1第一篇气固分离设备讲解
气固分离设备
收尘器 状态
机械振打、电磁振打、压缩空气振打等
按清灰方法
湿式电 收下的烟尘呈泥浆 ① 操作温度较低，烟气预先冷却使温度降至40～70℃，然后进入电
收尘器。② 设备须防腐③ 清洗收尘电极采用连续供水方式，清洗
收尘器 状
电晕电极采用定期供水方式
用于烟气制硫酸过
程捕集酸雾，收下 ① 操作温度在50℃以下② 收尘电极和电晕电极需防腐蚀③ 清洗收
电除雾器
的物料为硫酸和泥 尘电极和电晕电极都采用定期供水方式
浆
立式电 烟气流动方向与地 ① 烟气分布不易均匀② 占地面积小③ 烟气出口设在顶部，可节约
收尘器 面垂直
管道
按烟气流向
/JPKC2007/hunan/yjsbx/content/skja/z/3.htm（第 6／8 页）2010-11-17 15:57:26
3.2.2 惯性收性器 惯性收尘原理（如图1-3-2） 含尘气流进入惯性收尘器内与挡板相遇时，气流方向急剧改变，而颗粒因惯性力和 离心力的作用，不能与气流同样改变方向，同挡板碰撞与气流分离，从而被捕集下 来。这种利用颗粒惯性使其与气流分离的收尘方法称为惯性收尘。 颗粒的惯性愈大，即颗粒粒径、密度和气速愈大，惯性收尘效率愈高。
第3章
本章重点 本章难点 主要内容 习题及思考题
3 气固分离设备
【本章重点】
（1）沉降除尘设备的工作原理，及其设备分类。 （2）布袋收尘、电收尘器的工作原理及应用，设备选择计算。
返回
【本章难点】
（1）沉降终速与收尘效率之间的关系 用气固两相流的概念回顾固体颗粒在流体中行为，并分别讨论其在重力场和离心场中的沉降速度，比较重力收尘器和旋 风收尘器的收尘效力。 （2）电收尘器的工作原理 电收尘是使含尘气体通过高压直流静电场，利用静电分离原理分离烟尘和气体的过程。电收尘一般分为四个过程：气体 电离、颗粒荷电、荷电烟尘运动和荷电颗粒放电。
旋风分离器气固两相流数值模拟及性能分析共3篇
旋风分离器气固两相流数值模拟及性能分析共3篇旋风分离器气固两相流数值模拟及性能分析1旋风分离器气固两相流数值模拟及性能分析旋风分离器是一种广泛应用于化工、环保、电力等领域的气固分离设备，其利用离心力将气固两相流中的颗粒物分离出来，一般被用作除尘和粉尘回收设备。
本文将介绍旋风分离器的气固两相流数值模拟及性能分析。
气固两相流是指气体与固体颗粒混合物流动的状态。
旋风分离器中的气固两相流在进入设备后，经过导流装置后便会进入旋风筒，此时气固两相流呈螺旋上升流动状态，颗粒物受到离心力的作用被抛向旋风筒壁，而气体则从旋风筒顶部中心脱离，从出口排放。
因此，旋风分离器气固两相流的流体物理特性显得尤为重要。
本文采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）方法对旋风分离器气固两相流进行数值模拟。
对于气体流动部分，采用了二维轴对称的控制方程式，包括连续性方程、动量方程和能量方程，而对于颗粒物流动部分，采用了颗粒物轨迹模型（Particle Tracking Model，PTM）。
在数值模拟过程中，采用了FLUENT软件进行求解，其中的数值算法采用双重电子数法（Electron Electrostatic Force Field，E3F2）。
数值模拟结果显示，在旋风分离器中，气体的流速主要集中在筒壁附近，而在离筒中心较远的地方，则流速较慢，颗粒物则以螺旋线的方式向旋风筒壁移动，并沿着筒壁向下运动。
颗粒物在旋风筒中受到离心力的作用后，其分布状态将随着离心力的变化而变化，最终沉积在筒壁处。
