颗粒的沉降和流态化

1、2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化15.3.1 重力沉降设备重力沉降设备(equipments of the gravity sinks ) 重力降尘室重力降尘室(gravity dust-settling chamber)5.3 沉降分离设备沉降分离设备定常态操作定常态操作含尘气体流量含尘气体流量qV (m3/s)pdp2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化2BH 定性分析：定性分析：在颗粒随同气流水平运动的过程中，大粒径颗粒或者距底在颗粒随同气流水平运动的过程中，大粒径颗粒或者距底面距离近的颗粒易沉降到底面。小粒径颗粒，若距底面距离近的可能会面距离近的颗粒易沉降到底面。小粒

2、径颗粒，若距底面距离近的可能会沉降到底面，而如果距底面距离远则不易沉降到底面，被气流带出设备。沉降到底面，而如果距底面距离远则不易沉降到底面，被气流带出设备。 什么什么粒径的颗粒粒径的颗粒恰好能够恰好能够100%的的沉降到底面沉降到底面而得到完全分离？而得到完全分离？utBHquVhorizontal 设在水平方向上，颗粒与气体流同速。设在水平方向上，颗粒与气体流同速。2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化3BH BHquVhorizontal 设在水平方向上，颗粒与气体流同速。设在水平方向上，颗粒与气体流同速。工程处理方法：寻找颗粒得以分离的条件，从时间上考虑。工程处理方法：寻找颗粒得

3、以分离的条件，从时间上考虑。停留时间：停留时间：沉降时间：沉降时间：颗粒随同气流在降尘室中的时间段颗粒随同气流在降尘室中的时间段vhorizontalrqBLHuL ttuh tr 分离的条件是：分离的条件是：(remaining duration)(settling duration)h为颗粒距离底平面的距离为颗粒距离底平面的距离2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化4BH tr 分离的条件是：分离的条件是：分离的临界条件是：分离的临界条件是：tr 停留时间：停留时间：vrqBLH 沉降时间：沉降时间：。即即这这种种颗颗粒粒为为临临界界颗颗粒粒沉沉降降到到底底面面。能能够够的的颗颗粒粒

4、所所需需最最大大沉沉降降时时间间为为%100tc , ttuH c , tvuHqBLH c , tvu1qBL c , tvuBLq (remaining duration)(settling duration)(critical condition of separation)2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化5BH c , tvuBLq 18gdup2c ,pc , t BLqg)(18ddVpmin,pc,p 分离效果分离效果 dp,c设备生产能力设备生产能力 qv设备重要尺寸设备重要尺寸 B L从形式上看，与高度方向的尺寸从形式上看，与高度方向的尺寸H无关无关系，则实际生产

5、中，应合理利用好空间，系，则实际生产中，应合理利用好空间，发展为多层降尘室。发展为多层降尘室。(critical particle diameter)2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化61 nN多层降尘室多层降尘室:降尘室内高度方向上均匀地加降尘室内高度方向上均匀地加n层水平隔板层水平隔板,隔板很薄，隔板很薄，可视为不占居气流流通横截面积。即不占居降尘室总流动容积，气体可视为不占居气流流通横截面积。即不占居降尘室总流动容积，气体的流动型态仍然保持为层流。显然，能够容纳的水平隔板数与高度尺的流动型态仍然保持为层流。显然，能够容纳的水平隔板数与高度尺寸寸H有关。有关。BLnAT)1( N

6、为加了为加了n层隔板后的总降尘面积与单层室时降尘面积的层隔板后的总降尘面积与单层室时降尘面积的倍数。倍数。1nH LVq1nBLAT 2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化7tVunHBHqL1 182gduppct tVuBLnq 1 BLnqgdVppc118 tr 件：件：多层降尘室临界分离条多层降尘室临界分离条BLuqtV 单层降尘室时单层降尘室时BLqgdVpp )(18min, 1nH 2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化8注意：隔板层数不能太多，否则，注意：隔板层数不能太多，否则， u水平水平增加，可能重新卷起已经增加，可能重新卷起已经沉降的灰尘，使得除尘效率反而降

