-化工原理第三章离心沉降-PPT课件.ppt

1、2022-8-8第三节第三节 离心沉降离心沉降一、概述一、概述二、离心沉降速度二、离心沉降速度三、离心分离设备三、离心分离设备第三章沉降与过滤2022-8-8【定义定义】在离心力场离心力场中，利用分散相和连续相之间的密度差异密度差异，使之发生相对运动相对运动而实现分离的操作过程。一、概述一、概述1、什么是离心沉降？、什么是离心沉降？【工业应用工业应用】适用于分离两相密度差较小密度差较小，颗粒粒粒度较小度较小的非均相物系。2022-8-82、惯性离心力场与重力场的区别、惯性离心力场与重力场的区别重力场重力场离心力场离心力场力场强度力场强度重力加速度（重力加速度（g）离心加速度（离心加速度（ut2

2、/r）方方 向向指向地心指向地心沿旋转半径从中心指向外周沿旋转半径从中心指向外周作用力作用力Fg=mgFcmut2/r2022-8-8惯性离心力惯性离心力rudtPP236向心力（浮力）向心力（浮力）rudtP236阻阻 力力=2422rPud二、离心沉降速度二、离心沉降速度1、离心沉降速度（、离心沉降速度（ur）的基本计算式）的基本计算式颗粒在离心力场中所受到的作用力作用力：2022-8-8当三力达到平衡时，则：02466222323rPtPtPPudrudrud【定义定义】颗粒在径向径向上相对于流体的运动速度 ur 便是此位置上的离心沉降速度离心沉降速度。可推得：离心沉降速度基本计算式离心

3、沉降速度基本计算式rudutPPr234切向速度切向速度径向速度径向速度2022-8-82、离心沉降速度与重力沉降速度的比较、离心沉降速度与重力沉降速度的比较【表达式表达式】重力沉降速度公式中的重力加速度改为重力加速度改为离心加速度离心加速度；【数值数值】重力沉降速度为颗粒运动的绝对速度绝对速度，基本上为定值定值；离心沉降速度为绝对速度在绝对速度在径向上径向上的的分量分量，随颗粒在离心力场中的位置（位置（r）而变）而变。34PPtgdurudutPPr2342022-8-8【说明说明】离心沉降速度为绝对绝对速度在速度在径向上径向上的的分量分量，随颗粒在离心力场中的位位置（置（r）而变）而变。2

4、022-8-83、层流区的离心沉降、层流区的离心沉降 在沉降分离中，沉降速度较小的颗粒才考虑用离心沉降。故离心沉降的计算一般为小颗粒离心沉降的计算一般为小颗粒。而小颗粒沉降时所受到的阻力一般处于层流（斯托克斯）区层流（斯托克斯）区，即：Re24代入到离心沉降速度基本计算式中，可得：rudutPPr2218层流区离心沉降速度计算式层流区离心沉降速度计算式2022-8-8【定义定义】同一颗粒在同一种介质中的离心沉降速度离心沉降速度与重力沉降速度的比值与重力沉降速度的比值。【作用作用】Kc是表示离心力大小的指标表示离心力大小的指标。Kc越大，表明离心分离设备性能越好。4、离心分离因数、离心分离因数2

5、222()18()18tPPtrcPPuduurKgdugr离心分离因数离心分离因数2022-8-8【例例】当旋转半径r=0.4m，切向速度ut=20m/s时，求离心分离因数。1024.081.92022gruKtc 结果表明：在离心力场中的沉降速度是重力沉降速度的102倍。离心分离因素越大，固体颗粒在离心力场中的沉降速度越大，越容易被分离，因此，离心分离设备离心分离设备的性能越好。有关说明有关说明2022-8-8三、旋风分离器（三、旋风分离器（旋风除尘器旋风除尘器）1、旋风分离器的构造、旋风分离器的构造（1）进气口）进气口（2）圆筒）圆筒（3）圆锥体）圆锥体（4）中央排气管）中央排气管（5）