数值模拟结果还表明，旋风分离器的分离效率随着旋风筒直径的增加而增加。
为了验证数值模拟结果的可信度，实验室制作了一个小型旋风分离器进行了实验研究。
实验结果表明，数值模拟与实验结果相比较为一致，通过数值模拟可以较好地描述旋风分离器中气固两相流动的情况并用于性能预测。
综合来看，数值模拟是一种较为有效的旋风分离器气固两相流性能分析方法，可以较好地预测旋风分离器的分离效率和颗粒物的分布状态，为旋风分离器的设计和优化提供了有力支持综上所述，本文利用数值模拟方法和实验研究相结合的方式，对旋风分离器的气固两相流动性能进行了分析。
9粉体工程-气固分离设备
2.1.3 压降
除尘器内的压力 分布 pressure distribution
压 力 分 布
全压
静压
2.2 影响旋风除尘器效率的因素
2.2.1二次效应 —所谓二次效应是指被捕集的粒子重新进入气 流的运动。 在较小粒径区间内，理应逸出的粒子由于聚 集或被较大尘粒撞向壁面而脱离气流获得捕 集，实际效率高于理论效率。
3.4.3气体的温度 研究表明： 1）从总的效果来看，进入电收尘器的气体温度 低些有利于提高其收尘效率。 2）气体的温度不能低到气体的露点。
问题： 1、为什么进入电收尘器的气体温度低些有利于 提高其收尘效率？ 1）温度对比电阻的影响 2）温度对气体粘度的影响 3）温度对气体击穿电压的影响
3.3 电收尘器的构造
电收尘器本体：包括电晕极、 电收尘器本体 集尘极、振打装置、气体均布 装置、电除尘的壳体、保温箱 电源和整流机组
3.3.1电晕极 （1）电晕极应满足的基本条件： 1）放电强度高，电晕电流大； 2）起晕电压低，击穿电压高； 3）机械强度大，耐腐蚀
（2）电晕极的组成： 电晕极系统主要包括电晕线、电晕极框架、 框架悬吊杆、支撑绝缘套管、电晕极振打装置 等。
3.3.2集尘极 （1）集尘极应满足的基本条件 1）电场强度及电流分布均匀性好； 2）消耗金属少，制造及安装精度低； 3）防止粉尘二次飞扬的性能好； 4）振打性能好； 5）具有足够的机械强度和刚度；
（2）集尘极的形状 板式集尘极通常由几块长条板安装在一个悬挂 架上组成一排，一个电除尘器可由多排集尘极板 组合而成。相邻两排中心距为250～350mm。
2.1 工作原理
2.1.1 除尘器内气流与尘粒的运动 气流从宏观上看可归结为三个运动：外涡旋 、内涡旋、上涡旋。
气相色谱分离理论一气固及气液色谱分离原理二塔板_OK
分经过反复多次的分配平衡之后，达到分离的目 的； ➢通过计算理论塔板数和理论塔板高度来评价色 谱柱的柱效能。
7
在塔板理论中，组分在柱内每达成一次
分配平衡所需要的柱长，称为理论塔板高度，
用H表示。
在一定长度的色谱柱内，组分在两相之间
分配达到平衡的总次数称为理论塔板数，用
5.2 气相色谱分离理论
一、气固及气液色谱分离原理 二、塔板理论及柱效能指标 三、速率理论 四、色谱柱的总分离效能指标——分离度
1
一、气固及气液色谱分离原理
1.气固色谱分离原理 气固色谱是以气体作为流动相，以固体吸附剂作
为固定相的色谱分析方法。
混合 吸附剂 组分
载气 吸附
脱附
吸附剂
吸附 载
组分实现分离
中溶解度的差异实现组分的 分离。
5
二、塔板理论及柱效能指标
1.塔板理论
1952年，Martin等人提出的塔板理论将一
根色谱柱当作一个由许多塔板组成的精馏塔
，用塔板概念来描述组分在柱中的分配行为
。
塔板是从精馏中借用的，是一种半经验理
论。
6
塔板理论假定：
➢色谱柱内存在许多塔板，塔板之间是不连续； ➢组分在各塔板内两相间的分配瞬间达到平衡，
