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1、2010-1-28第5章1 5离心机5离心机 2010-1-28第5章2 5.1离心机的典型结构 及工作原理 5.1离心机的典型结构 及工作原理 2010-1-28第5章3 5.1.1分离的种类 及离心机的典型结构 分离的种类 及离心机的典型结构 分离的方法分离的方法 化学法化学法 物理法物理法 电学法电学法 分离物料分为分离物料分为 均一系混合物:均一系混合物:见见 非均一系混合物机械分离:非均一系混合物机械分离:见见 离心力场与重力场比较:离心力场与重力场比较:见见 适合处理的物料 :适合处理的物料 :见见 2010-1-28第5章4 5.1.2分离因数和离心力场的特点分离因数和离心力场的
2、特点 一、分离因数一、分离因数 定义定义 注意:注意: Fr是离心机的性能参数。是离心机的性能参数。 Fr,分离越快越好(分离效果好)。,分离越快越好(分离效果好)。 FrFr适合分离的物料适合分离的物料 100700100700分离1050颗粒分离1050颗粒 60010006001000织物脱水织物脱水 F更高F更高分离粒度大,高分散度分离粒度大,高分散度 g R mg mR Fr 22 = 2010-1-28第5章5 提高提高Fr的途径的途径 R R太大,转鼓受力不好。一般,高速时,太大,转鼓受力不好。一般,高速时,R小,大;小,大; 大,大,Fr,但受强度、密度的限制。,但受强度、密度
3、的限制。 比较比较 离心力场离心力场力可变,速度快;力可变,速度快; 重力场重力场力不变,速度慢。力不变,速度慢。 比较比较 离心过滤离心过滤 只有部分空间受力(转鼓),只要求转鼓的强度、密封。 简单。 只有部分空间受力(转鼓),只要求转鼓的强度、密封。 简单。 压力过滤压力过滤 所有空间受力,要求所有部件强度高,密封好。复杂。所有空间受力,要求所有部件强度高,密封好。复杂。 2010-1-28第5章6 二、转鼓内的液体回转面二、转鼓内的液体回转面 转鼓转起,取一液体微元 :转鼓转起,取一液体微元 :见图见图 边界条件:边界条件:rro,y=0。见图见图 mg mr G F dr d tg C
4、 2 = g r dr dy 2 = = C g r y+=+= 2 22 ()() 2 0 2 2 2 2 0 2 2 0 2 2 2 0 rr g y g r C C g r = = += = = += 则则 2010-1-28第5章7 特殊地,特殊地,r=r1处,得处,得 ,则,则 则则 ( () ) 2 0 2 1 2 2 rr g Hy= 2 021 2 r gH r+=+= 0 2 2 gH 01 rr 2010-1-28第5章8 三、离心液面压力三、离心液面压力 力平衡方程:力平衡方程: ()()()()dyddrrdpprdydrdrsindydrpdyrdp+=+=+ 2 2
5、 2 22 dd sin Q Crp r dr dp += = += = 2 2 2 2 2 1 2 2 rC = = 边界条件,边界条件,r=r1,p=0(即回转面),得到: ,并忽略高阶微量。 (即回转面),得到: ,并忽略高阶微量。 2010-1-28第5章9 任意任意r处,处, 鼓内壁离心压力为鼓内壁离心压力为 注意注意 此离心压力作用在鼓内壁,上盖(挡液板)、 底板上。 此离心压力作用在鼓内壁,上盖(挡液板)、 底板上。 ( () ) 2 1 2 2 2 rrp= ( () ) 2 1 2 2 2 rRp maxC = 2010-1-28第5章10 四、哥氏加速度、哥氏力四、哥氏加速
