旋風分離器的設計

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1、. 旋風分離器的設計 姓名： 顧一葦 班級： 食工0801 學號： 2008309203499 指導老師： 劉茹 設計成績： 華中農(nóng)業(yè)大學食品科學與技術學院 精品 . 食品科學與工程專業(yè) 2011年1月14日 目錄 第一章、設計任務要求與設計條件 …………………………………（3） 第二章、旋風分離器的結(jié)構(gòu)和操作……………………………（4） 第三章、旋風分離器的性能參數(shù)…………………………………（6） 第四章、影響旋風分離器性能的因素………………………………（8） 第五章、最優(yōu)類型的計算………………

2、……………………………（11） 第六章、旋風分離器尺寸說明………………………………………（19） 附錄 1、參考文獻 ………………………………………………………（20） 精品 . 任務要求 1. 除塵器外筒體直徑、進口風速及阻力的計算 2. 旋風分離器的選型 3. 旋風分離器設計說明書的編寫 4. 旋風分離器三視圖的繪制 5. 時間安排：2周 6. 提交材料含紙質(zhì)版和電子版 設計條件 風量：900m3/h ； 允許壓強降：1460Pa 旋風分離器類型：標準型 （XLT型、XLP型、擴散式）

3、 含塵氣體的參數(shù)： 氣體密度：1.1 kg/m3 精品 . 粘度：1.610-5Pas 顆粒密度：1200 kg/m3 顆粒直徑：6μm 旋風分離器的結(jié)構(gòu)和操作 原理： 含塵氣體從圓筒上部長方形切線進口進入,沿圓筒內(nèi)壁作旋轉(zhuǎn)流動。 顆粒的離心力較大，被甩向外層，氣流在內(nèi)層。氣固得以分離。 在圓錐部分，旋轉(zhuǎn)半徑縮小而切向速度增大，氣流與顆粒作下螺旋運動。 在圓錐的底部附近，氣流轉(zhuǎn)為上升旋轉(zhuǎn)運動，最后由上部出口管排出； 固相沿內(nèi)壁落入灰斗。 旋風分離器不適用于處理粘度較大，濕含量較高及腐蝕性較大的粉塵，氣量的波動對除塵效果及設備阻力影

4、響較大。 旋風分離器結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，無運動部件，操作范圍廣，不受溫度、壓力限制，分離效率高。一般用于除去直徑5um以上的塵粒，也可分離霧沫。對于直徑在5um以下的煙塵，一般旋風分離器效率已不高，需用袋濾器或濕法捕集。其最大缺點是阻力大、易磨損。 精品 . 含塵氣體 固相 凈化氣體 外螺旋 內(nèi)螺旋 外圓筒 內(nèi)圓筒 錐形筒 切向入口 關風器 (防止空氣進入) 精品 . 旋風分離器的性能參數(shù) 在滿足氣體處理量的前提下，評價旋風分離器性能的主要指標是塵粒的分離性能和氣體經(jīng)過旋風分離器的壓強降。 ①分離性能 分離性能的好壞常用理論上

5、可以完全分離下來的最小顆粒尺寸：臨界粒徑dc及分離效率η表示。 A：臨界粒徑dc：指旋風分離器能100%除去的最小顆粒直徑。 假設：在器內(nèi)顆粒與氣流相對運動為層流；顆粒在分離器內(nèi)的切線速度恒定且等于進氣處的氣速ui；顆粒沉降所穿過的最大距離為進氣口寬度B，導出臨界粒徑dc的估算式： dc=(9μB /πNeρsui)1/2 旋風分離器進口管的寬度B，標準型B=D/4;Ne:氣流的有效旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，一般0.5～3，標準型3～5，通常取5；ui進口氣體的速度(m/s)；μ:氣體粘度；ρs:固相的密度 dc愈小，分離效率愈高，由估算式可見dc隨D的加大而增大，即效率隨D增大而減小。當氣體處理量