6、排尘（灰）管）排尘（灰）管2022-8-8中央排气管中央排气管进气口进气口圆筒圆筒圆锥体圆锥体排尘管排尘管2022-8-8旋风分离器实物图旋风分离器实物图2022-8-82、旋风分离器的尺寸特点、旋风分离器的尺寸特点（1）旋风分离器各部分的尺寸都有一定的比例比例；（2）只要规定出其中一个主要尺寸主要尺寸，如圆筒直径圆筒直径（D）或进气口宽度进气口宽度（b），则其它各部分的尺寸亦确定。2022-8-82022-8-83、旋风分离器的工作原理、旋风分离器的工作原理含尘气体从切切线方向线方向进入，进口的气速约为气速约为1520m/s。气体在器内按螺旋形路线螺旋形路线向器底向器底旋转，到达底部后折折而

7、向上而向上，成为内层的上旋内层的上旋的气流，称为气气芯芯，然后从顶部的中央排气中央排气管管排出。气体中所夹带的尘粒逐渐沉降沉降到器壁到器壁，碰到器壁后落下，滑向滑向出灰口出灰口。2022-8-8旋风分离器工作原理示意图旋风分离器工作原理示意图外旋气流外旋气流气芯气芯2022-8-8 喷雾干燥流程图喷雾干燥流程图 2022-8-8流化床干燥器流化床干燥器干料干料2022-8-84、旋风分离器的性能、旋风分离器的性能旋风分离器性能的主要操作参数为：（1）气体处理量；）气体处理量；（2）临界粒径；）临界粒径；（3）分离效率；）分离效率；（4）气体通过旋风分离器的压强降。）气体通过旋风分离器的压强降。

8、2022-8-8气体处理量计算关系式气体处理量计算关系式：（高度）（宽度）hbuqiV（1）气体处理量）气体处理量表明设备生产能力生产能力的参数旋风分离器的处理量由旋风分离器的尺寸尺寸（大小）以及入口的气速决定气速决定；进口的气速一般为气速一般为1520m/s（否则产生的阻力太大），因此，欲增大生产能力，只有增大设备的尺寸。有关说明有关说明2022-8-8（2）临界粒径）临界粒径【定义定义】理论上在旋风分离器中能完全分离完全分离下来的最小颗粒直径最小颗粒直径，用dpc表示，表明设备的分离效果分离效果。【计算公式计算公式】对于一定的设备，某尺寸的颗粒所需的沉降时间沉降时间t恰好等于停留时间恰好等

9、于停留时间，该颗粒的直径即临界粒径。据此可推得：iPpcunbd)(9临界粒径的计算式临界粒径的计算式 其中气体在器内旋转圈数n经常取5。2022-8-8（3）推导临界粒径计算公式的几点假设）推导临界粒径计算公式的几点假设进入旋风分离器的气流严格按照螺旋形路线作等等速运动速运动，且切线速度恒定，等于进口气速进口气速ut=ui；颗粒沉降过程中所穿过的气流厚度为进气口宽度气流厚度为进气口宽度b；颗粒在层流区内层流区内做自由沉降自由沉降，径向（沉降）速度可用下式表示：rudutPPr22182022-8-8【两点说明两点说明】导出该式的假定很勉强假定很勉强，故只属粗略估算粗略估算。在处理量一定的情况

10、下，临界粒径随分离器尺寸临界粒径随分离器尺寸的增大而增大的增大而增大，除尘效果随分离器尺寸的增大而减除尘效果随分离器尺寸的增大而减小。小。所以，当气体处理量很大时，常将若干个小尺寸的旋风分离器并联使用（称为旋风分离器组旋风分离器组），以维持较高的除尘效果。iPpcunbd)(92022-8-8含尘气体入口含尘气体入口净化气体出口净化气体出口2022-8-8旋风分离器组的使用旋风分离器组的使用2022-8-82022-8-82022-8-8【总效率总效率o】进入旋风分离器的全部粉尘全部粉尘中被分离下来的粉尘的质量分率：质量分率：%1001210CCC【粒级效率粒级效率pi】进入旋风分离器的粒径为