6、度、哥氏力 离心机中,质点作回转运动时所受力离心机中,质点作回转运动时所受力 见表见表 ur=0时,则时,则aK=0: 当液体相对转鼓无运动时,(当液体相对转鼓无运动时,(ur=0、 u =0、 、uZ=0),),aK=0。 当当ur=0,u 0,uZ0,aK=0。 注意注意 哥氏力的离心运动,对液滴轨迹有影响, 但一般忽略不计。 哥氏力的离心运动,对液滴轨迹有影响, 但一般忽略不计。 2010-1-28第5章11 5.1.3离心沉降的动力学基本方程和 离心沉降的分离过程 离心沉降的动力学基本方程和 离心沉降的分离过程 一、动力学基本方程一、动力学基本方程 连续方程连续方程 欧拉方程欧拉方程无
7、粘性无粘性 纳维纳维斯托克斯方程斯托克斯方程粘性粘性 二、沉降离心机转鼓内的流体流动二、沉降离心机转鼓内的流体流动 内容内容 流动特性(流动状态、流速分布)离心 机生产能力。 流动特性(流动状态、流速分布)离心 机生产能力。 有关流动特性的理论有:有关流动特性的理论有:见见 2010-1-28第5章12 三、分离机间隙内的流动三、分离机间隙内的流动 碟片间隙内液体的运动轨迹碟片间隙内液体的运动轨迹 径向速度径向速度w 周向速度周向速度wl 数数 表征碟片间隙内液体质点的运动轨迹特点。表征碟片间隙内液体质点的运动轨迹特点。 其中:其中:运动粘度运动粘度 见图见图 碟片间流体的层流流动分析:碟片间
8、流体的层流流动分析:见图见图 设,在厚度内沿碟片的平均速度为设,在厚度内沿碟片的平均速度为wl,则,则 sin h= = 2010-1-28第5章13 ,则速度梯度变大,液流失去稳定,引起湍动。,则速度梯度变大,液流失去稳定,引起湍动。 、Re都表征流体如何流动都表征流体如何流动 层流、过渡流、湍流。层流、过渡流、湍流。 流体相对速度计算公式 x点处的流体径向速度 x点处的流体周向速度 x点处的流体径向速度 x点处的流体周向速度 流体相对速度计算公式 x点处的流体径向速度 x点处的流体周向速度 x点处的流体径向速度 x点处的流体周向速度 其中: 5 ()() sineXsineww x llx
9、 +=+= ()()1+=+= coseXcoseww x lx = = h x , h x X1 见图见图 2010-1-28第5章14 四、沉降分离原理四、沉降分离原理 离心沉降:离心沉降: 固体的沉降固体的沉降介质阻止流体运动的流体力学介质阻止流体运动的流体力学 沉渣的压实沉渣的压实分散物质的力学规律分散物质的力学规律 排除分子力液体排除分子力液体 颗粒的沉降:颗粒的沉降: 集团沉降集团沉降 分散均匀,浓度大,有界限分散均匀,浓度大,有界限 自由沉降自由沉降 分散不均匀,浓度小,无界限分散不均匀,浓度小,无界限 单分散颗粒的沉降规律:单分散颗粒的沉降规律:见见 离心力场中沉降分离的极限
10、:离心力场中沉降分离的极限 :见见 2010-1-28第5章15 五、离心沉降机的生产能力五、离心沉降机的生产能力 生产能力生产能力 要求分离的最小颗粒不被带出转鼓所对 应的最大悬浮液流量。 要求分离的最小颗粒不被带出转鼓所对 应的最大悬浮液流量。qV,m3/s。 相同的相同的Fr,若,若 不同物料,则不同物料,则qV不同不同 相同物料,分离要求不同,则相同物料,分离要求不同,则qV不同。不同。 圆柱形转鼓生产能力:圆柱形转鼓生产能力:见见 锥形转鼓生产能力锥形转鼓生产能力 柱锥形转鼓生产能力柱锥形转鼓生产能力 碟片离心机生产能力:碟片离心机生产能力:见见 生产能力计算公式的修正系数:生产能力