6、很大又要求較高的分離效果時，常將若干小尺寸的旋風分離并聯(lián)使用，稱為旋風分離器組。粘度減小，進口氣速提高有利于提高分離效率。 B：分離效率：有兩種表示方法 精品 . *總效率：指被除去的顆粒占氣體進入旋風分離器時帶入的全部顆粒的質(zhì)量百分數(shù) η0=（C1-C2）/C1 C1：旋風分離器入口氣體含塵濃度；C2：旋風分離器出口氣體含塵濃度 總效率是工程上最常用的，也是最易測定的分離效率，其缺點是不能表明旋風分離器對不同粒子的不同分離效果。 *粒級效率：粒級效率指按顆粒大小分別表示出其被分離的質(zhì)量分數(shù)。 含塵氣體中的顆粒通常是大小不均的，通過旋風分離器后，各種尺寸的顆粒被分離下來的百分

7、率也不相同。通常把氣流中所含顆粒的尺寸范圍等分成幾個小段，則其中平均粒徑為di的第i小段范圍顆粒的粒級效率定義為： ηpi=（C1i-C2i）/C1i 不同粒徑的顆粒，其粒級效率是不同的。根據(jù)臨界粒徑的定義，粒徑大于或等于臨界粒徑dc的顆粒，ηp=100%。粒級效率為50%的顆粒直徑稱為分割直徑　　　　 d50=0.27［μD/ui（ρＳ－ρ）］1/2 對于同一型式且尺寸比例相同的旋風分離器，無論大小，皆可通用同一條粒級曲線。標準旋風分離器的ηp與d/d50的關系： 　　 精品 . 總效率η0=Σxiηpi，xi為進口處第i段顆粒占全部顆粒的質(zhì)量分率。 ②旋風分離器的壓強降

8、 壓強降可表示為進口氣體動能的倍數(shù)：Δp=ξρui2/2 ξ為阻力系數(shù)，對于同一型式及相同尺寸比例的旋風分離器，ξ為常數(shù)，標準型旋風分離器ξ=8，一般500～2000Pa。 影響旋風分離器性能的因素 氣流在旋風分離器內(nèi)的流動情況和分離機理均非常復雜，因此影響旋風分離器性能的因素較多，其中最重要的是物系性質(zhì)及操作條件。一般說來，顆粒密度大、粒徑大、進口氣速度高及粉塵濃度高等情況均有利于分離。如含塵濃度高則有利于顆粒的聚結(jié)，可以提高效率，而且可以抑制氣體渦流，從而使阻力下降，所以較高的含塵濃度對壓力降與效率兩個方面都是有利的。但有些因素對這兩方面的影響是相互矛盾的，如進口氣速稍高有利于分離，

9、但過高則導致渦流加劇，增大壓力降也不利于分離。因此，旋風分離器的進口氣速在10～25m/s范圍內(nèi)為宜。氣量波動對除塵效果及壓力降影響明顯。 （4）旋風分離器的結(jié)構(gòu)型式與選用 ①旋風分離器的結(jié)構(gòu)型式 旋風分離器的性能不僅受含塵氣的物理性質(zhì)、含塵濃度、粒度分布及操作條件的影響，還與設備的結(jié)構(gòu)尺寸密切相關。只有各部分結(jié)構(gòu)尺寸恰當，才能獲得較高的分離效率和較低的壓力降。近年來，為提高分離效率并降低壓降，在旋風分離器的結(jié)構(gòu)設計中，主要從以下幾個方面進行改進： 精品 . A：采用細而長的器身：減小器身直徑可增大慣性離心力，增加器身長度可延長氣體停留時間，所以，細而長的器身有利于顆粒的離心沉降，

