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1、沉降分离,第四组:颜艳、徐岚、苏才漫、文虎,沉降：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 分离的过程。重力沉降：利用悬浮固体颗粒本身的重力完成分离的操 作。分离较大的颗粒离心沉降：利用悬浮的固体颗粒的离心力作用而获得分离 的操作。分离较小的颗粒,固体颗粒处于流体中，只要两者的密度有差异，重力场中颗粒将在重力方向与流体作相对运动：,流体与颗粒间的相对运动,流体静止，颗粒运动,流体运动，颗粒静止,流体、颗粒都运动,（一）沉降速度,球形颗粒的自由沉降：重力Fg、浮力Ff、阻力Fr,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。,沉降开始阶段，
2、颗粒作加速运动.当三力平衡时，加速度为零，颗粒作等速沉降运动，颗粒 终端速度称为沉降速度。小颗粒的加速阶段很短，可忽略，认为颗粒始终匀速。,一、重力沉降,单个颗粒在无限大（D/d100）流体中沉降。,重力沉降速度正比于(s-)g 和d.当密度差不大、粒径也不大时，沉降速度很小，故低密度的细颗粒很难分离。,重力,浮力,阻力,重力浮力+阻力,沉降速度公式,（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,层流区,湍流区,过渡区,Stocks定律,1.若已知量能判断在哪个区域，直接采用相应公式计算；2.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
3、），选用相应的公式算出 u0，用u0计算Re0，最后检验假设的流型是否正确。,球形颗粒；自由沉降：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：D/d100；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。,沉降速度u0的计算：,沉降速度公式的应用条件：,实验发现：在颗粒含量较多的浓悬浮液中，只要所含颗粒粒径大小相差不超过6倍，则所有颗粒都将以大致相同的速度沉降。其原因为颗粒与颗粒之间相互碰撞产生动量交换，使大颗粒沉降受阻滞而小颗粒被加速。干扰沉降速度与颗粒浓度有关。仅当颗粒浓度0.2%，或者颗粒之间距离大于1020倍粒径时，方可视为自由沉降。,（四）降尘
4、室,气体通过速度为 u，颗粒沉降速度为 u0。,颗粒通过长度为 L 的降尘段的时间(停留时间)为 t，颗粒以u0从高H 顶部降至底部时间（沉降时间）为 t=。,颗粒在降尘室内全部沉降的条件：t t,讨论：设备最大生产能力(即最大处理气体流量),降尘室的生产能力正比于沉降速度和沉降方向上的截面积降尘室底面积，而与沉降室的高度无关。,一定结构尺寸的降尘室，当气体处理量一定时，理论上降尘室所能全部捕集的最小颗粒粒径为,例题,只适用于分离粒度大于50m的粗颗粒，作为预除尘使用。沉降速度u0 应根据需要完全分离下来的最小颗粒尺寸计算。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把已沉降下来
5、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。Vs（n+1）B L u0,重力沉降速度一般很小，故设备体积庞大。离心沉降速度大，可分离较小的微粒，且设备的体积 可缩小。,二、离心沉降,真正产生沉降作用的方向为径向。,（一）离心沉降原理,分析径向受力,三力平衡时，颗粒径向相对于流体的速度ur为颗粒的离心沉降速度。,若相对运动属于层流,ur,uT,u,离心沉降与重力沉降的比较：（1）离心沉降速度ur离心加速度；（2）离心沉降方向向外；（3）离心力随旋转半径而变，离心沉降速度 ur 也随颗粒的位置而变，颗粒在旋转流体沿着半径逐渐增大的螺旋形轨道沉降。,离心沉降分离设备：旋流(旋风或旋液
6、)分离器和沉降离心机。前者的特征:设备静止、流体旋转;后者:机器带动流体一起旋转。,（二）旋风分离器,结构和工作原理：含尘气体高速切向进入分离器，在外筒与排气管间呈螺旋形旋转向下，到锥底后以相同的旋向折转向上至上部排气管流出。夹带的颗粒在螺旋流中均受离心力作用向器壁方向抛出，在重力作用下沿壁面下落到排灰口。,评价旋风分离器性能的主要指标：分离性能和气体的压力降,假定：颗粒与气体在器内的切线速度ut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B；颗粒与气流的相对运动为层流。,由，颗粒沉降速度,气体的密度远小于颗粒的密度，气体进口ui代替切向ut，旋转半径取平均rm，沉降
7、速度为：,1、分离性能临界直径和分离效率,能分离出的最小颗粒直径 dc,由，沉降时间,若气体进入气芯前旋转圈数为N，运行距离为,气体的有效停留时间：,t=,分离条件：t 0，等号成立时能分出最小颗粒。,0=,直径小于 dc 的有些颗粒进入时离器壁距离B B，直径ddc的颗粒也可能被分离出来。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：某一粒径的颗粒被分离的质量百分数。,分离效率：粒级效率和总效率,该式的含义：进入时离器壁为B的颗粒中，直径等于d都能被分离。即为直径等于d的颗粒的粒级效率。,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。,注：d
8、/dc关系,直径大于 dc 的颗粒能够100%分离，粒级效率为1。,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。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。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。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的分离性能。,总效率与粒级效率的关系为：,旋风分离器的阻力损失,旋风分离器的特点：流量大、压头低。(1)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；(3)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：,阻力系数 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 接近定值。常用型号的旋风分离器 值在 5.08.0 之间；入口气速，分离效率，但阻力，不经济。压降一般控制在 0.52kPa 左右(入口气速 1525m/s)，采取缩小直径、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：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，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。最终设备尺寸由气体处理量决定。,旋风分离器的选型,