7、低。沉降的灰尘，使得除尘效率反而降低。 BLnqgdVppc118 1）若分离要求不变若分离要求不变1 nqqVV2）若气体处理量保持不变若气体处理量保持不变11 nddpcpc tVuBLnq 1分析降尘室中适当加入隔板的作用：分析降尘室中适当加入隔板的作用：2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化9重力降尘室的计算重力降尘室的计算:注意：注意：流体湍流流动会使沉降分离效果流体湍流流动会使沉降分离效果变劣。变劣。主要原因是湍流流速大，主要原因是湍流流速大，u水平水平大，大，使得颗粒在降尘室内的停留时间减小，而使得颗粒在降尘室内的停留时间减小，而颗粒沉降到底面所需的沉降时间一定，使颗粒沉降

8、到底面所需的沉降时间一定，使得更多的颗粒不能够满足分离条件。同时，得更多的颗粒不能够满足分离条件。同时，湍流容易将已经沉降下去的颗粒重新卷起湍流容易将已经沉降下去的颗粒重新卷起来。来。ttuH 水平水平uLr 设计型设计型(design type)问题问题: 给定给定,p p, ,指定指定d dpcpc, ,沉降状态（沉降状态（层流）层流）, ,计算所需的沉降总面积计算所需的沉降总面积,(,(若是单层若是单层 A=BL),A=BL),及隔板层数（及隔板层数（若取多层，规划若取多层，规划BLBL的尺寸）。的尺寸）。1BLAnT 操作型操作型(operation type) 问题问题1：降尘室尺寸

9、已定，已知：降尘室尺寸已定，已知,p p, ,要求要求 d dpcpc , ,沉降状态（层流），核算降尘室处理能力沉降状态（层流），核算降尘室处理能力q qV V , ,BLnAT)1( 操作型问题操作型问题2：降尘室尺寸已定，已知：降尘室尺寸已定，已知,p p, ,沉降状态（层沉降状态（层流），流），指定指定qv , 计算计算dpc 。2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化10隔板层数隔板层数：121106.1281 单单AAnT例例1：降尘室设计型问题：欲用降尘室净化温度为：降尘室设计型问题：欲用降尘室净化温度为20，流量，流量为为2500m/h的常压空气，空气中所含灰尘的密度为的常

10、压空气，空气中所含灰尘的密度为1800kg/m，要求净化后的空气不再含有，要求净化后的空气不再含有d dp p=10=10m m的尘粒，试求所需沉降的尘粒，试求所需沉降总面积为多大？若规划沉降室底面宽总面积为多大？若规划沉降室底面宽2m2m，长，长5m5m，则沉降室内需，则沉降室内需要设多少块隔板？要设多少块隔板？设沉降处于设沉降处于stokes区。区。253Ns/m1081. 1,2.20kg/m 空空气气解解:20 时时,所需降尘总面积所需降尘总面积:23c , tVm6 .1281042. 536002500uqBL)1n( 3pm/kg1800 BLnqgdVppc118 2vp2c

11、,pm6 .128qg)(d18BL)1n( 2m1052BL 3106 . 6Re tcpcud检验流动型态检验流动型态2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化11解题思路：解题思路：AqgdVpp )(18min, 1 NHnAANAmdTTpc 11020262022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化12例例2:气体温度对于气体温度对于dmin的影响的影响: 温度为温度为20,质量流量为质量流量为2.5 kg/s 2.5 kg/s 的常压含尘空气在进入的常压含尘空气在进入反应器之前除尘反应器之前除尘, ,并升温至并升温至150 150 ,所含尘颗粒密度所含尘颗粒密度s s=1800

12、kg/m,=1800kg/m,现有一台总面积为现有一台总面积为130m130m的多层沉降室的多层沉降室, ,试试求下列两种情况下的求下列两种情况下的d dminmin, ,(1)(1)先除尘后预热先除尘后预热; ;(2)(2)先预热后除尘先预热后除尘. .minddpc 结论：先除尘，后预热结论：先除尘，后预热。自学例题自学例题2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化13自学例题自学例题2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化14结论：先除尘，后预热结论：先除尘，后预热。自学例题自学例题悬浮液的沉聚（增稠器）是同样的原理悬浮液的沉聚（增稠器）是同样的原理 （自学）（自学）2022-2-

