水力旋流器3学习.pptx

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1、第五章 水力旋流器5.1 水力旋流器的结构第1页/共42页第五章 水力旋流器5.1 水力旋流器的结构及工作原理组成 由与圆锥筒相联接的圆筒，进料口，溢流管，底流管口组成。工作原理 液体中含有颗粒的悬浮液从圆筒上部的进料口按切线方向引入，由于切线进料而在旋流器内形成强烈的旋流运动。旋流器顶部中心装有一端伸入旋流器若干距离的圆管，此出口管称为溢流管或涡流导出管。含细粒组分的液体通过此管排出。其余的液体和物料的粗粒组分则通过圆锥筒顶尖处的称为底流管口的圆孔卸出。第2页/共42页第五章 水力旋流器5.1 液体的流型 除切向进口管内及附近区域外，水力旋流器中的流型具有周向对称性。在旋流器中任一点的流速均

2、可分解成三个分速度，切向速度v，径向速度u和垂直速度(又叫轴向速度)w。在低于溢流管下缘的水平面上，切向速度v随半径减小而明显增加，它与轴向高度无关，直到其半径值小于溢流管出口半径的某一给定值。1、切向速度壁效应第3页/共42页第五章 水力旋流器5.2 轴向速度2、轴向速度速度向上，细级粒度运动轨迹LZVV 轴向速度为零的轨迹。d50轨迹速度向下，粗级粒度运动轨迹，有利于出料第4页/共42页第五章 水力旋流器5.2 轴向速度3、径向速度 径向分速度通常比其他两个分速度小得多并且本身就难于准确地测定。如图所示，径向速度向内，其值随半径减小而降低。尚不知径向速度为零的径向位置。在高于溢流管下缘的水

3、平面上，可能会出现向外的环流，而且接近旋流器平顶处有朝向溢流管根部的向内的高速径向液流，因此引起沿溢流管外壁的向下的短路液流。第5页/共42页第五章 水力旋流器5.3 悬浮颗粒的运动 当单独的颗粒在连续的流体中运动时，该颗粒将受到流体的两种作用力：流动阻力 颗粒运动过程中流体压力在球体表面上分布不均匀引起的流动阻力；摩擦阻力 表示由于球体表面上流体的剪应力引起的流动。曳力 颗粒在流体中运动的总阻力是形体阻力与摩擦阻力之和，简称为曳力。单个颗粒的曳力为第6页/共42页第五章 水力旋流器5.3 悬浮颗粒的运动 水力旋流器液流内任何点上的颗粒基本上受到两种作用力：一是来自外部加速场和内部加速场(重力

4、和离心力)，另一是来自流体施加在颗粒上的曳力。在水力旋流器中通常可忽略重力的影响，而只考虑离心力和曳力。如果作用在颗粒上的离心力大于曳力，颗粒沿径向向外运动，反之，则向内运动。由于曳力和离心力分别取决于u和v的值(对于一定颗粒而言)，故分离区内所有位置土的u和v的相对值对水力旋流器的总性能起着决定性作用。第7页/共42页第五章 水力旋流器5.4 水力旋流器效率的预测 目前已有一些理论可以预测在进料浓度和底流与通过量之比均较低的情况下操作的水力旋流器的性能。由于旋流器内流型比较复杂，影响水力旋流器分离过程的某些现象至今仍未完全清楚，因此许多学者还是用测得的速度分布和流量与压力降关系的半经验性质的

5、方法预测水力旋流器效率。5.6.1 分割点尺寸x50的预测 对在进料浓度较低以及底流量和通过量之比较小情况下操作的，结构尺寸比例一定的水力旋流器，可以认为分割点尺寸x50仅取决于旋流器直径Dc，液体粘度和密度，固体和液体的密度差=S-以及悬浮液的流量Q，即 第8页/共42页第五章 水力旋流器5.4 水力旋流器效率的预测进口处的Rei为：vi为进口速度，Di为进口直径；Di=kiDc,上式可写成:A式的具体形式可由描述分离过程的方程推出。第9页/共42页第五章 水力旋流器5.4 水力旋流器效率的预测*A、平衡轨道理论 平衡轨道理论认为：一定的颗粒尺寸在某一轨道上是在离心力（由切向速度引起)和曳力