11、粒径为di的颗粒被分离下来的质量分率质量分率：%100121iiipiCCC式中C1、C2 分别为旋风分离器进、出口颗粒的质量浓度质量浓度。（3）分离效率）分离效率2022-8-8（1）粒级效率pi与颗粒直径di 的对应关系曲线称为粒级粒级效率曲线效率曲线。（2）由曲线可以看出：粒径越小，效粒径越小，效率越低率越低。【粒级效率的表示方法粒级效率的表示方法粒级效率曲线粒级效率曲线】粒级效率曲线粒级效率曲线2022-8-8（4）气体通过旋风分离器的压强降）气体通过旋风分离器的压强降【定义定义】气体在旋风分离器的入口与出口的压强入口与出口的压强差差称为气体通过旋风分离器的压强降，用p表示，单位为Pa

12、。气体通过旋风分离器时产生压强降的原因气体通过旋风分离器时产生压强降的原因A.由于进气管、排气管及主体器壁所引起的摩擦阻摩擦阻力力；B.气体流动时的局部阻力局部阻力；C.气体旋转所产生的动能损失动能损失。2022-8-8压强降的计算公式压强降的计算公式【依据依据】实验发现实验发现：气体通过旋风分离器的压力压力损失与其进口气体的动压头成正比损失与其进口气体的动压头成正比，据此可得：式中 ui入口气速；气体密度；阻力系数。22iup压强降的经验计算公式压强降的经验计算公式2022-8-8阻力系数阻力系数的获取的获取 一般情况下，阻力系数要依据不同的设备用实验测实验测定定，由生产厂家提供。对于标准型

13、标准型旋风分离器，亦可用经验公式计算经验公式计算：216dhb或HLdDbh2302022-8-8压强降的特点压强降的特点由于旋风分离器各部分的尺寸互成比例，故阻力阻力系数与旋风分离器的大小无关系数与旋风分离器的大小无关。如标准型：0.8)2(42161622DDDdhb只要进口气速ui 相同，不管多大的旋风分离不管多大的旋风分离器，其压强降都相同器，其压强降都相同。（据此，旋风分离器往往很大）结论结论2022-8-8规格型号规格型号进口风速进口风速 m/s风量风量 m3/h阻力阻力 Pa外形尺寸外形尺寸 mm(长长宽宽高高)重量重量 kgCZT-3.91115790-1080750-1470

14、462450175091CZT-5.111151340-1820750-14706004802140152CZT-5.911151800-2450750-1470698670255180CZT-6.711152320-3170750-14707907682890253CZT-7.811153170-4320750-14709209003310338CZT-9.011154200-5700750-1470106210403750420旋风分离器的技术规格旋风分离器的技术规格 2022-8-8大型旋风分离器大型旋风分离器2022-8-85、旋风分离器的特点、旋风分离器的特点（1）结构简单，易于制造

15、、安装和维护管理，设备投资和操作费用都较低。（2）在普通操作条件下，作用于粒子上的离心力是重力的52500倍（离心分离因素离心分离因素），所以旋风除尘旋风除尘器的效率显著高于重力沉降室器的效率显著高于重力沉降室。（3）大多用来去除3m以上的粒子，并联的多管旋风除尘器装置对3m的粒子也具有8085%的除尘效率。2022-8-8四、旋液分离器四、旋液分离器【定义定义】旋液分离器又称水力旋流器水力旋流器，是利用离心沉降原理从悬浮液中分离固体颗粒从悬浮液中分离固体颗粒的设备。1、旋液分离器的结构、旋液分离器的结构（1）进料管；（2）溢流管；（3）圆筒；（4）锥型筒；（5）底流管。2022-8-8旋液分