11、计算公式的修正系数:见见 gV vq = = 2010-1-28第5章16 5.1.4过滤离心机的有关计算过滤离心机的有关计算 一、过滤机理一、过滤机理 原理原理 转速低、滤渣水分少转速低、滤渣水分少 滤渣的液体的滤渣的液体的 形态不同形态不同 示意图作用力去除方法 吸附液体吸附力 薄膜液体 薄膜加厚 分子力 毛细管液体毛细管力 自由液体自由状态 离心力去 除 几乎不能 用离心力 去除 示意图作用力去除方法 吸附液体吸附力 薄膜液体 薄膜加厚 分子力 毛细管液体毛细管力 自由液体自由状态 离心力去 除 几乎不能 用离心力 去除 2010-1-28第5章17 滤渣的形成与重力沉降比较 滤渣的压紧
12、集聚 滤渣的机械干燥 保留毛细管力、分子力 、吸附力保持的液体, 滤渣的形成与重力沉降比较 滤渣的压紧集聚 滤渣的机械干燥 保留毛细管力、分子力 、吸附力保持的液体, 去除自由状态的液体去除自由状态的液体。 离心过程 (液体从滤 渣中出来) 分三个阶段 。 离心过程 (液体从滤 渣中出来) 分三个阶段 固体沉降 沉渣压实 分子力保持一定 的液体的排出 沉渣沉降 固体沉降 沉渣压实 分子力保持一定 的液体的排出 沉渣沉降 注意:每个阶段不明显,有的自始至终在进行。注意:每个阶段不明显,有的自始至终在进行。 2010-1-28第5章18 二、过滤计算二、过滤计算 表观流速的推导 :表观流速的推导
13、:见见 工业过滤中过滤计算,需假设:工业过滤中过滤计算,需假设: 悬浮液滤液悬浮液滤液 VV= = CA= = 过滤过滤 流出滤饼流进滤饼流出滤饼流进滤饼 uu= = 恒压真空泵、高位槽 开始滤饼阻力大, 变浑 恒速定量泵 末期压力很大,设 备易故障 变压、变速离心泵 先恒速后恒压p要求p大 过 滤 操 作 的 方 式 恒压真空泵、高位槽 开始滤饼阻力大, 变浑 恒速定量泵 末期压力很大,设 备易故障 变压、变速离心泵 先恒速后恒压p要求p大 过 滤 操 作 的 方 式 恒速恒压恒速恒压 2010-1-28第5章19 三、过滤离心机的操作循环三、过滤离心机的操作循环 对于滤饼对于滤饼 能移动能
14、移动 连续连续 ?如离心卸料离心机(锥蓝离心机)如离心卸料离心机(锥蓝离心机) 不能移动不能移动 ?间歇(自动卸料、手动卸料)间歇(自动卸料、手动卸料) 间歇式的操作循环:间歇式的操作循环: 第一加速、加料、第二加速、(加料空运 转)、洗涤、(洗涤空运转)、甩干、降速、 卸料。 第一加速、加料、第二加速、(加料空运 转)、洗涤、(洗涤空运转)、甩干、降速、 卸料。 见图见图 2010-1-28第5章20 四、过滤离心机的生产能力四、过滤离心机的生产能力 推动力:推动力: 离心过滤离心过滤 离心力离心力 普通过滤普通过滤 真空、正压真空、正压 生产能力的计算生产能力的计算 前提:前提:见图见图
15、转鼓圆柱形转鼓圆柱形 Rm忽略忽略 过滤介质均质过滤介质均质 2010-1-28第5章21 假设:假设: 恒压过滤恒压过滤 滤饼不可压缩滤饼不可压缩 滤饼内液体流动为层流滤饼内液体流动为层流 ?生产能力生产能力 ?过滤时间过滤时间 ?其中:其中:固有渗透率固有渗透率 ( () )smrr g r r ln gkh dt dV qV 2 1 2 3 2 3 2 = = s rr rr k g r r ln t 2 2 2 3 2 1 2 3 2 2 3 = = 2010-1-28第5章22 5.2过滤离心机和沉降离心机5.2过滤离心机和沉降离心机 2010-1-28第5章23 速度操作弹性程序产
16、品参数 间歇式变速有可变可调 连续式全速无不变不可调 速度操作弹性程序产品参数 间歇式变速有可变可调 连续式全速无不变不可调 2010-1-28第5章24 5.2.1过滤离心机过滤离心机 三足式离心机:三足式离心机:SS,SG:见图见图 三足式自动卸料离心机:三足式自动卸料离心机:SXZ:见图见图 卧式刮刀卸料离心机:卧式刮刀卸料离心机:WG:见图见图 宽刮刀宽刮刀 上提式、旋转式,窄刮刀。上提式、旋转式,窄刮刀。 间 歇 式 间 歇 式 2010-1-28第5章25 离心力卸料离心机(锥蓝离心机):离心力卸料离心机(锥蓝离心机):IL,IW: 见图见图 力的分析:力的分析:见见 活塞推料离心