10、使分離效率提高。 B：減小上渦流的影響：含塵氣體自進氣管進入旋風分離器后，有一小部分氣體向頂蓋流動，然后沿排氣管外側(cè)向下流動，當達到排氣管下端時匯入上升的內(nèi)旋氣流中，這部分氣流稱為上渦流。上渦流中的顆粒也隨之由排氣管排出，使旋風分離器的分離效率降低。采用帶有旁路分離室或采用異形進氣管的旋風分離器，可以改善上渦流的影響。 C：消除下旋流影響：在標準旋風分離器內(nèi)，內(nèi)旋流旋轉(zhuǎn)上升時，會將沉集在錐底的部分顆粒重新?lián)P起，這是影響分離效率的另一重要原因。為抑制這種不利因素設計了擴期式旋風分離器。 D：排氣管和灰斗尺寸的合理設計都可使除塵效率提高。 鑒于以上考慮，對標準旋風分離器加以改進，設計出一些

11、新的結(jié)構(gòu)形式。目前我國對各種類型的旋風分離器已制定了系列標準，各種型號旋風分離器的尺寸和性能均可從有關資料和手冊中查到?；ぶ袔追N常見的旋風分離器： XLT/A型：具有傾斜螺旋面進口，傾斜方向進氣可在一定程度上減小渦流的影響，并使氣流阻力較低，阻力系數(shù)ξ值可取5.0～5.5。 精品 . XLP型：XLP型是帶有旁路分離室的旋風分離器，采用蝸殼式進氣口，其上沿較器體頂蓋稍低。含塵氣進入器內(nèi)后即分為上、下兩股旋流?！芭允摇苯Y(jié)構(gòu)能迫使被上旋流帶到頂部的細微塵粒聚結(jié)并由旁室進入向下旋轉(zhuǎn)的主氣流而得以捕集，對5μm以上的塵粒具有較高的分離效果。根據(jù)器體及旁路分離室形狀的不同，XLP型又分為A和B

12、兩種形式，其阻力系數(shù)值可取4.8～5.8。 擴散式：主要特點是具有上小下大的外殼，并在底部裝有擋灰盤(又稱反射屏)。擋灰盤a為倒置的漏斗型，頂部中央有孔，下沿與器壁底圈留有縫隙。沿壁面落下的顆粒經(jīng)此縫隙降至集塵箱內(nèi)，而氣流主體被擋灰盤隔開，少量進入箱內(nèi)的氣體則經(jīng)擋灰盤頂部的小孔返回器內(nèi)，與上升旋流匯合經(jīng)排氣管排出。擋灰盤有效地防止了已沉下的細粉被氣流重新卷起，因而使效率提高，尤其對10μm以下的顆粒，分離效果更為明顯。 幾種類型旋風機分離器的主要性能列于下表： 類型 標準式 XLT/A XLP/B 擴散式 適宜進口氣速ui/(m/s) 阻力系數(shù) ζ 對粒度適應性/μm 對

13、濃度適應性/(g/m3) 10～20 8 10以上 10～18 5.0～5.5 10以上 4.0～50 12～20 4.8～5.8 5以上 寬范圍 12～16 6.5～7.0 10以下 1.7～200 ②旋風分離器的選型 精品 . 選擇旋風分離器時，首先應根據(jù)具體的分離含塵氣體任務，結(jié)合各型設備的特點，選定旋風分離器的型式，而后通過計算決定尺寸與個數(shù)。計算的主要依據(jù)有：含塵氣的體積流量；要求達到的分離效率；允許的壓力降。 由上面的計算結(jié)果可以看出，在處理氣量及壓力降相同的條件下，本例中串聯(lián)四臺與并聯(lián)四臺的效率比較接近，但并聯(lián)時所需的設備尺寸小、投資省。

14、 900 m3/s總風量下不同類型旋風分離器分離效果 標準型 Δp=ξρui2/2 取Δp=1460Pa，ξ=8.0，允許的最大氣速：ui=(2Δp/ξρ)1/2=18.2m/s 取dc=6μm，Ne=5，進氣口寬度hB=Vs/ ui = D2 /8 , D=0.33m D=4B B=0.083m 入口高度 h=D/2=0.166m 處理量= ui Bh=0.25 m3/s 臨界粒徑dc的顆粒d50=0.27［μD/ui（ρＳ－ρ）］1/2 =4.2μm d/ d50 =1.43 查詢圖（采用實際線）可知，η=0.79 精品 . 兩臺旋風分離器并