6、(由向内的径向速度引起)间处于平衡状态。不同的颗粒尺寸具有不同的平衡轨道半径，很重要的一点是处于轴 向速度为零的轨迹以外的全部颗粒将从料液中被分离出，而处于LZVV以内的全部颗粒将随同溢流液排走。分割尺寸x50是其轨道与轴向速度为零的轨迹相合的颗粒尺寸。第10页/共42页第五章 水力旋流器5.4 水力旋流器效率的预测Bradley方程式中Rf是底流量与通过量之比，而n和的值取决于旋流器结构和流体性质(还与Q有关)。对于Bradley所研究的旋流器结构(=9，Di=Dc/5)，=0.45，n=0.8。若及Rf 0，于是上式变为:第11页/共42页第五章 水力旋流器5.4 水力旋流器效率的预测Ta

7、rjan方程第12页/共42页第五章 水力旋流器5.4 水力旋流器效率的预测波瓦洛夫公式第13页/共42页第五章 水力旋流器5.4 水力旋流器效率的预测*B、停留时间理论 停留时间理论考虑颗粒从进料口到器壁所需时间。Rietema认为x50是这样的颗粒尺寸，如把这样的颗粒准确地从进料口注入，则这刚好能到达旋流器器壁。L-旋流器的长度；Hy50-基于x50的旋流器关联数，无量纲，取决于旋流器的结构。Ld/D=5.28，di/D0.27，d0/D=1/3，du/D=0.2时，Hy50=3.5。Rietema第14页/共42页第五章 水力旋流器5.4 水力旋流器效率的预测*B、停留时间理论Holla

8、nd-Batt对球形颗粒对非球形颗粒第15页/共42页第五章 水力旋流器5.5 压力降 在水力旋流器中，压力降是一个重要的操作变量，压力损失包括摩擦损失和离心压力损失，一般假定进料动能等于溢流的动能，并且后者的动能是可以回收的。目前还无法精确计算压力损失，这方面的经验公式很多。m-系数，通常为1；-系数，若采作Rietema的最佳结构尺寸，；=1.013，代入第1式得：第16页/共42页第五章 水力旋流器5.8 固液分离用水力旋流器的设计 水力旋流器的结构参数及相应的性能指标变化范围很大，如旋流器直径可在102500mm间变化，分离粒度可在2250m间变化等。设计与选用旋流器时，应考虑旋流器结

9、构参数(如直径、开口尺寸等)、操作参数(如给料压力、安装倾角等)、进料性质(如浓度、密度、粒度组成等)。下面简要介绍水力旋流器用作分离设备时各主要参数的设计与选用。1)、旋流器直径 旋流器直径主要影响生产能力和分离粒度，通常随旋流器直径的增大，生产能力和分离粒度都会增加(如图所示)，这表明不能简单地利用几何相似准则进行水力旋流器的模拟与放大。实际工作中可借助下图确定旋流器的直径。在保证分离指标的前提下，应尽量选用大直径旋流器，这是因为大直径旋流器操作比较简单且不易堵塞。第17页/共42页第五章 水力旋流器5.8 固液分离用水力旋流器的设计1)、旋流器直径第18页/共42页第五章 水力旋流器5.

10、8 固液分离用水力旋流器的设计2)、旋流器开口尺寸 旋流器的开口系指进料口、底流口及溢流口，它们的尺寸对水力旋流器的性能有明显影响。文献55和56所分别推荐的有关尺寸范围列于表61。水力旋流器底流口与溢流口直径之比称为排口比，其值一般在0.151.0的范围内。排口比对流量分配、分离粒度及分离效率都有很大影响，对应于最大分离效率的排口比在0.350.60之间。第19页/共42页第五章 水力旋流器5.8 固液分离用水力旋流器的设计3)、溢流管插入深度 随溢流管插入深度的减小，旋流器生产能力增大，但分离粒度降低，同时分配比(底流量与溢流量之比)增加。推荐的溢流管插入深度为(0.330.50)D或0.