17、机:活塞推料离心机:H:见图见图 卧式双级活塞推料离心机(卧式双级活塞推料离心机(HR)、)、静态预增静态预增 稠器稠器、曲筛曲筛、旋流器旋流器 虹吸刮刀卸料离心机:虹吸刮刀卸料离心机:GHK:见图见图 振动卸料、进动卸料离心机:振动卸料、进动卸料离心机:见图见图 前者:轴向往复、转动前者:轴向往复、转动 后者:径向、转动。后者:径向、转动。 螺旋过滤离心机:螺旋过滤离心机:见图见图 渣大端渣大端 三种螺旋三种螺旋 整体、带式、断开式。整体、带式、断开式。见图见图 连 续 式 : 全 速 连 续 式 : 全 速 2010-1-28第5章26 5.2.2沉降离心机沉降离心机 螺旋卸料离心机(沉降
18、)(渣小 端),螺旋卸料过滤机(渣大端): 螺旋卸料离心机(沉降)(渣小 端),螺旋卸料过滤机(渣大端):见见 图图 沉降摆线针轮变速传动:沉降摆线针轮变速传动:见图见图 中心针轮、行星轮、枢轴中心针轮、行星轮、枢轴 渐开线行星齿轮变速:渐开线行星齿轮变速:见图见图 内齿轮、行星轮、中心丝轮内齿轮、行星轮、中心丝轮 螺旋相对转鼓的方向:螺旋相对转鼓的方向:见图见图 复合离心机(沉降、过滤螺旋复合)、 碟片卧螺离心机: 复合离心机(沉降、过滤螺旋复合)、 碟片卧螺离心机:见图见图 沉 降 沉 降 2010-1-28第5章27 管式分离机:管式分离机:见图见图 分离型:分离型:GF 乳浊液乳浊液
19、澄清型:澄清型:GQ 悬浮液悬浮液 室式分离机:隔板:室式分离机:隔板:见图见图 气气液液固三相沉降分离机:固三相沉降分离机:见图见图 碟式分离机:碟式分离机:见图见图 分离型分离型 有中性孔有中性孔 澄清型澄清型 分 离 机 分 离 机 2010-1-28第5章28 5.3离心机的选型5.3离心机的选型 2010-1-28第5章29 5.3.1选型原则选型原则 工艺流程工艺流程 预处理、预分离?预处理、预分离? 干燥脱水?干燥脱水? 渣中母液回收?渣中母液回收? 洗涤?洗涤? 降低含湿量?降低含湿量? 物料特性物料特性 固相固相 浓度、密度、颗粒特性(直径、体积、形 状、表面积); 浓度、密
20、度、颗粒特性(直径、体积、形 状、表面积); 液相液相 密度、粘度、密度、粘度、PH、腐蚀性、毒性、挥发性。、腐蚀性、毒性、挥发性。 2010-1-28第5章30 分离任务分离任务 单位时间内处理量单位时间内处理量 回收率回收率 固相含湿量,液相含固量固相含湿量,液相含固量 母液是否有挥发性,若有,需密闭分离机械母液是否有挥发性,若有,需密闭分离机械 经济性经济性 设备可获得性设备可获得性 附属设备的多少附属设备的多少 价格价格 质量、可靠性质量、可靠性 维修、管理、运转费维修、管理、运转费 2010-1-28第5章31 5.3.2选型的依据选型的依据 分离任务分离任务aI。见图见图 物料特性
21、物料特性 物料 特性 代表 符号 特性特点 高 中 低 差 好 高 低 快 中 慢 不生成 过滤 特性 IL 滤饼生成 速率 沉降 特性 沉降速率 澄清度 沉渣比例 物料 特性 代表 符号 特性特点 高 中 低 差 好 高 低 快 中 慢 不生成 过滤 特性 IL 滤饼生成 速率 沉降 特性 沉降速率 澄清度 沉渣比例 见图见图 见图见图 2010-1-28第5章32 5.3.3选型的方法选型的方法 表格法:表格法: 表表56 图表法图表法粗糙粗糙 各种离心机适用范围各种离心机适用范围 表表57 各种离心机各种离心机Fr、卸料方式、结构形式、卸料方式、结构形式 表表58,图图552,图图553