15、聯(lián) Δp=ξρui2/2 取Δp=1460Pa，ξ=8.0，允許的最大氣速：ui=(2Δp/ξρ)1/2=18.2m/s 取dc=6μm，Ne=5，進氣口寬度hB=Vs/ ui = D2 /8 , D=0.23m D=4B B=0。0575m 入口高度 h=D/2=0.115m 處理量= ui Bh= 0.12m3/s 臨界粒徑dc的顆粒d50=0.27［μD/ui（ρＳ－ρ）］1/2 =3.5μm d/ d50 =1.71 查詢圖可知，η為0.82 四臺旋風分離器并聯(lián) Δp=ξρui2/2 取Δp=1460Pa，ξ=8.0，允許的最大氣速：ui=(2Δp/

16、ξρ)1/2=18.2m/s 取dc=6μm，Ne=5，進氣口寬度hB=Vs/ ui = D2 /8 , 精品 . D=0.166m D=4B B=0。0414m 入口高度 h=D/2=0.m 處理量= ui Bh= 0.0828m3/s 臨界粒徑dc的顆粒d50=0.27［μD/ui（ρＳ－ρ）］1/2=2.9μm d/ d50 =2.07 查詢圖可知，η為0.9 XLT/A型 一臺 取Δp=1460Pa，ξ=5.2，允許的最大氣速：ui=(2Δp/ξρ)1/2=22.6m/s 取dc=6μm，Ne=5，進氣口寬度hB=Vs/ ui = D2 /8 ,

17、 D=0.297m D=4B B=0.074m 入口高度 h=D/2=0.149m 處理量= ui Bh=0.249 m3/s 臨界粒徑dc的顆粒d50=0.27［μD/ui（ρＳ－ρ）］1/2=3.5μm d/ d50 =1.71 查詢圖可知，η為0.82 兩臺旋風分離器并聯(lián) 精品 . 取Δp=1460Pa，ξ=5.2，允許的最大氣速：ui=(2Δp/ξρ)1/2=22.6m/s 取dc=6μm，Ne=5，進氣口寬度hB=Vs/ ui = D2 /8 , D=0.21m D=4B B=0。0526m 入口高度 h=D/2=0.105m 處理量= ui B

18、h= 0。125m3/s 臨界粒徑dc的顆粒d50=0.27［μD/ui（ρＳ－ρ）］1/2=3.0μm d/ d50 =2 查詢圖可知，η為0.9 四臺旋風分離器并聯(lián) 取Δp=1460Pa，ξ=5.2，允許的最大氣速：ui=(2Δp/ξρ)1/2=22.6m/s 取dc=6μm，Ne=5，進氣口寬度hB=Vs/ ui = D2 /8 , D=0.149m D=4B B=0。0372m 入口高度 h=D/2=0.0744m 處理量= ui Bh= 0.0625m3/s 臨界粒徑dc的顆粒d50=0.27［μD/ui（ρＳ－ρ）］1/2 精品 . =2.5

19、μm d/ d50 =2.4 查詢圖可知，η為0.93 XLP/B型 一臺 取Δp=1460Pa，ξ=5.3，允許的最大氣速：ui=(2Δp/ξρ)1/2=22.4m/s 取dc=6μm，Ne=5，進氣口寬度hB=Vs/ ui = D2 /8 , D=0.299m D=4B B=0.075m 入口高度 h=D/2=0.150m 處理量= ui Bh=0.252 m3/s 臨界粒徑dc的顆粒d50=0.27［μD/ui（ρＳ－ρ）］1/2 =3.6μm d/ d50 =1.67 查詢圖可知，η為0.84 兩臺旋風分離器并聯(lián) 精品 . 取Δp=14

