水力旋流器的研究进展

安徽化工ANHUICHEMICALINDUSTRY第35卷，第4期2009年8月Vol．35，No．4Aug.20091引言水力旋流器是一种分离非均匀相混和物的分级分离设备，可以用来完成液体澄清、固相颗粒洗涤、液体除气与除砂、固相颗粒分级与分类，以及两种非互溶液体的分离等多种作业。水力旋流器具有结构简单、无运动部件、设备紧凑、占地面积小、设备成本低和处理量大等许多优点。按其用途可以分为分级、分离、浓缩、洗涤、澄清、脱泥及除气[1-6]，迄今已经在矿物加工、化工、石油、轻工、环保、采矿、食品、医药、纺织与染料业、冶金、机械、建材及煤炭等众多工业部门获得了广泛的应用；而且由于水力旋流器结构及型式的日趋多样化，其应用领域仍在不断拓展，例如近来已有应用到生物工程及电解业等领域中的报导。由于其诸多优点，水力旋流器正在受到越来越多的关注。2水力旋流器的结构及工作原理水力旋流器主要由切向入口、旋流器的直筒段、旋流器锥段、底流口和溢流口组成。主要的入口形式有单切向入口和双切向入口。根据旋流器直筒段的长短可分为长柱型、短柱型和全柱型。按照锥角的大小，可以分为长锥型和短锥型，由于长锥型的特点是圆锥角较小（一般小于25°），使其在工业上应用最广泛，适用于要求较高的液体澄清或悬浮液浓缩。短锥型的特点是圆锥角较大（大于25°），主要用于对固相颗粒的分类或分选。旋流器的工作原理是使待分液体从切向入口进入，使其产生一定的切向速度，在旋流腔内形成涡流运动。物料先经过旋流器的直筒段，然后进入锥段，在这里物料得到强大的加速度。物料中不同密度的组分开始分离，随着锥段半径的逐渐缩小以及截面面积的减小，中心部分的轻组分将形成反流，并保持原有的转动方向，最后由顶部的溢流口排出，形成内旋流；而外侧液体会继续向底流口运动，最终从底流口排出，在其运动的整个过程就形成了外旋流。3水力旋流器的理论研究褚良银[7]等认为：符合实际的颗粒分离临界面应该在柱段溢流管下的内旋流中。实验结果表明，固相颗粒在锥段的内旋流中，其径向运动方向总是指向中心，而到了柱段内旋流中就会有部分颗粒指向器壁。因此把柱段开始处的点作为分离界面的起点，把溢流管内壁下端点定义为该面的终点，于是，颗粒分离临界面的外形就是一个锥台面。进入该面以内的颗粒全部进入溢流，一直处于该面之外的颗粒则进入循环流，从而再次进入沉降区重新分离。溢流模型：Rietema[8]首先提出滞留时间理论，认为若粒子d50准确地从进料口中心注入，则它在有效滞留时间内刚好能到达旋流器锥顶器壁。这种方法与重力沉降槽和沉降设备理论中使用的方法相类似。Halland-Batt利用这一理论和他自己提出的“料流模型”，并利用重力干扰沉降理论导出了干扰系数（1-C）4.4，从而得出能用于较高进料浓度下的滞留时间理论模型：4水力旋流器结构与操作参数影响研究4.1水力旋流器结构参数影响影响水力旋流器性能的因素很多，包括结构参数、曹丽霞（河北省石油化工设计院有限公司，河北石家庄050061）摘要：主要介绍了水力旋流器的结构及工作原理以及其结构对操作参数影响的研究，分析了各参数对水力旋流器性能的影响，为水力旋流器的设计与制造提供参考。关键词：水力旋流器；结构参数；操作参数中图分类号：TD433文献标识码：A文章编号：1008-553X（2009）04-0017-03水力旋流器的研究进展收稿日期：2009-04-07作者简介：曹丽霞（1970-），女，毕业于河北工业大学，目前从事化工机械设备的设计工作，13013237031，clx9001@163.com。（1）（2）17总第160期2009年第4期（第35卷）安徽化工操作参数、物性参数以及安装参数等。其中，结构参数和操作参数是影响旋流器分级性能的主要因素。国内对水力旋流器的结构参数和操作参数进行了大量的研究工作。马力强[9]等通过对水力旋流器溢流引出管处的三维速度流场的分析和研究，发现扩径的溢流引出管（相对于溢流管直径）会引起切向速度减小，轴向速度不变，径向速度稍稍降低。在轴向速度不变的条件下，径向和切向速度减小，有利于溢流的排出。同时由于径向和切向速度的减小，也会使得对溢流引出管磨损的减小，从而增加管道的使用寿命。王元文[10]等对溢流部分结构做了比较多的研究，发现溢流口直径对其浓缩性能有明显的影响。随着溢流口直径的增加，水力旋流器浓缩倍数增加，底流口产率有减小趋势。溢流管插入深度对水力旋流器的处理能力和分流比均有显著影响。随着溢流插入深度的增加，水力旋流器处理能力先下降后增大，分流比则相应减小。同时还发现溢流管插入深度对其浓缩性能没有明显的影响，但对其产率则有明显的影响。随着溢流管插入深度的增加，水力旋流器溢流产率增加，底流口产率有减小趋势。梁政[11]等对水力旋流器结构参数n做了比较多的研究，发现对于确定结构