和有效塔板数以及色谱柱长度。
22
15
气相传质阻力项（Cgμ 项）
气相传质阻力项是指组分分子从气相移 动到固定液表面，以便在气液两相间进行质 量传递时所受到的阻力。
Cg
0.01k
2d
2 f
(1 k)2 Dg
16
由上式可知，影响气相传质阻力项的因素 包括： （1）载气流速。 （2）填充物的粒度。 （3）载气性质。 （4）柱温、柱压。
第一节 气固分离
KC
g
称为离心分离因数是表示离心力大小的指标。
2-4离心沉降速度 • 颗粒在离心力场中沉降时，在径向沉降方向上所 受的作用力有 1 3 FC d P P r 2 • 离心力
6
• 浮力（向中心） • 阻力（向中心）
F向
6
d p r 2
3
2
dr 2 2 d u d p F阻 A 2 4 2
图3－3 降尘室的计算
•
含尘气体进入降尘室后，因流道截面积 扩大而流速u降低。只要气体从降尘室进口 流到出口所需要的停留时间等于或大于尘 粒从降尘室的项部沉降到底部所需的沉降 时间，则尘粒就可以分离出来。 • 为提高降尘室的生产能力，可在降尘室内 设置水平隔板构成多层降尘室，每层高度 为25~100mm，颗粒沉降到各层隔板表面， 使出灰不太方便。
2-2 离心沉降 离心沉降：依靠离心力的作用而实现的沉降过程。图3 －4 转筒内颗粒在流体中的运动 图3－4所示的以一定角 速度旋转的圆筒，筒内装 F阻 F离 有密度为ρ 、粘度为μ 的 F向 液体。液体中悬浮有密度 为ρ p、直径为dp、质量 为m的球形颗粒。假设筒 内液体与圆筒有相同的转 图3－4 转筒内颗粒在流体 数。当站在旋转轴上观测颗 中的运动 粒的运动，
二、结构型式 • 旋风分离器是一种较为常见的通用设备， 己定型生产，可以从有关手册中查到其主 要结构尺寸及性能。 • 中国生产的旋风分离器型号有CLT、 CLT/A、CLT/A、CLP/B及扩散式等。 CLT是最原始的旋风分离器，目前己被沟 汰。上述代号中，C表示除尘器，L表示离 心式，A、B表示产品的类别。
三、分离设备
• 3-1降尘室(重力沉降设备) • 利用重力沉降从含尘气体中分离出尘粒的设备。 预分离器，粒径大于50μm。 • 重力沉降分离器，依流体流动方式可分为水平流 动型与上升流动型。本节介绍最典型的水平流动 型降尘室的操作原理。降尘室的示意图，如图3 －2所示。
化工工艺中的气固分离技术
废气处理：去 除工业废气中 的颗粒物，减
少环境污染
烟气脱硫：去 除烟气中的二 氧化硫，减少
酸雨形成
粉尘收集：收 集工业生产过 程中的粉尘， 防止粉尘扩散
固废处理：处 理工业固体废 物，减少对环
境的影响
煤炭燃烧：用于去除烟气中的颗粒物，减少环境污染
石油炼化：用于分离原油中的气体和固体杂质，提高石油品质
气固分离技术：利用气体和固体之 间的物理或化学性质差异进行分离
比较：气固分离技术具有高效、节 能、环保等优点，但需要特定的设 备和工艺条件
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
其他分离技术：如液液分离、液固 分离、气液分离等
结合应用：气固分离技术与其他分 离技术可以结合使用，以提高分离 效率和降低能耗
气固分离技术的实 际案例分析
原理：利用气体和固体之间的密度差异，通过重力、离心力、静电力等作用，实现气体和固体 的分离。
特点：高效、节能、环保，适用于各种气体和固体的分离。
应用：广泛应用于化工、冶金、环保等领域。
发展趋势：随着科技的发展，气固分离技术不断改进和创新，以满足不同行业的需求。