13、16第5章 颗粒的沉降和流态化15颗粒的粒级效率颗粒的粒级效率i 是指是指某种粒度级的颗粒在降尘室中沉降下来某种粒度级的颗粒在降尘室中沉降下来的质量分率。的质量分率。重力降尘室中，颗粒的粒级效率重力降尘室中，颗粒的粒级效率i 0 . 10 . 1ipcpipcpdddd 的颗粒，的颗粒，对于对于的颗粒，的颗粒，对于对于 所有粒度级的颗粒在进口截面所有粒度级的颗粒在进口截面上是均匀分布的。上是均匀分布的。2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化16 18gdup2pt 所有粒度级的颗粒在进口截面所有粒度级的颗粒在进口截面上是均匀分布的。上是均匀分布的。2, pcptdtrtrdtdidduu

14、uuHH 2 pcpidd 理论上：理论上：pcpiddln2ln 两两边边同同时时取取自自然然对对数数：2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化17pcpiddln2ln 两两边边同同时时取取自自然然对对数数：粒粒径径。被被沉沉降降分分离离的的最最小小颗颗粒粒指指能能够够或或者者注注意意：%100minpcdd2 pcpidd 理论上：理论上： pcpdd2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化185.3.2 离心沉降离心沉降(centrifugal settling) 和和 离心沉降设备离心沉降设备1、离心分离因数、离心分离因数(separation factor) 同一颗粒所受的

15、离心力与重力之比。同一颗粒所受的离心力与重力之比。rumrmamF22rc gmFg grKc2 N2 rps,N 在离心力的作用下，使流体中的颗粒产生沉降运动（离心力在离心力的作用下，使流体中的颗粒产生沉降运动（离心力方向上的运动），称为方向上的运动），称为离心沉降离心沉降。离心分离因数数值的大小是反映离心分离设备性能的重要指标。离心分离因数数值的大小是反映离心分离设备性能的重要指标。按离心分离因数数值的大小，离心分离设备可分常速、高速、超速按离心分离因数数值的大小，离心分离设备可分常速、高速、超速三种类型。三种类型。2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化192、离心沉降速度、离心沉降

16、速度(centrifugal settling speed)式中式中ur为在离心力方向上的沉降速度为在离心力方向上的沉降速度ur5.3.2 离心沉降离心沉降(centrifugal settling) 和和 离心沉降设备离心沉降设备2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化202 113 123 gduppt 1822022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化21 在工业生产中，最常用的离心分离（离心沉降）设备是旋风在工业生产中，最常用的离心分离（离心沉降）设备是旋风分离器。分离器。以旋风分离器为例，分析离心分离设备的工作原理、以旋风分离器为例，分析离心分离设备的工作原理、生产指标与设备尺寸

17、、操作条件的关系。生产指标与设备尺寸、操作条件的关系。 处理物料为含尘气体，连续稳定的操作状况。处理物料为含尘气体，连续稳定的操作状况。3、离心沉降设备、离心沉降设备-旋风分离器旋风分离器(cyclone separator)2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化22颗粒出口颗粒出口观看录像观看录像（1）旋风分离器的构造及工作状态）旋风分离器的构造及工作状态2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化23（2）设备工作原理）设备工作原理 (Equipment work principle)设备是静止的，垂直安置，含尘气体切向进入设备便形成离心力设备是静止的，垂直安置，含尘气体切向进入设备

18、便形成离心力场，同时，设备处于重力场中。颗粒随同气流在设备内运动，切场，同时，设备处于重力场中。颗粒随同气流在设备内运动，切线方向上的速度是相等的。我们最应关注的是颗粒的运动过程。线方向上的速度是相等的。我们最应关注的是颗粒的运动过程。离心力方向（旋转离心力方向（旋转半径方向）上的速半径方向）上的速度度 ur重力沉降速度重力沉降速度ut切向速度切向速度 u2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化24（3）能够得到）能够得到100%分离的临界颗粒的粒径分离的临界颗粒的粒径 dpc 首先分析在旋风分离器中恰好能够得到首先分析在旋风分离器中恰好能够得到100%分离（即完全分离（即完全分离）的临界