22、 沉降离心机适用范围沉降离心机适用范围 图图554 过滤离心机适用范围过滤离心机适用范围 图图555 2010-1-28第5章33 各种机种联用,综合选型各种机种联用,综合选型 各种机种联用:各种机种联用: 物料性质特殊物料性质特殊 浓度很小,固体粒子尺寸范围大。浓度很小,固体粒子尺寸范围大。 分离要求特殊分离要求特殊 特干净的分离液,特干的渣。特干净的分离液,特干的渣。 分离机械对物料有条件要求分离机械对物料有条件要求 一定浓度才可以,活塞式分离。一定浓度才可以,活塞式分离。 ?例如:例如:见见 综合选型综合选型 见表见表59 全部 结束 全部 结束 2010-1-28第5章34 均一系混合
23、物:均一系混合物: 分离方法分离方法 溶液中设置第二相,使要分离的该物质 转移到该项中来。 溶液中设置第二相,使要分离的该物质 转移到该项中来。 力学过程力学过程内力(分子力),微观。内力(分子力),微观。 溶液溶液 指一种或几种物质分散到另一种物质 里,形成均一、稳定的混合物; 指一种或几种物质分散到另一种物质 里,形成均一、稳定的混合物; 组成组成 ?溶质被溶解的物质;溶质被溶解的物质; ?溶剂能溶解其他物质的物质。如 水; 溶剂能溶解其他物质的物质。如 水; 特征:均一性,稳定性。特征:均一性,稳定性。 举例举例 2010-1-28第5章35 非均一系混合物非均一系混合物 液液固,液固,
24、液液滴,液液滴,液液滴液滴固固 分离方法分离方法 将混合物置于某一力场中(重力场、离心力 场),利用各相在力场中所受力的不同,产生 将混合物置于某一力场中(重力场、离心力 场),利用各相在力场中所受力的不同,产生 “相重差相重差”,使其分离。,使其分离。 力学过程力学过程场外力,宏观。场外力,宏观。 悬浊液悬浊液 指固体小颗粒悬浮在液体中而形成的混合物。指固体小颗粒悬浮在液体中而形成的混合物。 乳浊液乳浊液 指小液滴分散到液体里。指小液滴分散到液体里。 举例举例 2010-1-28第5章36 沉降沉降 利用液利用液固两相,或液固两相,或液液两相密度差来分离。液两相密度差来分离。 重力沉降重力沉
25、降 离心力沉降离心力沉降 过滤过滤 使悬浮液通过多孔介质(过滤介质),而固、液分离使悬浮液通过多孔介质(过滤介质),而固、液分离。 重力过滤重力过滤 离心力过滤离心力过滤 加压过滤加压过滤 浮选浮选 气泡粘附于固体颗粒,借浮力升起,刮去颗粒。气泡粘附于固体颗粒,借浮力升起,刮去颗粒。 筛分筛分 通过多孔介质(筛子)进行脱水、分级。通过多孔介质(筛子)进行脱水、分级。 2010-1-28第5章37 离心力场与重力场比较离心力场与重力场比较 离心力场离心力场 速度快,分离效果好速度快,分离效果好 重力场重力场 速度慢,分离效果差速度慢,分离效果差 另:人工力场(真空、加压)只适合于过 滤,不适合于
26、沉降。 另:人工力场(真空、加压)只适合于过 滤,不适合于沉降。 本章只讲本章只讲离心力场离心力场 2010-1-28第5章38 典型结构典型结构代表机器代表机器处理物料处理物料物料特点物料特点 离心沉降离心沉降 沉降式 离心机 沉降式 离心机 悬浮液悬浮液浓度小、 颗粒小 浓度小、 颗粒小 分离机分离机 乳浊液 悬浮液 乳浊液 悬浮液 浓度小、 颗粒小 浓度小、 颗粒小 离心过滤离心过滤 过滤式 离心机 过滤式 离心机 悬浮液悬浮液浓度大、 颗粒小 浓度大、 颗粒小 适合处理的物料适合处理的物料 见图见图 见图见图 见图见图 2010-1-28第5章39 2 ran= = 2 mrFc =
