旋风分离器内颗粒藏量的实验测量礼晓宇

1、旋风分离器内颗粒藏量的实验测量旋风分离器内颗粒藏量的实验测量中国石油大学（北京）中国石油大学（北京）礼晓宇礼晓宇2013.2013.1010第一届化工过程机械学科研究生校际交流会第一届化工过程机械学科研究生校际交流会 旋风分离器简介 实验研究背景 实验情况汇报旋风分离器旋风分离器旋风分离器是一种通过离心力的作用实现气固分离的设备。在工业中，工业含尘废气在旋风分离器内作高速旋转运动，废气中的固体颗粒则在离心力作用下甩至器壁而与废气分离。旋风分离器的特点 维护方便 结构简单 无运动部件 可耐高压高温 价格低廉旋风分离器的发展历史 摩尔斯（Morse) 于1886年申请旋风分离器专利，从投入到工业应

2、用到今天己有逾百年的发展历史。 大致可以概括其发展过程为以下三个阶段第一阶段: 自发使用阶段。 1880-1930 本阶段大多数学者认为旋风分离器分离机理是由于简单的离心力把颗粒甩向器壁而已，不清楚气流真正的运动规律，对流场具体分布缺乏理性认识，含尘气流中粉尘颗粒分离机理不是很清楚，分离颗粒的临界粒径40-60 um。第二阶段：旋风分离器的科学与理论概括 1930-1960 大量的科学实验和理论分析。对其理性认识的飞跃在本阶段的实验研究中得到了实现。在此阶段中旋风分离器的汇流流动在漩涡流流动的基础上被发现。第三阶段：旋风分离器分离超微粒阶段。 1960至今 这一阶段主要大力向旋风分离器捕集超微

3、颗粒方向进军，并取得了令人瞩目的成就。 旋风分离器简介 实验研究背景 实验情况汇报 目前，学者多集中于研究旋风分离器的操作参数和结构参数，这两方面的研究已经有了较大的进步，能耗得到了改善，且其分离效率也有了很大提高。与此同时，旋风分离的工业操作的连续性以及其磨损越来越受到学者们的关注。 根据旋风分离器的气固分离特点，定义了一个颗粒藏量参数用于描述旋风分离器的气固分离过程。颗粒藏量是操作中旋风分离器有效分离空间内全部颗粒的质量，其主要部分来源于旋风分离器环形空间顶灰环,其余部分是旋风分离器器壁表面的颗粒层，该参数可以用于表征旋风分离器的内颗粒相的运动过程。何为藏量？1上部空间的顶灰环2沿壁面下行

4、的螺旋灰带3分布在其余分离空间的少量颗粒影响藏量的因素影响藏量的因素 该参数不仅与旋风分离器的结构尺寸有关，而且与入口速度和入口浓度有关，可以直接反映了旋风分离器的分离性能变化。 旋风分离器简介 实验研究背景 实验情况汇报 FCC催化剂。(Fluid Catalytic Cracking) 中位粒径106.77（m） 振实堆积密度943.4（kg/m3）1.采用300mmPV旋风分离器，两个碟阀和加料器开关用于控制2.实验待正常加料两到三分钟后，同时关闭加料机和两阀阀门。3.先卸掉料腿中的料，再打开料腿阀门，称量之上的料。4.重复做20次，总体平均值做为藏量值，最大差值作为顶灰环值。5.数据处

5、理与原因分析实验装置（a）顶灰环出现最大值）顶灰环出现最大值 (b)开始脱落开始脱落 (c)(c)脱落中脱落中 (d)脱落完成脱落完成 入口浓度对颗粒藏量的影响 Ao-基本颗粒藏量 Ci-入口浓度 V-分离空间体积的乘积。由计算可得旋风分离器体积V=0.0716m3。 Ao=Ci*V入口浓度对颗粒藏量的影响 入口速度为520 m/s，改变入口浓度 当入口气速5m/s时，颗粒藏量值随着入口浓度增大而增加，基本呈线性增大。入口浓度对颗粒藏量的影响例如，Ao=50.0716=0.358g。测量的颗粒藏量为6.8g，为基本颗粒藏量的19倍；当入口浓度增大到20g/m3时颗粒藏量为30.0g，为基本颗粒

6、藏量的21倍。 当入口浓度较小时，仅有1-2条螺旋灰带，当入口浓度增加后，不仅螺旋灰带的数量增大，而且灰带浓度也随之增加，形成了颗粒在器壁附近滞留量的增大。另外在旋风分离器的顶部环形空间，由于存在二次流，颗粒悬浮在顶板下，形成了旋转的顶灰环，这个顶灰环的浓度也随着入口浓度的增加显著变浓。由此造成了旋风分离器有效分离空间内存在着大量的颗粒，其有效空间的平均浓度远高于旋风分离器的入口浓度。 入口浓度变化后颗粒藏量的值不同，说明旋风分离器分离空间内颗粒达到饱和的藏量与入口浓度有关。当入口浓度增加后，单位时间内进入旋风分离器的颗粒量增大，同时顶灰环和器壁表面聚集的颗粒量也增大，且观察到的顶灰环的浓度和

7、螺旋灰带的浓度以及灰带的数量也增大，旋风分离器分离空间聚集的颗粒更多，这导致旋风分离器颗粒藏量增加的幅度更大入口风速对颗粒藏量的影响 固定入口浓度，逐渐增加入口速度。 实验结果表明入口速度增加后，颗粒藏量值随着入口速度增大而增加，当入口速度增加到15m/s后，颗粒藏量增加的幅度更大，呈非线性趋势增加。 通常入口速度增大后，旋风分离器内流场的各个速度分量均增大，尤其是切向速度的增加使得颗粒受到的离心力更大，两者是2次方关系。这样器壁表面的颗粒层受到的离心力也增大，导致颗粒层聚集更多的颗粒，但向下的轴向速度增加的幅度是线性的，所以颗粒层下行排料速度基本呈线性增大，由此造成了旋风分离器分离空间内部存在有更多的颗粒。结论 颗粒藏量随入口浓度和入口速度的增大而增加，尤其是当入口速度较高时，颗粒藏量的值显著增大。展望：1、颗粒物性对于旋风分离器颗粒藏量的影响2、本次实验定量测量的颗粒藏量，能否建立一个模型，或是一个评价体系，来表征旋风分离器的内颗粒相的分离过程。大差异二元颗粒协同分离作用实验探究大差异二元颗粒协同分离作用实验探究中位粒径：中位粒径：13.96m13.96m中位粒径：中位粒径： 101.93m101.93m大差异二元颗粒协同分离作用实验探究中位粒径：中位粒径：13.96m13.96m中