11、4D。研究表明，增加溢流管壁的厚度可改善分离效率，降低旋流器内部能耗，并能略微提高旋流器生产能力。溢流管壁厚的设计应使溢流管外径不超过(D2de)。褚良银等最近的研究表明，将溢流管外壁加工成环齿形有助于提高水力旋流器的分离精度。4)、溢流管壁厚第20页/共42页第五章 水力旋流器5.8 固液分离用水力旋流器的设计5)、旋流器锥角 随旋流器雄角的增大，分离粒度变大。因此，建议团液分高用旋流器采用小锥角（15），但苦处理高浓度粗颗粒料浆且不要求很高分离效率时可采用大锥角（40），以防底流口堵塞。这方面的研究工作较少，文献推荐的筒体长度为（0.72.0)D。褚良银等对水力旋流器固液两相流场的研究发现

12、，旋流器柱体部分是一个有效的离心沉降区，故建议分离用水力旋流器的柱体长度适当取大值。6)、旋流器筒体（柱段）长第21页/共42页第五章 水力旋流器5.8 固液分离用水力旋流器的设计7)、进料浓 进料浓度的增大导致浆体有效粘度上升及干涉沉降程度的加剧，从而减低分离精度并增大分离粒度。要实现较细颗粒的分离，须采用低浓度进料，一般进料浓度以不超过30（重量浓度）为宜。在其它条件相同时，若水力旋流器处理较粗的物料，则底流浓度较高，但分离粒度也大。所以若要在处理粗粒物料时获得较小的分离粒度，就需使用旋流器组进行串联作业。若进料中含有大量接近分离粒度的颗粒，分离效果将会变差。8)、进料中固体粒第22页/共

13、42页第五章 水力旋流器5.8 固液分离用水力旋流器的设计9)、进料密度 进料中液体密度的增加将使分离粒度变大，并导致分离总效率的降低；而固相颗粒密度的增大，所带来的影响恰好相反。进料压力的增大将导致分高效率和生产能力的提高，并降低分离粒度。如图所示为进料压力与分离粒度的关系，据此可根据所要求的分离粒度选择进料压力。需要指出的是，要想获得满意的工作指标，使进料压力保持在恒定的水平上是很重要的，压力的任何波动都会降低水力旋流器的工作效率。10)、进料压力第23页/共42页第五章 水力旋流器5.8 固液分离用水力旋流器的设计11)、旋旋流器安装倾角 一般认为对中小型水力旋流器，安装倾角对分离性能影

14、响不大。绝大多数旋流器使用的垂直安装（溢流口在上）。近年有研究表明，增大安装倾角时，旋流器的生产能力有所提高，分离粒度也有所增大。水力旋流器在常规排料方式下，底流口与大气相通，底流则以伞状（分级时）或绳状（浓缩时）排出，这样的排料方式不利于排出高浓度的底流。为让旋流器更好地用于细粒物料的脱水和浓缩，图（a）所示的新的底流排料方式，即在常规旋流器的底流口外套上一个增稠器。这种旅流器的浓缩效果据说比重钩沉降槽还好。对于难以处理的特细物料，可在旋流器底部器壁上设一小管，加入絮凝剂图（b），以保证固体物料的沉降。12)、底流排料方式第24页/共42页第五章 水力旋流器5.8 固液分离用水力旋流器的设计

15、12)、底流排料方式第25页/共42页第五章 水力旋流器5.9 水力旋流器的应用5.9.1 应用范围 水力旋流器主要应用于液相非均相物系的分离，包括固液分离、液液分离以及液气分离。A、澄清 水力旋流器主要应用于液相非均相物系的分离，包括固液分离、液液分离以及液气分离。澄清的目的是为了获得清洁的液体，或者是为了最大程度地回收进料中的分散相物料。用水力旋流器进行澄清操作时，对其操作参数的要求是分散相物料排出口的尺寸与进料中分散相物料的浓度相适应(排料口不堵塞、排料口排出的分散相物料的流量基本上等于旋流器分离出的分散相物料的流量)。第26页/共42页第五章 水力旋流器5.9 水力旋流器的应用5.9.