27、= ua K 2= = G=mgg重力 忽略不计哥氏力 (向外)离心力 力的大小方向加速度所受力 G=mgg重力 忽略不计哥氏力 (向外)离心力 力的大小方向加速度所受力 a aK, K,u ur r 离心机中质点作回转运动时所受力离心机中质点作回转运动时所受力 2010-1-28第5章40 = = = = 0 0 u CuZ 层流流动 理论 层流流动 理论 :见:见 活塞式流 动理论 速度特点流动状 态模型 流动状态 理论 活塞式流 动理论 速度特点流动状 态模型 流动状态 理论 ()()()() = = = = = = = = 2 1 0 2 0 2 2 2 1 2 2 1 r r k k
28、r q rr q Cuu uu VV mZ r 2010-1-28第5章41 层流流动理论层流流动理论 长转鼓内轴对称稳定流动的状态长转鼓内轴对称稳定流动的状态 进料有加速度时:进料有加速度时:见见 进料无加速时:进料无加速时:见见 有螺旋的长转鼓内的轴对称稳定流动有螺旋的长转鼓内的轴对称稳定流动 液体沿螺旋流道流动:液体沿螺旋流道流动:见见 流体沿转鼓流动:流体沿转鼓流动:见见 ( )()( )() = = = = t , z ,frfu,u u Z r 0 2010-1-28第5章42 进料有加速度时进料有加速度时 物料与转鼓转速相同,则物料与转鼓转速相同,则 即即 其中:其中: 0= =
29、 u ()() 液体角速度转鼓角速度, 液体角速度转鼓角速度, 0 0 0 0 0 0 = = = = Z r u ru,u u ( () )klnkk r q u V Z 2 0 2 0 2 0 21 2 +=+= 0 4 0 2 0 4 00 2 1 0 1 4431klnkkk, r r k, r r k+=+= 见图见图 2010-1-28第5章43 = = = = = = = = 0 0 0 1 2 r Z u u u krr 时,当时,当 ()() = = += = = = += = 0 0 ln21 2 0 2 0 2 0 0 2 2 max 2 1 01 r V Z u u k
30、kk r q u r r kkrr 时,当时,当 ( () () ) () ()()()() 0 0 2 0 2 0 2 0 2 0 2 2 0 2 0 2 0 0 2 2 2112 1 21 2 klnkkk kr q klnkk r q u u V V m maxZ + = + = + = + = 见图见图 2010-1-28第5章44 进料无加速时进料无加速时 物料转速滞后于转鼓转速,则物料转速滞后于转鼓转速,则 即即 0 u ()() 液体角速度转鼓角速度,液体角速度转鼓角速度, 0 0 0 00 0 = = = = Z r u ru,u u ()() 2 1 0 4 2 0 2 0
31、10621 1 1 11 = = Re. k k 其中: 其中: ( )( )kf= = 0 见图见图 2010-1-28第5章45 液体沿螺旋流道流动:液体沿螺旋流道流动:见图见图 不考虑螺旋影响不考虑螺旋影响 即即 其中:其中: () () () () ()() ()() ( ) () () ( ) () () ()() ()() ( )( ) = = = = = = = = = = = = = = rf kr kq rrr rrq u rf ksr kq rrs rrq u u VV Z VV r 2 0 2 2 1 2 12 2 2 02 2 12 2 1 12 1 122 0 2 1
