旋风分离器的设计

旋风分离器的设计

姓名：顾一苇

班级：食工0801

指导老师：刘茹

设计成绩：

华中农业大学食品科学与技术学院

食品科学与工程专业

2011年1月14日

目录

第一章、设计任务要求与设计条件 (3)

第二章、旋风分离器的结构和操作 (4)

第三章、旋风分离器的性能参数 (6)

第四章、影响旋风分离器性能的因素 (8)

第五章、最优类型的计算 (11)

第六章、旋风分离器尺寸说明 (19)

附录

1、参考文献 (20)

任务要求

1.除尘器外筒体直径、进口风速及阻力的计算

2.旋风分离器的选型

3.旋风分离器设计说明书的编写

4.旋风分离器三视图的绘制

5.时间安排：2周

6.提交材料含纸质版和电子版

设计条件

风量：900m3/h ；

允许压强降：1460Pa

旋风分离器类型：标准型

（XLT型、XLP型、扩散式）

含尘气体的参数：

气体密度： kg/m3

粘度：×10-5Pa·s

颗粒密度：1200 kg/m3

颗粒直径：6μm

旋风分离器的结构和操作

原理：

含尘气体从圆筒上部长方形切线进口进入,沿圆筒内壁作旋转流

动。

颗粒的离心力较大，被甩向外层，气流在内层。气固得以分离。

在圆锥部分，旋转半径缩小而切向速度增大，气流与颗粒作下螺旋运动。

在圆锥的底部附近，气流转为上升旋转运动，最后由上部出口管排出；

固相沿内壁落入灰斗。

旋风分离器不适用于处理粘度较大，湿含量较高及腐蚀性较大的粉尘，气量的波动对除尘效果及设备阻力影响较大。

旋风分离器结构简单，造价低廉，无运动部件，操作范围广，不受温度、压力限制，分离效率高。一般用于除去直径5um 以上的尘粒，也可分离雾沫。对于直径在5um 以下的烟尘，一般旋风分离器效率已不高，需用袋滤器或湿法捕集。其最大缺点是阻力大、易磨损。

旋风分离器的性能参数

外圆筒

内圆筒

锥形筒

切向入口

关风器

(防止空气进

含尘气体

固相

净化气体

外螺旋

内螺旋

在满足气体处理量的前提下，评价旋风分离器性能的主要指标是尘粒的分离性能和气体经过旋风分离器的压强降。

①分离性能

分离性能的好坏常用理论上可以完全分离下来的最小颗粒尺寸：临界粒径dc及分离效率η表示。

A：临界粒径dc：指旋风分离器能100%除去的最小颗粒直径。

假设：在器内颗粒与气流相对运动为层流；颗粒在分离器内的切线速度恒定且等于进气处的气速u i；颗粒沉降所穿过的最大距离为进气口宽度B，导出临界粒径d c的估算式：

d c=(9μB /πN eρs u i)1/2

旋风分离器进口管的宽度B，标准型B=D/4;Ne:气流的有效旋转圈数，一般～3，标准型3～5，通常取5；u i进口气体的速度(m/s)；μ:气体粘度；ρs:固相的密度

d c愈小，分离效率愈高，由估算式可见d c随D的加大而增大，即效率随D增大而减小。当气体处理量很大又要求较高的分离效果时，常将若干小尺寸的旋风分离并联使用，称为旋风分离器组。粘度减小，进口气速提高有利于提高分离效率。

B：分离效率：有两种表示方法

*总效率：指被除去的颗粒占气体进入旋风分离器时带入的全部颗粒的质量百分数

η0=（C1-C2）/C1

C1：旋风分离器入口气体含尘浓度；C2：旋风分离器出口气体含尘浓度

总效率是工程上最常用的，也是最易测定的分离效率，其缺点是不能表明旋风分离器对不同粒子的不同分离效果。

*粒级效率：粒级效率指按颗粒大小分别表示出其被分离的质量分数。

含尘气体中的颗粒通常是大小不均的，通过旋风分离器后，各种尺寸的颗粒被分离下来的百分率也不相同。通常把气流中所含颗粒的尺寸范围等分成几个小段，则其中平均粒径为d i的第i小段范围颗粒的粒级效率定义为：

ηpi=（C1i-C2i）/C1i

不同粒径的颗粒，其粒级效率是不同的。根据临界粒径的定义，粒径大于或等于临界粒径d c的颗粒，ηp=100%。粒级效率为50%的颗粒直径称为分割直径

d50=［μD/u i（ρＳ－ρ）］1/2

对于同一型式且尺寸比例相同的旋风分离器，无论大小，皆可通用同一条粒级曲线。标准旋风分离器的ηp与d/d50的关系：

总效率η0=Σx iηpi，x i为进口处第i段颗粒占全部颗粒的质量分率。

②旋风分离器的压强降

压强降可表示为进口气体动能的倍数：Δp=ξρu i2/2

ξ为阻力系数，对于同一型式及相同尺寸比例的旋风分离器，ξ为常数，标准型旋风分离器ξ=8，一般500～2000Pa。

影响旋风分离器性能的因素

气流在旋风分离器内的流动情况和分离机理均非常复杂，因此影响旋风分离器性能的因素较多，其中最重要的是物系性质及操作条件。一般说来，颗粒密度大、粒径大、进口气速度高及粉尘浓度高等情况均有

利于分离。如含尘浓度高则有利于颗粒的聚结，可以提高效率，而且可以抑制气体涡流，从而使阻力下降，所以较高的含尘浓度对压力降与效率两个方面都是有利的。但有些因素对这两方面的影响是相互矛盾的，如进口气速稍高有利于分离，但过高则导致涡流加剧，增大压力降也不利于分离。因此，旋风分离器的进口气速在10～25m/s范围内为宜。气量波动对除尘效果及压力降影响明显。

（4）旋风分离器的结构型式与选用

①旋风分离器的结构型式

旋风分离器的性能不仅受含尘气的物理性质、含尘浓度、粒度分布及操作条件的影响，还与设备的结构尺寸密切相关。只有各部分结构尺寸恰当，才能获得较高的分离效率和较低的压力降。近年来，为提高分离效率并降低压降，在旋风分离器的结构设计中，主要从以下几个方面进行改进：

A：采用细而长的器身：减小器身直径可增大惯性离心力，增加器身长度可延长气体停留时间，所以，细而长的器身有利于颗粒的离心沉降，使分离效率提高。

B：减小上涡流的影响：含尘气体自进气管进入旋风分离器后，有一小部分气体向顶盖流动，然后沿排气管外侧向下流动，当达到排气管下端时汇入上升的内旋气流中，这部分气流称为上涡流。上涡流中的颗粒也随之由排气管排出，使旋风分离器的分离效率降低。采用带有旁路分离室或采用异形进气管的旋风分离器，可以改善上涡流的影响。