16、离器实物图旋液分离器实物图圆筒圆筒进料管进料管溢流管溢流管锥型筒锥型筒底流管底流管2022-8-82、旋液分离器的工作原理、旋液分离器的工作原理悬浮液经入口管沿切向进入沿切向进入圆筒部分；向下作螺旋螺旋形形运动，固体颗粒受惯性离心力作用被甩向器壁，随下旋流降至锥底的出口，由底部排出的增浓液称为底流底流；清液或含有微细颗粒的液体则为上升的内旋流内旋流，从顶部的中心管排出，称为溢溢流流。2022-8-8工业水送至配碱岗位回收液送盐水工序效蒸发器1台1台2台1台盐碱盐浆碱碱碱碱二次蒸气二次蒸气0.30.5Mp饱和水蒸气电解液电解液大罐电解液大罐加料泵螺旋式预热器螺旋式预热器效蒸发器效蒸发器效蒸发器旋

17、液分离器旋液分离器中间槽段蒸发器浓碱槽冷却器澄清槽高位槽离心机离心机化盐槽加料槽 烧碱生产蒸发流程图烧碱生产蒸发流程图 2022-8-8安装在管路上的旋液分离器安装在管路上的旋液分离器2022-8-8 结构特点是直径小而圆锥部分长直径小而圆锥部分长。其原因是：（1）因为液固密度差比气固密度差小，在一定的切线进口速度下，较小的旋转半径较小的旋转半径可使颗粒受到较大的离心力而提高沉降速度提高沉降速度；（2）减少了沉降距离，缩短了沉降时间缩短了沉降时间；（3）锥形部分加长可增大液流的行程，从而延长了延长了悬浮液在器内的停留时间悬浮液在器内的停留时间，有利于液固分离。【旋液分离器的结构特点旋液分离器的

18、结构特点】2022-8-8五、沉降式离心机五、沉降式离心机【定义定义】利用惯性离心力分离非均相混合物（悬浮悬浮液或乳浊液液或乳浊液）的机械。【特点特点】离心力是由设备（转鼓）本身旋转而产由设备（转鼓）本身旋转而产生的生的。由于离心机可产生很大的离心力很大的离心力，故可用来分离用一般方法难于分离的悬浮液或乳浊液悬浮液或乳浊液。沉降式离心机的鼓壁上没有开孔鼓壁上没有开孔。（鼓壁上开孔的为离心过滤机离心过滤机）1、什么是沉降式离心机？、什么是沉降式离心机？2022-8-82、沉降式离心机的操作分类、沉降式离心机的操作分类【离心沉降机离心沉降机】（1）被处理物料为悬浮液悬浮液；（2）密度较大的颗粒沉积

19、于转鼓内壁颗粒沉积于转鼓内壁，液体集中于中央并不断引出，此操作为离心沉降；【离心分离机离心分离机】（1）被处理物料为乳浊液乳浊液；（2）两种液体按轻、重分层按轻、重分层，重者在外，轻者在内，各自从不同的位置引出，此操作为离心分离。2022-8-83、管式离心机、管式离心机管式离心机的结构管式离心机的结构 驱动装置驱动装置机架机架机壳机壳转鼓转鼓2022-8-8驱动装置驱动装置机架机架机壳机壳转鼓转鼓2022-8-8管式离心机的分类管式离心机的分类【根据分离对象根据分离对象】【GF型型】用于处理乳浊液乳浊液而进行液液分离分离操作；【GQ型型】用于处理悬浮液悬浮液而进行液固分离的澄清澄清操作。【特

20、点特点】（1）用于液液分离操作是连续连续的；（2）用于液固澄清操作是间歇间歇的；（3）澄清操作时沉积在转鼓壁上的沉渣由人工排除沉渣由人工排除。2022-8-8【根据分离因数根据分离因数】（1）常速离心机常速离心机 Kc3103（一般为6001200）（2）高速离心机高速离心机 Kc31035104（3）超高速离心机超高速离心机 Kc5104 2022-8-8GF型型GQ型型GQ型型上部只有上部只有一个液相一个液相出口出口GF型上部型上部两侧有重液相两侧有重液相和轻液相出口和轻液相出口2022-8-8管式离心机转鼓的结构特点管式离心机转鼓的结构特点【结构结构】离心机的转鼓由三部分组成三部分组成，

