器的公称直径、溢流和排砂嘴直径,cm;(6-19)6.1水力旋流器hydrauliccyclone第二十九页,本课件共有128页边界粒子粒度,m;p旋流器进口压力,kPa;a给进的混合液中的固体含量,;T,混合液中固相及液相密度,gcm3;KD系数,可由前面式子求出。水力旋流器分离固相颗粒的大小,是水力旋流器几何尺寸、进液压力、进液粘度、进液中固相粒度分布等因素的函数。它与临界粒度(又称中分点)一样是在一定范围内波动的随机值。6.1水力旋流器hydrauliccyclone第三十页,本课件共有128页 6.1.6水力旋流
17、器的固相清除效率计算水力旋流器的固相清除效率,应用体积百分比来表示。根据质量平衡原理,进入旋流器中的固相质量等于旋流器中排除的固相质量,有式中Mi进入旋流器中的固相质量,g;M0溢流排出的固相质量,g;Mu底流排出的固相质量,g。将(6-20)式换算成下式:(6-20)6.1水力旋流器hydrauliccyclone第三十一页,本课件共有128页 (6-21)式中i进液密度,gcm3;0溢流密度,gcm3;u底流密度,gcm3;L固相密度,gcm3;qi进液流量,Ls;q0溢流流量,Ls;qu底流流量,Ls。6.1水力旋流器hydrauliccyclone第三十二页,本课件共有128页从流量平
18、衡原理,可得将(6-22)式代入(6-20)式,化简得到旋流器溢流密度计算式再求得进液和溢流中固相体积含量百分数(6-22)(6-23)6.1水力旋流器hydrauliccyclone第三十三页,本课件共有128页二式相减得到水力旋流器的固相清除效率solidphaseclearefficiency6.1.7影响水力旋流器性能的主要因素影响水力旋流器的工作有三类因素:结构参数:包括圆柱蜗壳筒的直径及高度,进口管直径,溢流管直径,以及锥壳的顶角,排砂孔直径和溢流管的安装方式等。工艺操作参数:进口压力,溢流管回压。混合液的性能:固相颗粒组成,固相含量,粘度,固液相密度等。(6-24)6.1水力旋流
19、器hydrauliccyclone第三十四页,本课件共有128页 1)水力旋流器直径diameterofcyclone在其它结构参数不变的情况下,单纯增加旋流器直径,并不能显著增加处理能力。当其它结构参数随直径按比例增加时,旋流器的处理能力与其直径的平方成正比。旋流器直径越大,离心力就越小。只有采用小直径的旋流器,才能得到细的溢流。不同直径的旋流器,可得到相同的边界粒子粒度,排孔比(排砂口直径与溢流口直径之比)的变化也能影响边界粒子粒度。为得到相同的边界粒子粒度,可用增大排孔比的方法来达到。6.1水力旋流器hydrauliccyclone第三十五页,本课件共有128页 2)进口直径feeddi
20、ameter边界粒子粒度与进口管直径的平方根成比例(因进口管径与D成正比)。实践证明,进口管直径的变化对生产能力的影响较大,而对边界粒子粒度的影响不大。用减小进口管尺寸的办法,达不到减小溢流粒子直径的目的。3)溢流管直径diameterofoverflowpipe溢流管直径的变化将影响旋流器的各个工作指标。进口压力不变时,在一定范围内增加溢流管直径,可使处理能力增加;在生产能力不变情况下,溢流直径增大,进口压力将成平方降低。6.1水力旋流器hydrauliccyclone第三十六页,本课件共有128页 4)锥体角度angleofcone增加锥角会降低设备的高度,但增加了液体的平均径向速度,因而
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第六 分离 装置 优秀 PPT
限制150内