气固分离技术的常 见应用场景
提高生产效率：气固分离技术可以 快速有效地分离气体和固体，提高 生产效率。
提高产品质量：气固分离技术可以 保证产品质量，提高产品竞争力。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
降低能耗：气固分离技术可以减少 能源消耗，降低生产成本。
减少环境污染：气固分离技术可以 减少废气、废渣等污染物的排放， 降低对环境的影响。
添加标题
实际效果：经过气固分离技术的处理，废气中的有害物 质去除率达到90%以上，大大减少了对环境的污染
气固分离装置(1)
气固分离装置气力输送是气固两相流体，输送到尾端时固体散料落进接收设备而气体则排空或者回收再利用，这就需要气固分离设备将固体散料与气体分离开来。
1，正压输送系统所用气固分离装置：是指低中压稀相正压输送和高压密相正压输送，气固分离装置包括布袋除尘器、旋风分离器、沉降式大型料仓（惯性除尘器）、湿法洗涤除尘设备，以上这些设备都是除尘系统的专用设备，气力输送系统中所使用的气固分离设备则借用了这些除尘系统的专用设备，也就是说气力输送中所使用的气固分离设备就是使用了没有经过任何改动的布袋除尘器、旋风分离器、惯性除尘器和湿法洗涤除尘设备。
1.1气固分离装置工作原理：A，布袋除尘器：以针刺毡布袋过滤粉尘，通常采用脉冲反吹进行清灰，详见附录，布袋属于深层过滤，也就是类似“棉被”，粉尘进入“棉被”内部达到一定数量后，“棉被”就会形成依靠粉尘过滤的过滤层将粉尘阻挡在布袋的外面，气体则穿过布袋而排空，以此达到气固分离之目的。
布袋除尘器的处理风量能力正比于其布袋总过滤面积，一般每平方米过滤面积所对应的能够处理输送风量为15~60 Nm3/h，如果粉尘浓度高应该适当加大过滤面积。
如果超细粉尘含量多则应该选择覆膜布袋或加厚布袋。
B, 旋风分离器：含物料的气固两相流体切向进入旋风分离器的圆形筒体，由于离心力的作用密度大的物料流会沿着圆形筒体的内壁旋转并一边旋转一边逐渐下落并由筒体的底部排出，而密度小的气体则被挤压到中部，气体一边旋转一边逐渐上升并由上口排空，以此达到气固分离之目的。
风量不变时增大旋风分离器的直径则离心力减小旋风分离效果变差。
旋风分离器的直径减小则处理量变小且大量物料短路从排空口排出跑灰。
因此使用旋风分离器时其尺寸必须适合所需处理的风量。
具体尺寸应该参考“除尘设备”书籍有关旋风分离器章节选取。
旋风分离器的进口风速一般在10-15米每秒，风速太高则出现混乱的扰流失去依靠离心力进行气固分离的作用，风速太低则离心力减小旋风分离效果变差。
气固分离设备
气固分离设备(总5页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除1.气固分离器工业上实用的气固分离设备一般可归纳为四大类：重力沉降器的结构最简单，造价低，但气速较低，使设备很庞大，而且一般只能分离100μm以上的粗颗粒。
若利用惯性效应使颗粒从气流中分离出来，就可大大提高气流速度，使设备紧凑，这便是惯性分离器，常可作为含尘量高的气体预处理用。
若再使气流做高速旋转，则颗粒可受到几千倍于重力的离心力，可分离5-10μm 左右的颗粒，这就是各种旋风分离器。
这类靠机械力将颗粒从气流中分离出来的设备，造价不高，维护简单，应用广泛。
过滤法可将0.1-1μm微粒有效地补集下来，只是滤速不能高，设备庞大，排料清灰较困难，滤料易损坏。