20、60Pa，ξ=5.3，允許的最大氣速：ui=(2Δp/ξρ)1/2=22.4m/s 取dc=6μm，Ne=5，進氣口寬度hB=Vs/ ui = D2 /8 , D=0.211m D=4B B=0.053m 入口高度 h=D/2=0.106m 處理量= ui Bh=0.126 m3/s 臨界粒徑dc的顆粒d50=0.27［μD/ui（ρＳ－ρ）］1/2 =3.0μm d/ d50 =2 查詢圖可知，η為0.9 四臺旋風分離器并聯(lián) 取Δp=1460Pa，ξ=5.3，允許的最大氣速：ui=(2Δp/ξρ)1/2=22.4m/s 取dc=6μm，Ne=5，進氣口寬度hB

21、=Vs/ ui = D2 /8 , D=0.149m D=4B B=0.037m 入口高度 h=D/2=0.075m 處理量= ui Bh=0.062 m3/s 精品 . 臨界粒徑dc的顆粒d50=0.27［μD/ui（ρＳ－ρ）］1/2 =2。5μm d/ d50 =2.4 查詢圖可知，η為0.93 擴散型 一臺 取Δp=1460Pa，ξ=6。7， 允許的最大氣速：ui=(2Δp/ξρ)1/2=19.9m/s 取dc=6μm，Ne=5，進氣口寬度hB=Vs/ ui = D2 /8 , D=0.317m D=4B B=0.079m 入口高度 h=D

22、/2=0.159m 處理量= ui Bh=0.250 m3/s 臨界粒徑dc的顆粒d50=0.27［μD/ui（ρＳ－ρ）］1/2 =3.9μm d/ d50 =1.54 查詢圖可知，η為0.8 兩臺旋風分離器并聯(lián) 精品 . 取Δp=1460Pa，ξ=5.3，允許的最大氣速：ui=(2Δp/ξρ)1/2=19.9m/s 取dc=6μm，Ne=5，進氣口寬度hB=Vs/ ui = D2 /8 , D=0.224m D=4B B=0.056m 入口高度 h=D/2=0.112m 處理量= ui Bh=0.125 m3/s 臨界粒徑dc的顆粒d50=0.27［μ

23、D/ui（ρＳ－ρ）］1/2 =3.3μm d/ d50 =1.82 查詢圖可知，η為0.87 四臺旋風分離器并聯(lián) 取Δp=1460Pa，ξ=5.3，允許的最大氣速：ui=(2Δp/ξρ)1/2=19.9m/s 取dc=6μm，Ne=5，進氣口寬度hB=Vs/ ui = D2 /8 , D=0.159m D=4B B=0.040m 入口高度 h=D/2=0.079m 處理量= ui Bh=0.063m3/s 精品 . 臨界粒徑dc的顆粒d50=0.27［μD/ui（ρＳ－ρ）］1/2 =2.8μm d/ d50 =2.1 查詢圖可知，η為0.91

24、 通過比較可知使用XLT/A或XLP/B四臺并聯(lián)使用，可以得到較好分離,超過0.9. 精品 . H1 H2 S B D D1 h ui D1 XLT/A D=0.149m B=D2=0.0372m h=D1=D/2=0.0744m H1=H2=0.298m S=0.01863m XLP/B D=0.149m B=D2=0.037m h=D1=D/2=0.075m H1=H2=0.298m S=0.01863m 精品 . 參考文獻 姚玉英. 化工原理. 天津：天津大學出版社, 1999. 趙思明. 食品工程原理. 北京：科學出版社, 2009. 馬海樂. 食品機械與設備. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2004. 李功祥，陳蘭英，崔英德. 常用化工單元設備設計. 廣州：華南理工大學出版社，2003. 楊同舟. 食品工程原理. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2001. 精品 . 如有侵權請聯(lián)系告知刪除，感謝你們的配合！ 精品