21、即：（1）顶盖；（2）带空心轴的底盖；（3）管状转筒。顶盖顶盖管状转筒管状转筒底盖底盖空心轴空心轴2022-8-8（1）管状转筒为细长型细长型。加长转鼓长度的目的目的在于增加物料在转鼓内的停留时间。（2）管内有三叶板三叶板，带动混合物旋转；（3）转鼓通常悬挂于离心机上端上端的挠性驱动轴上，其下部下部有进料口有进料口（底盖的空心轴）。【特点特点】2022-8-8【说明说明】G F 型型 顶 盖有重液相和轻液相出口，G Q 型型 顶盖只有一个液相出口。数值表示转数值表示转筒直径筒直径2022-8-8轻液出口轻液出口在内在内重液出重液出口在外口在外GF型顶盖局部放大图型顶盖局部放大图2022-8-8

22、乳浊液在表压乳浊液在表压0.0250.03MPa作作用下，由底盖的空用下，由底盖的空心轴送入转鼓。心轴送入转鼓。轻液出口轻液出口在内，重液在内，重液出口在外。出口在外。管式离心机的工作原理管式离心机的工作原理2022-8-8悬浮液在表压悬浮液在表压0.0250.03MPa作用下，作用下，由底盖的空心轴送入由底盖的空心轴送入转鼓。转鼓。液体自顶盖液体自顶盖出口流出出口流出微粒附着于微粒附着于鼓壁上，一鼓壁上，一定时间后停定时间后停车取出车取出2022-8-8（1）管式离心机转鼓直径小，转速高直径小，转速高，一般为15000rmin；（2）分离因数大分离因数大，可达50000，为普通离心机的824

23、倍。因此分离强度高，可用于液液分离液液分离和微粒微粒较小的悬浮液较小的悬浮液的澄清。管式离心机的技术特点管式离心机的技术特点2022-8-8管式离心机的技术规格管式离心机的技术规格 型号型号 名称名称GF-105型型GF-150转鼓直径转鼓直径mm105150高高mm750750转速转速(rmin)1500013500液面上沉降面积液面上沉降面积m20.0710.118液面处分离因数液面处分离因数1300015835鼓壁处分离因数鼓壁处分离因数37805400转鼓壁厚转鼓壁厚mm57.5操作体积操作体积L6.311装卸限度装卸限度/kg1015电机功率电机功率/kW2.87分离乳浊液分离乳浊液

24、连续操作连续操作连续操作连续操作分离悬浮液分离悬浮液间歇操作间歇操作间歇操作间歇操作2022-8-8碟式离心机的结构碟式离心机的结构【特点特点】（1）碟式分离机是立式离心机立式离心机；（2）转鼓装在立轴上上端端，通过传动装置由电动机驱动而高速旋转。电动机电动机转鼓转鼓传动轴传动轴机壳机壳4、碟式离心机、碟式离心机2022-8-8碟式离心机的分类碟式离心机的分类 蝶式离心机蝶式离心机蝶式离心分离分离机用于分离乳浊液乳浊液。蝶式离心澄清澄清机用于分离悬浮液悬浮液。2022-8-8 碟式离心机碟式离心机电动机电动机机壳机壳2022-8-8碟式离心机转鼓的结构碟式离心机转鼓的结构 机壳机壳碟片碟片【说