19、颗粒粒径分离）的临界颗粒粒径 dpc（或称最小粒径（或称最小粒径 dp,min）。）。颗粒能被分离（离心沉降）出去的条件显然是：颗粒能被分离（离心沉降）出去的条件显然是：离离心心沉沉降降停停留留 颗粒能被分离（离心沉降）出去的临界条件是：颗粒能被分离（离心沉降）出去的临界条件是：离离心心沉沉降降停停留留 2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化25颗粒沉降运动的方向是径向。颗粒沉降运动的方向是径向。vqvq外外内内2Drmax b2Drmin 2bDrm b设：颗粒同气流旋转的过程中，切向速度始终为进口时的气流速度设：颗粒同气流旋转的过程中，切向速度始终为进口时的气流速度 ui5DBb D

20、Ah53 DBAquVi 2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化26临界颗粒粒径临界颗粒粒径dpc的分析的分析2Drmax b2Drmin 2bDrm ru18dr18dddr2ip2p2p2p t,2Dr;0,b2Dr t02i2pp2Db2Ddu18drdr 2i2pptudbDb9 2bDun2unr2iimr rtpc,d 对对于于临临界界粒粒径径 ippcunb3d 53n2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化27讨论：讨论：1）旋风分离器矩形进口宽度）旋风分离器矩形进口宽度 B B 小，小，dc 小小 ，说明更多的颗粒，说明更多的颗粒 能被除去。能被除去。 2）含尘气体

21、的进口速度）含尘气体的进口速度 ui单台分离器操作时：单台分离器操作时：BAquVi ui 的大小影响到器内进口旋涡、锥形底口灰的大小影响到器内进口旋涡、锥形底口灰卷起情况、气流经过设备的总压降均有关。卷起情况、气流经过设备的总压降均有关。N=35 ippcunb3d ps iscuNBd 9 BA4DB D2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化28两种常用旋风分离器的各部位尺寸比例两种常用旋风分离器的各部位尺寸比例2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化29sV根据实验气体旋转圈数根据实验气体旋转圈数N一般去一般去35.例例1：已知含尘气体中尘粒速度为：已知含尘气体中尘粒速度为23

22、00kgm3.气体温度为气体温度为500,=0.036cp=0.036cp流量为流量为1000m1000m3 3/h./h.采用某种形式的旋风分离器采用某种形式的旋风分离器,D=400mm,D=400mm,B=D/4,A=D/2,H=2D,d=D/2.B=D/4,A=D/2,H=2D,d=D/2.试估算临界直试估算临界直d dpcpc( (即即d dminmin) )2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化30 例例2：原用一个旋风分离器处理含尘气体，因分离效率不够高，：原用一个旋风分离器处理含尘气体，因分离效率不够高，拟改用三个相同尺寸比例型式的小旋风分离器，气体进口速度拟改用三个相同尺

23、寸比例型式的小旋风分离器，气体进口速度保持不变。试计算：保持不变。试计算：1、每个小旋风分离器的直径应为原来的、每个小旋风分离器的直径应为原来的多少倍？多少倍？2、可分离的临界粒径为原来的多少倍？、可分离的临界粒径为原来的多少倍？解：解：气体总处理量不变，进口速度保持不变，气体总处理量不变，进口速度保持不变， 小小大大ABuABuqiiv 3因旋风器型式尺寸比例相同因旋风器型式尺寸比例相同223小小大大DD 58.031 大大小小DDispcuNBd 9 76. 058. 0 大大小小大大小小大大小小DDBBddpcpc2022-2-16第5章 颗粒的沉降和流态化31(4)旋风分离器的粒级效率与总效率旋风分离器的粒级效率与总效率 停留时间就是临界颗粒所需要的最大沉降时间。停留时间就是临界颗粒所需要的最大沉降时间。在相同的停留时间内，在相同的停留时间内，dp