16、1 应用范围A、澄清 对旋流器结构参数的要求是根据分散相物料的粒度以及两相的密度差来确定旋流器的大小，一般旋流器直径越小、锥角越小，越能分离细小的固体颗粒或液滴，但旋流器的处理能力随之下降，所以在满足分离能力的条件下，应该采用尽可能大直径的旋流器。有时为防止大块物料的堵塞，应该在旋流器进料之前加滤网，处理量大时可用并联小旋流器组。在单级旋流器中，最小分离粒度可以达到2m，如果单级旋流器操作不能达到澄清要求，可以采用多级串联或混联旋流器组。第27页/共42页A、澄清水力旋流器用以完成澄清操作的应用很多，其中包括：石油和化学工业中催化剂的回收；机械密封系统中的液体除砂；蔗糖汁除砂；轧钢厂中轧辊喷水

17、和冷却水中鳞屑的去除；核能工业的循环系统中腐蚀产物的分离；机械制造工业中金属加工冷却液、润滑液及循环冲洗水中金属屑的去除；井水中泥砂的去除；气体洗涤器循环水的净化；汽车清洗系统用水的净化；低浓度污水(含固量1一2)的预处理；换热器、锅炉及密封装置等系统的水中砂粒、鳞屑及其他无机的和有机的颗粒的去除；盐液中盐的回收；洗煤厂及选矿厂中冲洗水的净化；石灰乳的除砂；淀粉生产中去除砂粒及清洗淀粉乳；植物籽油的澄清；深度钻孔及钻探时钻机用冷却浆的钻屑的去除；纤维洗涤污水的预处理；石油采出液中的油脱水、海上采油平台上油水分离过程中向海中排放水的脱油；其他含水悬浮液或非水悬浮液中细颗粒的去除。第28页/共42

18、页第五章 水力旋流器5.9 水力旋流器的应用5.9.1 应用范围B、浓缩 浓缩是指降低液体非均相混合物中的连续相液体含量，目的是为了获得高浓度的分散相物料，同时尽可能避免分散相物料在另一个出口流出而引起分散相物料的损失。用水力旋流器浓缩某些物料时，其浓缩液体积浓度可高达50或更高，若再联用小型增稠器，则可获得更高浓度的浓缩液。在某些场合，浓缩用水力旋流器系统可被用莱替代那些体积大得多、且成本高得多的重力沉降槽。第29页/共42页B、浓缩 水力旋流器用作浓缩设备时的典型用途是对真空过滤机、筛分设备、脱水离心机以及浓缩设备的进料进行预浓缩。下面列举的是水力旋流器用于浓缩作业的一些常见的应用：用旋流

19、器代替成本昂贵的重力沉降槽对烟道气脱硫系统的废水进行浓缩；矿山矿坑回填料的脱水；重介质分选中再生介质的增稠；氢氧化铁絮团的脱水；氢氧化铝晶体、氯化铵晶体、碳酸氢钠的浓缩；冶金渣的脱水；河床和港口淤泥的浓缩；石油采出液中油水的预分离以及油脱水。第30页/共42页第五章 水力旋流器5.9 水力旋流器的应用5.9.1 应用范围C、颗粒分级 悬浮在液相介质中的固体颗粒可以按其粒度大小、密度、形状等进行分离，分离过程可以区分为分级和分选。所谓分级是将具有相同密度的固相颗粒按粒度大小进行分离。由于旋流器的分离效率随颗粒粒度的增大而上升，故可用于将进料中的固相颗粒分成粗粒级颗粒和细粒级颗粒两部分，即将旋流器