32、 0 2 r r k, r r k= 2010-1-28第5章46 流体沿转鼓流动(液体充满流道):流体沿转鼓流动(液体充满流道):见图见图 流动模型流动模型 沿转鼓轴向作层流流动。沿转鼓轴向作层流流动。 边界条件边界条件 螺旋内外壁的液体,有与螺旋一样的相对与转鼓的角速 度,轴向速度。(点)。 螺旋内外壁的液体,有与螺旋一样的相对与转鼓的角速 度,轴向速度。(点)。 即即 其中:其中: uZ螺旋的轴向分速,螺旋的轴向分速, ()()()() += = = += = = s sZZ s r k k kuku k k ru u ln11 1 1 0 2 2 2 2 2 2 22 r r k, r
33、 r k s s = 2 s uZ 2010-1-28第5章47 单分散颗粒的沉降规律单分散颗粒的沉降规律 属于自由沉降属于自由沉降 不考虑颗粒形状、浓度影响不考虑颗粒形状、浓度影响认为是球形颗粒认为是球形颗粒 重力场中重力场中 重力阻力,加速重力阻力,加速 阻力重力,恒速阻力重力,恒速最终速度,随遇平衡最终速度,随遇平衡 离心力场中离心力场中 R离心力沉降速度,离心力阻力,加速, 短暂;随后,阻力,离心力,达到平衡,即处于动 态平衡 离心力沉降速度,离心力阻力,加速, 短暂;随后,阻力,离心力,达到平衡,即处于动 态平衡变化的随遇平衡。变化的随遇平衡。 因此,在离心力场中有:因此,在离心力场
34、中有: 则得到球形颗粒自由沉降速度,即:则得到球形颗粒自由沉降速度,即: dt dv mdvCrd dt dv mFFF x = = = = 22 1 23 6 阻力浮力离心力阻力浮力离心力 2010-1-28第5章48 区域区域球形颗粒自由沉降速度 层流区 球形颗粒自由沉降速度 层流区 常出现常出现 过渡区 湍流区 过渡区 湍流区 离心力 场很大 时,才 出现 离心力 场很大 时,才 出现 ()() ()()335 18 2 = = = = jd d,fvc () () () () ()()34513550 46702670 1 7330 21 1 = = = = . . c jd . d,
35、fv ()() ()()35575. 1 , 5 . 0 1 1 = = = = jd dfv c 球形颗粒自由沉降速度:球形颗粒自由沉降速度: 2010-1-28第5章49 已知区域(层、过、湍流区)已知区域(层、过、湍流区) 则采用则采用 得到:得到: c v 不可行不可行 ?v pd Re? c 4 34 21 = = rj , jd Ar 2 2 1 3 = 区域 2.8.8层流区 =28.857600过渡区 57600湍流区 区域 2.8.8层流区 =28.857600过渡区 57600湍流区 2 1 3 jd Ar= = 2010-1-28第5章50 考虑颗粒形状的影响考虑颗粒形状
36、的影响不规则形状,不规则形状,dde 各种形状颗粒:各种形状颗粒: 当量直径当量直径 其中其中 ?Vp体积体积;A表面积表面积 A V d p e 6 = = 2010-1-28第5章51 考虑颗粒浓度影响考虑颗粒浓度影响 已知,不考虑形状、浓度的球形颗粒,其自由 沉降速度(离心沉降): 已知,不考虑形状、浓度的球形颗粒,其自由 沉降速度(离心沉降): 其中: 重力沉降速度其中: 重力沉降速度 vg(v0) ()()()() = = = = = = 湍流区 过渡区 层流区 = = = = = = 湍流区 过渡区 层流区 50 50 2 50 1 50 1 7330 7330 2 4670267
37、0 1 7330 21 46702670 1 7330 21 222 751751 1355013550 1818 . rg . . rg . . . . . rg c Fv g rgd . jd . Fv g rgd . jd . Fv g rgdjd v ()() = = = = = = 50 1 46702670 1 7330 21 2 751 13550 18 . . . g gd . gd . gd v rj 2 = = 2010-1-28第5章52 考虑浓度,颗粒离心沉降速度:考虑浓度,颗粒离心沉降速度: 其中:浓度修正系数其中:浓度修正系数1, 粒子容积浓度 , 粒子容积浓度0
