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1、 旋風分離器的設(shè)計 姓名： 顧一葦 班級： 食工0801 學號： 2008309203499 指導老師： 劉茹 設(shè)計成績： 華中農(nóng)業(yè)大學食品科學與技術(shù)學院 食品科學與工程專業(yè) 2011年1月14日 目錄 第一章、設(shè)計任務要求與設(shè)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） 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(shè)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(shè)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） 含塵氣體的參數(shù)： 氣體密度

3、：1.1 kg/m3 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(shè)備阻力影響較大。 旋風分離器結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，無運動

4、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。 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(guān)風器 (防止空氣進入) 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

5、徑dc：指旋風分離器能100%除去的最小顆粒直徑。 假設(shè)：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

6、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 *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

7、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(guān)系： 　　 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 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

8、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，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

9、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(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸密切相關(guān)。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(shè)計中，主要從以下幾個方面進行改進： 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，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)

10、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(shè)計了擴期式旋風分離器。 D：排氣管和灰斗尺寸的合理設(shè)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(shè)計出一些新的結(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(guān)資料和手冊中查到

11、?；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。 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。“旁室”結(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

12、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

13、 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 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(shè)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(shè)備尺寸小、投資省。 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

14、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 兩臺旋風分離器并聯(lián) Δp=ξρui2/2 取Δp=1460Pa，ξ=8.0，允許的最大氣速：ui=(2Δp/ξρ)1/2=18.2m/s 取dc=6μm，Ne=5，進氣口

15、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/ξρ)1/2=18.2m/s 取dc=6μm，Ne=5，進氣口寬度hB=Vs/ ui = D2 /8 , D=0.166m D=4B B=0。0414m

16、 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 , 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［μ

17、D/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) 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 Bh= 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)

18、 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 =2.5μm 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=6μ

19、m，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) 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=0.211m D=4B B=0.053m

20、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=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 臨界粒徑dc的顆粒d50=0.27［μD/

21、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/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

22、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=0.224m 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［μD/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

23、，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 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 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. 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 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(shè)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(shè)備設(shè)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.