水力旋流器分离性能强化研究

!!#$%&’!($&过滤与分离)$*+,-%$./0%1+-10$,2345-+-10$,收稿日期!!!6#6!$基金项目!高速水力学国家重点实验室研究基金资助项目%&’##!#&作者简介!褚良银’7($6$%男%教授%博导%研究方向!分离科学与技术%联系电话#)*+*,!(#(*)&引言水力旋流器由于具有结构简单&成本低&处理能力大&体积小等优点%受到了越来越多工业部门的重视’除了在矿物加工行业大量应用外%旋流器分离技术正在被越来越广泛地应用到环保&石化&食品&造纸&电化学&生物工程等领域(众所周知%水力旋流器内部的流体流动特性决定了其分离性能(由于普通旋流器内固有的流体流动特性%其分离过程总是伴随着某些缺点%如分离效率和分离精度不够高-.(尽管旋流器的结构和操作都较简单%但其内部分离过程行为却十分复杂-)+!.(在常规旋流器内的流场中%存在外旋流&内旋流&循环流&短路流和空气柱(空气柱对旋流器的流场和分离性能都有很大的影响%因此前人对空气柱进行过许多研究-,+$.(但是%以前大部分的研究主要集中于对空气柱直径和形状的测量和预测-,+$.(迄今%空气柱对旋流器分离性能指标的综合影响方面的研究仍很少(本文将采用插入中心固棒的方法消除旋流器内的空气柱%研究取消空气柱对不同锥段结构旋流器的分离性能指标的综合影响%以期在探明水力旋流器分离性能强化机理的基础上&确立强化旋流器分离性能的简单有效的方法()实验部分)’实验装置普通型水力旋流器的几何参数设计参照/012134最优分离旋流器尺寸比例-*.%如图所示(在同样的几何参数条件下%设计了一个带有中心固棒的新型旋流器%如图)567所示(位于旋流器轴心的中心固棒通过溢流口和底流口插入旋流器%在底流室和溢流室外部固定%以使中心固棒不仅位置稳定&而且不会干扰旋流器内部的主流场(经优化%中心固棒的直径选为(33%该直径的中心固棒刚好占水力旋流器分离性能强化研究褚良银%赵扬)%陈文梅%喻炜%王广金%周先桃’四川大学化工学院%四川成都(##(,))’浙江大学材料与化工学院%浙江杭州8##)$$摘要!设计了一种在旋流器轴心线位置具有中心固棒的新型水力旋流器该中心固棒的引入有效地消除了旋流器内的中心空气柱#实验研究了该中心固棒替代空气柱对旋流器性能指标的系统影响#研究结果表明采用中心固体棒取消旋流器内的空气柱后旋流器的分离性能得到了有效的强化#与具有空气柱的旋流器相比不管旋流器锥段结构如何变化$从普通直锥%到抛物线型锥%到双曲线型锥&具有中心固棒的旋流器均具有更高的分离总效率%更高的修正分离总效率%更小的修正分离粒度以及更高的分离精度’随着旋流器锥段内部空间的增大中心固棒使旋流器分离性能提高的幅度也增大#关键词!水力旋流器(分离(粉体分级(湍流(性能强化中图分类号!9:#,’*文献标识码!;文章编号!##,+*)(,5)##!7#+###+#!图旋流器几何尺寸**过滤与分离!#$%&’()*’+$&+*%,-./&$&+*%011!2’34!53#$%普通型旋流器#&’()*%+#,%具有中心固棒的新型旋流器#&’()%+#-%具有抛物线型锥的旋流器#&’().*%+#/%具有抛物线型锥和中心固棒的旋流器#&’().%+#0%具有双曲线型锥的旋流器#&’()1*%+#2%具有双曲线型锥和中心固棒的旋流器#&’()1%据原来空气柱的空间!为了更详细地研究空气柱对旋流器性能的影响行为设计了带有普通锥段#抛物线型锥段和双曲线型锥段的旋流器如图.所示!除了锥段形状这些旋流器的其它几何参数全部相同!锥段的长度都为33(.44!对于抛物线型锥段其母线方程设计为$!5*(**1.3.16*(7.1#%其中坐标中心在小端中心处!为轴向位置为径向位置!对于抛物线型锥段其母线方程设计为$!5.89(76*(673:(:3#.%其中坐标中心在大端中心处!和同上!为了观察旋流器内流场的状态旋流器都用有机玻璃制成!中心固棒为不锈钢制成!.(.实验方案固相颗粒为石英砂密度为.:8*;<=41!液相为水!颗粒粒度分布用英国>?@AB@&.***粒度分析仪测定其中进料粒度分布如图1所示!在所有分离实验中进料固相浓度始终维持在*(7CDE而且进料压力始终恒定为7*;F$!实验中同时测量旋流器的进料#溢流和底流的质量流量和体积流量!为了减小实验误差每个量的测量重复1到8次最后取其算术平均值!取样时同时从进料#底流和溢流取样以便进行物料衡算所取的样品进行固相浓度和颗粒粒径分布测定!.(1旋流器分离性能指标分离总效率定义为$#$5#%&’&%=#%(’(%#1%其中%&和%(分别是底流和进料的质量流量’&和’(分别是底流和进料的质量浓度!修正分离总效率定义为$#!$5##$)*+%=#6*+%#!%其中#$6是修正分离总效率*+是底流和进