电除尘对0.01-1μm微粒有很好的分离效率，但要求颗粒的比电阻值在104-5×104Ω.cm间，所含颗粒浓度一般在30g/Nm3以下为宜。
该设备造价高，操作管理的要求也高。
重力沉降器是一种只依靠颗粒在重力场中发生的沉降作用而将颗粒从气流中分离出来的设备，典型结构如下：设入口含尘气流内颗粒沿入口截面上市均匀分布的，进入沉降器后，气速变小，一般属于层流范围，颗粒则在重力场作用下逐渐沉降下来沉寂在器的下部而被带走。
惯性分离器在惯性分离器内，主要是使气流急速转向，或冲击在挡板上再急速转向，其中颗粒由于惯性效应，其运动轨迹便会偏离气流轨迹，从而使两者获得分离。
气流速度高，这种惯性效应就打，所以这种分离器体积不会太大，可捕集到30-40μm的颗粒。
无分流式惯性分离器，下图入口气流作为一个整体，依靠较为急剧的转折，使颗粒在惯性效应下分离出来，结构简单，但分离效率不高。
分流式惯性分离器：为使任意一股都有同样的较小回转半径及较大回转角，可以采用各种挡板结构，最简单如下百叶窗式挡板。
提高气流在急剧转折前得速度，可以有效提高分离效率，但如果过高又引起颗粒二次飞扬，一般选用12-15m/s。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Fd与颗粒运动的方向相反。
u
只要颗粒与流体之间有相对 运动，就会产生阻力。
对于一定的颗粒和流体，只 要相对运动速度相同，流体对 颗粒的阻力就一样。
2018年10月23日7时49分
流体绕圆球颗粒的流动
第一篇 气固分离概述
2
第一章 固体颗粒及其特性
一、颗粒运动时的阻力 阻力定义式：
Fd A
故属于过渡区，与假设相符。 反之，当已知沉降速度，求颗粒直径时，也需要试差计算。
第一篇 气固分离概述
2018年10月23日7时49分
13
第一章 固体颗粒及其特性
已知一密度为3000kg/m3的球形颗粒在20℃的水中的终端沉降 速度 ut =9.8×10-3m/s，试确定其粒径。
d put
)
第一篇 气固分离概述
2018年10月23日7时49分
8
第一章 固体颗粒及其特性
Fd
u
流体绕圆球的流动
Re=ρ u dp / μ
第一篇 气固分离概述
2018年10月23日7时49分
9
第一章 固体颗粒及其特性
根据阻力随颗粒雷诺数变化的规律，可分为三个区域： 斯托克斯区（10-4<Re< 1）
层流区
ut
2 dp ( s )g
18
过渡区
ut 0.27
d p ( s )g
Re0.6 t
湍流区
第一篇 气固分离概述
ut 1.74
d p ( s )g
2018年10月23日7时49分
11
第一章 固体颗粒及其特性
沉降速度的求法： 求沉降速度通常采用试差法。 ① 假设流体流动类型； ② 计算沉降速度 ut ；
第一章 固体颗粒及其特性
根据阻力随颗粒雷诺数变化的规律，可分为三个区域： 斯托克斯区（10-4<Re< 1）
24 ξ= Re
过渡区或艾仑区（ 1< Re < 103）
18.5 ξ= Re 0.6
湍流区或牛顿区（ 103 < Re < 105）
ξ = 0.44
第一篇 气固分离概述
2018年10月23日7时49分
沉降的两个阶段：加速阶段和等速阶段;
加速段时间很短，整个过程可以忽略； 等速阶段，颗粒相对流体的速度称为沉降速度； 用ut表示，也称终端沉降速度。
第一篇 气固分离概述
2018年10月23日7时49分
6
第一章 固体颗粒及其特性
一、颗粒在流体中的沉降过程
Fg Fb
6
dp pg
3
6
dp g
③ 计算Re，验证与假设是否相符；
④ 如果不相符，则转①。如果相符，OK !