25、明说明】机壳内有30150个形状和尺寸相同的锥形碟片；（2）锥角为60120、直径为200800mm；（3）碟片之间的间隙用碟片背面的狭条狭条来控制，一般碟片的间隙约0.151.3mm。2022-8-8【离心分离机离心分离机】（1）每只碟片在离开轴线一定距离的圆周上开有许多对称分布的圆孔对称分布的圆孔；（2）碟片叠置起来时，对应的园孔就形成垂直的通垂直的通道道；（3）在转鼓的上方有轻、重液出口轻、重液出口；【离心澄清机离心澄清机】（1）碟片上没有圆孔没有圆孔；（2）在转鼓的上方只有澄清液出口澄清液出口，侧面开有沉渣沉渣排出口排出口。离心分离机与离心澄清机的结构区别离心分离机与离心澄清机的结构区

26、别2022-8-8 离心澄清机离心澄清机【特点特点】离离心澄清机心澄清机转鼓的上方只有澄澄清液出口清液出口，侧面开有沉渣排沉渣排出口出口。悬浮液悬浮液进口管进口管澄清液澄清液出口管出口管沉渣沉渣排出管排出管2022-8-8 离心分离机离心分离机【特点特点】离离心分离机心分离机转鼓的上方有轻、重液出口。乳浊液乳浊液进口管进口管轻、重轻、重液出口管液出口管2022-8-8 离心分离机的转鼓结构离心分离机的转鼓结构圆孔圆孔垂直通道垂直通道轻液出口轻液出口在内在内重液出口在外重液出口在外乳浊液乳浊液入口入口【说明说明】离心澄离心澄清机清机的碟片上没有圆孔。2022-8-8锥形碟片锥形碟片圆孔圆孔定距狭

27、条定距狭条【碟片数据碟片数据】锥角为60120；直径为200800mm；间隙约0.151.3mm；数目30150个。2022-8-8离心澄清机的工作原理离心澄清机的工作原理 具有一定压一定压力和流速力和流速的悬悬浮液浮液进入离心澄清机后，从从碟片组外缘进碟片组外缘进入入各相邻碟片间的薄层隙道中，被带着高速旋转。固体颗粒固体颗粒获得的离心沉降速度大于后续液体的流速，则向外运动向外运动，经排渣口排出。液体液体获得的离心沉降速度小于后续液体的流速，则在后续液体的推动下被迫反方向向轴心方向流动向轴心方向流动，经液相出口排出。2022-8-8离心分离机的工作原理离心分离机的工作原理 具有一定一定压力和流

28、速压力和流速的乳浊液进入离心分离机后，通过通过碟片上圆孔碟片上圆孔形成的垂直形成的垂直通道进入碟通道进入碟片间的隙道片间的隙道后，被带着高速旋转。密度大的液体密度大的液体获得的离心沉降速度大于后续液体的流速，向外运动向外运动，连续向鼓壁沉降向鼓壁沉降，经汇集后由重液出口重液出口连续排出。密度小的液体密度小的液体获得的离心沉降速度小于后续液体的流速，向轴心方向轴心方向流动向流动，连续由连续由轻液出轻液出口口被排出被排出。2022-8-8碟式分离机主要应用领域碟式分离机主要应用领域（1）矿物油行业：船舶主机、陆用柴油机、电站等燃油和润滑油的净化；（2）乳制品行业：鲜牛乳的澄清和净化、脱脂；（3）植物油行业：棕榈油的净化和澄清，植物油精炼的脱胶、脱皂、脱水和脱蜡等；（4）饮料制品行业：啤酒、果汁、饮料等澄清，植物蛋白的提取、废水处理等；生物工程发酵液的澄清；2022-8-8（5）淀粉行业：淀粉浆的浓缩和分级；（6）制药行业：抗生素类、生化制药类药剂萃取过程中的净化或澄清，中药药剂的澄清等；（7）化工行业：化工原料的净化或澄清；（8）羊毛脂行业：从洗毛污水中提取和净化羊毛脂；（9）胶乳行业：净化和浓缩天然橡胶乳浆；（10）其他行业：如实验室、石油、焦化、高岭土、纸浆回收、电解液处理、废水处理、环保等，以及动植物蛋白的提取、动物脂肪的提取及精炼、混合脂肪酸的分离。