第三章 非均相物系的汇总

4d(S
)
u
2 T
3 R
ut是常量，ur随uT和R变化，是变量。
2.离心沉降所处理的非均相物系中固粒直径通常很小，沉降一般
在滞流区进行，故其沉降速度可表示为：
ur
d2 (S ) 18
u
2 T
R
3.分离因数：同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉降
速度的比值，以Kc表示：
KC
ur ut
u
2 T
粒径d/μm
d<dc的颗粒有些可能已在进口处靠近壁面，在停留时间内能 够到达器壁；或者互相聚集而成大颗粒因而具有较大的沉降速 度。
②颗粒向器壁运动时，穿过厚度为进气口宽度B的流体层；
③颗粒与流体相对运动为滞流，且ρs>>ρ。
ur
d2 (S ) uT2 18 R
d2S 18
u
2 i
Rm
临界粒径计算公式的推导
颗粒到达器壁所需沉降时间：t
B ur
18R mB
d
2Su
2 i
气流在旋风分离器内停留时间： l 2R m Ne
ui
ηo～di粒级效率曲线：
100
粒径效率ηpi/％
此曲线可通过实测旋风分离器进、
出口气流中的含尘浓度及粒度分布得
到。设其临界直径dc为10μm。理论 上 ： 凡 d>10μm 的 颗 粒 ， 均 应
ηpi=100%;而 d<10μm的颗粒，均
为ηpi=0,即为折线所示。
0 10
实际上：d<dc的颗粒也有可观的 分 离 效 果 ； d>dc 的 颗 粒 也 有 部 分 未 被分离下来。其原因：
第三章 非均相物系的分离——离心沉降
依靠惯性离心力的作用而进行的沉降过程称为离心沉降。 对于两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系，用重力沉 降很难进行分离甚至完全不能分离时，改用离心沉降则可大大 提高沉降速度，且可缩小设备尺寸。
离心沉降是利用沉降设备使流体 和颗粒一起作旋转运动，在离心力的 作用下，由于颗粒密度大于流体密度， 将使颗粒沿径向与流体产生相对运动， 从而实现分离。在高速旋转的过程中， 颗粒受到的离心力比重力大得多，且 可根据需要进行调整，因而其分离效 果好于重力沉降。
pi
C1i C2i C1i
100 %
式中：
C1i、C2i－粒径为di的颗粒在旋风分离器进口、出口气体中的 含尘浓度，g/m3。
分效率的表示方法：
ηo～di曲线 称粒级效率曲线 ηpi ～di/d50函数曲线 d50用以下经验公式估算。
其中：d50 0.27
D ui (S )
式中：d50－分效率为50％的颗粒直径，称为分割粒径
一、离心沉降速度
流体作圆周运动时，使其方向不断改变的力称为向心力。而
颗粒的惯性却促使它脱离圆周轨道而沿切线方向飞出，这种惯性
力称为离心力。当颗粒在距中心R处旋转时，其切向速度uT，径
向速度ur 。受力分析：
离心力：F
m
u
2 T
R
6
d
3S
u
2 T
R
方向向外
向心力：FC
6
d3
u
2 T
R
方向向内
阻力：Fd
ui
若某种尺寸的颗粒所需的沉降时间θt恰等于气流在器内停 留时间θ，该颗粒就是理论上能被完全分离下来的最小颗粒。
以dC代表这种颗粒的直径，即临界粒径，则：
18R mB
d
C2 S
u
2 i
2R m Ne ui
故：
dC
9B N eS u i
dC
9B NeSui
〖讨论〗
D↑，B=D/4↑，dC↑，η↓ 故设备尺寸不能太大，当气体处理量大时，使用若干小尺寸
(1)含尘气体处理量：旋风分离器的处理量除与其进口宽度B和高
度h有关外，主要由进口气速ui来确定，气速过高过低均对分离 效率不利，一般在15～25m/s之间，故：VS=uiBh
(2)临界直径dC：指理论上能够完全分离出来的最小颗粒直径， 为判断旋风分离器分离效率高低的重要依据之一。
①气体在旋风分离器中有规则地旋转Ne圈，旋转的平均半径为 Rm，切向速度恒等于进口气速，即uT=ui=VS/(hB)
gR
Kc值一般在102～105之间，其大小反映了离 心沉降设备的效能为重力沉降设备的倍数，是
离心分离设备性能的一项重要指标。
二、旋风分离器的结构与操作原理
构造：进气管、上筒体、下锥体和中央升气 管等
操作原理：含尘气体由进气管进入旋风分 离器后，沿圆筒的切线方向，自上而下作圆周 运动。渐向筒壁运动，到达筒壁后沿壁面落 下，自锥体排出进入灰斗。
〖说明〗旋风分离器一般用来除去气流 中粒径5μm以上的尘粒，对颗粒含量 高于200g/m3的气体，由于颗粒的聚 集作用，它甚至能除去3μm以下的颗 粒。
对直径在200μm以上的颗粒最好先 用重力沉降法除去，以减小对器壁的磨 损；
对于直径5μm以下的颗粒，除尘效 率很低，需采用袋滤器或湿法捕集。
三、旋风分离器的性能
4
d2
u
2 r
2
方向向内
F
ur uT
FC R
Fd
在稳定运动中，作用力与阻力达到平衡，颗粒
与流体的相对运动速度ur达到恒定，即：
离心
6
d
3
(S
)
u
2 T
R
d2 4
u
2 r
2
0
ur
4d(S
)
u
2 T
3 R
沉降 速度
〖说明〗
1.重力沉降速度：u t
4d(S ) g 3
离心沉降速度：u r
旋风分离器并联使用，以维持较高的分离效率。
ui↑，dC↓，η↑ 说明提高进口气速可提高分离效率，但进口阻力增加，同时
湍流状况增大，易带起灰尘，所以一般不采用此法。
上式中只要给出合适的Ne值，即可计算dC。 一般情况：Ne=0.5－3.0； 标准型：Ne=5.0
(3)分离效率
分离效率是衡量旋风分离器操作效果的参数，可用总效率和分 效率表示。
净化后的气流在中心轴附近范围内由下而 上做旋转运动，最后经顶部排气管排出。
通常，将下行的螺旋形气流称为外旋流， 上行的螺旋形气流称为内旋流。内、外旋流的 旋转方向相同。外旋流的上部是主要除尘区。
主要结构参数为筒体直径D，其它尺 寸以D为标准，如图示。
〖特点〗：结构简单，造价低廉，无运 动部件，操作范围广，可用多种材料制 造，是化工、轻工、冶金等部门常用的 分离和除尘设备。
①总效率η0： 进入旋风分离器的全部粉尘中被分离下来的质 量百分率，即：
式中：
0
C1 C2 C1
100 %
C1、C2－旋风分离器进口、出口气体中的含尘浓度，g/m3。 总效率是工程上最常用的，也是最易于测定的分离效率。其
缺点是不能表明旋风分离器对各种尺寸粒子的不同分离效果。
②分效率(粒级效率) ηi 按各种粒度分别表明其被分离下来的质量百分率。即：