第一篇 气固分离概述
2018年10月23日7时49分
12
第一章 固体颗粒及其特性
一直径为1mm、密度为2500kg/m3的玻璃球在20℃的水中沉降， 试求其终端沉降速度 ut 。
解：假设其流型属过渡区，故有：
gd ut 0.153
3
u
阻力 Fd 浮力 Fb 重力 Fg
Fd
dp 2 u 2
4 2
根据牛顿第二定律，颗粒的重力沉降运动基本方程式应为:
du Fg Fb Fd m dt
p du 3 2 ( )g u dt p 4dp p
第一篇 气固分离概述
p —颗粒密度
7
2018年10月23日7时49分
F F F
第一篇 气固分离概述
b
Fd 0
2018年10月23日7时49分
5
第一章 固体颗粒及其特性
一、颗粒在流体中的沉降过程 自由沉降：颗粒在重力作用下在无界流 体中的沉降过程，称为自由沉降 。 对单个球形颗粒的受力分析：
阻力 Fd 浮力 Fb 重力 Fg
u
合外力 Fg Fd Fb ma
第一章 固体颗粒及其特性
p du 3 2 ( )g u dt p 4dp p
当du/dt =0时，令u= ut，可得ut计算式
阻力 Fd 浮力 Fb 重力 Fg
ut
4d p p g 3
u
ξ是阻力系数，是颗粒对流体作相对运动的雷诺数Re的函数
f ( Re) f (
4
第一章 固体颗粒及其特性
一、颗粒在流体中的沉降过程 颗粒与流体在力场中作相对运动时，受到三个力的作用：
质量力 F＝ m a 浮 力 Fb= ρ g Vp 曳 力 Fd = ξ A ρ u2 /2 对于一定的颗粒和流体，重力Fg、浮力Fb一定，但曳力Fd 却随颗粒运动速度而变化。 当颗粒运动速度u等于某一数值后达到匀速运动，这时颗粒 所受的诸力之和为零。
第一章 固体颗粒及其特性
定义： 在某种力场的作用下，利用分散物质与分散介质的密度差异，
使之发生相对运动而分离的单元操作。
沉降力场：重力、离心力。 沉降操作分类：重力沉降、离心沉降。
第一篇 气固分离概述
2018年10月23日7时49分
1
第一章 固体颗粒及其特性
一、颗粒运动时的阻力
当流体相对于静止的固体颗粒流动时，或者固体颗粒在静止 流体中移动时，由于流体的粘性，两者之间会产生作用力，这 种作用力通常称为曳力或阻力。
1.6 p P 0.4 0.6 1.6 1 / 1.4
9.81 0.001 2500 998.2 0.153 0.4 3 0.6 998 . 2 ( 1 . 005 10 )
1 / 1.4
0.145m / s
校核流型，Re=ρ ut dp / μ =998.2×0.145×10-3/(1.005×10-3) =144
u 2
2
ρ——流体密度； μ—— 流体粘度； dp——颗粒的当量直径； A—— 颗粒在运动方向上的投影面积； u—— 颗粒与流体相对运动速度。 —— 阻力系数，是雷诺数Re的函数，由实验确定。
第一篇 气固分离概述
2018年10月23日7时49分
ud p f Re f
24 ξ= Re
过渡区或艾仑区（ 1< Re < 103）
18.5 ξ= Re 0.6
湍流区或牛顿区（ 103 < Re < 105）
ξ = 0.44
第一篇 气固分离概述
2018年10月23日7时49分
10
第一章 固体颗粒及其特性
将不同流动区域的阻力系数分别代入上式，得球形颗粒在各区相 应的沉降速度分别为： ：