38、考虑形状,颗粒离心沉降速度(考虑形状,颗粒离心沉降速度(d=de) = = = = 湍流区 过渡区 层流区 = = = = 湍流区 过渡区 层流区 580 1 7330 1 1 1 . rg . rg rg cc Fv Fv Fv vv ( () ) 55 01 1 . x= ()() = = = = 湍流区 过渡区 层流区 = = = = 湍流区 过渡区 层流区 50 50 1 7330 46702670 1 733021 2 751 13550 18 . rg . e . rg e rg e c Fv jd . Fv jd . Fv jd v 2010-1-28第5章53 考 虑 形 状
39、、 浓 度 , 颗 粒 离 心 沉 降 速 度 ( 考 虑 形 状 、 浓 度 , 颗 粒 离 心 沉 降 速 度 (d=de):): 结论:计算结论:计算vc的方法:的方法: ()() = = = = 湍流区 过渡区 层流区 = = = = 湍流区 过渡区 层流区 50 1 50 1 1 7330 146702670 1 733021 1 1 2 1 751 13550 18 . rg . e . rg e rg e c Fv jd . Fv jd . Fv jd v 物料性质物料性质 Ar 判明区域判明区域vgvc 2010-1-28第5章54 离心力场中沉降分离的极限离心力场中沉降分离的
40、极限 极限粒子直径极限粒子直径dl 在一定的离心力场中,当某一尺寸的固体颗粒 不能被分离时,该颗粒的粒子直径。 在一定的离心力场中,当某一尺寸的固体颗粒 不能被分离时,该颗粒的粒子直径。 ?极限粒子直径极限粒子直径dl,即离心沉降分离极限。,即离心沉降分离极限。 ?离心力场的强度,则离心力场的强度,则dl。 布朗运动布朗运动 高分散粒子悬浮于液体中。高分散粒子悬浮于液体中。 布朗运动扩散现象布朗运动扩散现象 扩散使悬浮颗粒不沉降扩散使悬浮颗粒不沉降原因:原因: 扩散现象(即颗粒由高浓度低浓度运动)。扩散现象(即颗粒由高浓度低浓度运动)。 推导极限粒子直径的计算公式:推导极限粒子直径的计算公式:
41、 2010-1-28第5章55 推导极限粒子直径的计算公式:推导极限粒子直径的计算公式: 在在h沉降距离内,花了沉降距离内,花了t时间,沉降速度,假设 为层流,则: 时间,沉降速度,假设 为层流,则: 又扩散距离,又扩散距离, 得到:得到: tvh c = = 18 22 rd vc= = 18 22 rd h v h t c = t d kT tDh= 3 2 22 6 rd kT h = = 2010-1-28第5章56 见图见图,又由于,又由于 反过来反过来 结论:结论: m r T . r kT .dd d.h l 4 1 2 4 1 2 734161 2930 = = = = = =Q gd T gd T. g r F d.h ll r 44 42 97341 2930 = = =Q 计算计算de计算计算Fr离心机选型离心机选型 2010-1-28第5章57 圆柱形转鼓生产能力的公式推导:圆柱形转鼓生产能力的公式推导:见图见图 对于最小颗粒:对于最小颗粒: 径向:径向: 颗粒沉降速度颗粒沉降速度 轴向:轴向: 设颗粒与液体无滑动,即设颗粒与液体无滑动,即 dt dr v = = 1 2 2 2 1 2 2 1 2 1 1 0 1 r r ln v
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