20、用作颗粒分级设备。旋流器用于分级作业时，除用于上述将产品中固相颗粒分为细粒级产品和粗粒级产品外，还有两大类主要用途：一是从产品中去除粗颗粒，如除砂或净化作业；二是从产品中去除细颗粒，如脱泥或洗涤作业。单台水力旋流器的分离精度一般较低，所以为了使分级产品中，粒度混杂现象尽量减少，分级过程可用两级或多级旋流器系统网络来完成，也可以使用具有新型结构的高分离精度的水力旋流器。第31页/共42页第五章 水力旋流器C、颗粒分级 用于分级作业的水力旋流器的应用十分广泛，其中包括：磨矿分级回路中矿物颗粒的分级；矿物颗粒在浮选之前脱泥(以使浮选过程更充分并且所需浮选药剂量减少)；颗粒浸析前脱泥(以提高提取系数)

21、颗粒过滤前脱泥(以降低滤饼比阻和提高过滤速度)；地下水进泵前除砂；水泥粗料进窑烧之前的分级(这种物料通常具有宾汉塑性流体特性)；白垩中杂质和未磨颗粒的去除；磷矿石的脱泥；将铁矿石分级为粗粒级产品(烧结给料和细粒级产品(球团给料)；砂粒按大小分级；助滤剂的回收；高岭土行业中的分级；表征和处理被污染物料过程中的分级；钛白粉的分级；钻泥的脱砂；为了控制密度而从钻泥中的重晶石中分离出黏土。第32页/共42页第五章 水力旋流器5.9 水力旋流器的应用5.9.1 应用范围D、颗粒分选 (1)按密度分选 在工业中对矿物颗粒按密度进行分选的旋流器可分为两类，一类是重介质水力旋流器，另一类是水介质旋流器。(2)

22、按形状分选 用水力旋流器对固相物按形状进行分选的作业，在造纸行业纸浆的净化中用得最多。水力旋流器可以将天然的和无机杂质如砂、二氧化钛、黏土、亚麻皮、树皮和灰垢等从纤维中分离出来，因为旋流器内液流中的剪切力能使纤维团中夹带的颗粒被释放出来。短锥型旋流器具有对固相颗粒按形态进行分选的能力。可用于马铃薯和谷物淀粉工业中对球形淀粉颗粒和片状杂质进行分离等。还可用于：液 液分离、气 液分离、三相同时分离第33页/共42页第五章 水力旋流器5.9 水力旋流器的应用5.9.2 旋流器的并联与串联A、并联 尺寸较小的旋流器具有较高的分离效率和较小的分离粒度，但生产能力也较小。因此在要求满足分离要求，同时又要求

23、保证生产能力的场合，可采用多台旋流器并联。水力旋流器的并联并不改变分离效率，主要是扩大处理能力。并联工作的主要要求是尽量保证每个水力旋流器的人口流量与压力相等。具体方法有两种：布置合理的工艺管线，是各个旋流器的人口和出口压力、流量一致；将若干个旋流器组成一个整体，有共同的人口和出口，成为组合式旋流器。第34页/共42页第五章 水力旋流器5.9 水力旋流器的应用5.9.2 旋流器的并联与串联A、并联第35页/共42页第五章 水力旋流器5.9 水力旋流器的应用5.9.2 旋流器的并联与串联B、串联 在固液旋流器中，级是指溢流产品通过净化设备的次数，水力旋流器的多级分离是通过水力旋流器溢流串联系统来

24、实现的。段是指底流物料通过净化设备的次数，水力旋流器的多段分离则需要水力旋流器底流串联系统。第36页/共42页第五章 水力旋流器5.9 水力旋流器的应用5.9.3水力旋流器与其他分离设备的联用第37页/共42页第五章 水力旋流器5.9 水力旋流器的应用5.9.3水力旋流器与其他分离设备的联用第38页/共42页第五章 水力旋流器5.9 水力旋流器的应用5.9.3水力旋流器与其他分离设备的联用第39页/共42页第五章 水力旋流器5.9 水力旋流器的应用5.9.3水力旋流器与其他分离设备的联用第40页/共42页第五章 水力旋流器5.9 水力旋流器的应用5.9.3水力旋流器与其他分离设备的联用第41页/共42页感谢您的观看！第42页/共42页