环流旋流器的结构与性能研究

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1、2004年第11卷第2期化工生产与技术ChemicalProductionandTechnology·37·77677777776工艺与设备77777776776环流旋流器的结构与性能研究曾伍兰王立新王伟文李建隆（青岛科技大学化工学院化学工程研究室，山东青岛266042）摘要以细沙和水的混合物作实验物系，分别对4种不同结构尺寸的旋流器进行了研究，测定了不同操作条件的压降和分离效率。实验结果表明，带分离柱的环流式旋流器压降最低，效率最高。由该旋流器的粒级效率曲线可以看出，直径小于5µm的颗粒，由于比较容易被大颗粒夹带分离，其分离效率比7.5µm左右颗粒高。关键词环流旋流器

2、压降效率水力旋流器作为一种多功能,多用途的高效分离设备，已被广泛应用于化工、石油、环保、食品等领域[1]。水力旋流器有不同的结构类型，为了研究水力旋流器的结构形式对分离性能的影响，许多人进[1～5]行了长期而大量的研究。青岛科技大学化学工程研究室研究开发一种新型的环流式旋流器[6]，它具有压降低、效率高等优点。为了更深入地研究此类旋流器的结构与性能的关系，本文考察了4种不同结构的旋流器。1环流式旋流器的设计方案ab1.进口；2.溢流管；3.底流管；4.分离柱；5.循环出口实验设备主要采取2种基本结构，如图1所示，图1环流式旋流器结构第一种是环流式旋流器（图1a），第二种

3、是带分离柱的环流式旋流器（图1b）。环流式旋流器与常规旋流器不同的是，在直筒内部加设一内筒，内外筒间的环隙，即为特设旁路。料液经进料口1进入旋流器内筒后，液流旋转上升，上升的流体一部分从溢流管2流出，一部分沿内外筒间的环隙旋转而下进入锥体，由底流管3排出。带分离柱的环流式旋流器是在旋流器上方再加一分离柱4，并在分离柱的上方设置了循环出口5。料液从旋流器内筒出来后，直接进入分离柱，进行二次分离。在2种基本结构的基础上，实验又考察了不同尺寸对性能的影响，在内外筒直径不变的条件下，将外筒高度增加至原型图2实验流程的1.5倍，相应结构参数列于表1中。1.旋流器；2.泥浆泵；3.

4、循环槽；4.搅拌器；5.出口压力表1环流式旋流器的结构尺寸表；6.进口压力表；7.底流阀；8.进料阀；9.截止阀；环流式水力旋流器带分离柱的环流式水力旋流器符号意义10.溢流阀；11.分离柱1234筒体的高径比11:1.51:11:1.51:收稿日期：2003-08-11·37··38·曾伍兰等环流旋流器的结构与性能研究工艺与设备2实验实验物系是采用400～800目细沙和水的混合物。实验流程如图2所示。将170L水和1.0kg的细沙在循环水槽中充分混合，再将混合均匀的料液经过泥浆泵2送入水力旋流器1的内筒底部，做旋流向上运动，较粗的颗粒随着流体在离心力作用下向边壁富集，

5、然后越过内外筒环隙旋转向下进入锥体由底流阀7排出，较细颗粒随着流体上升经分离柱上端切向出口从溢流阀10排出，溢流与底流均进入循环槽以循环利用。图4进口流速与总分离效率的关系3结果与讨论大，会有更多的细颗粒被迅速甩向器壁而得以分3.1进口流速与压降的关系离。但进口流速过大，会导致停留时间的缩短，且流体湍流程度的增加会使沉积到器壁上的颗粒重新卷扬起来，反而使总分离效率降低。在同一流速下结构2普遍比结构1的总分离效率高，这说明加分离柱后使得部分分离不下来的细颗粒再一次被分离，而导致效率升高。同一结构相比较，从图中可看出外筒高度变大后的环流式旋流器的总分离效率反而降低，这是因为

6、外筒高度增加后，进入内外筒环隙的流量增加，这就导致有更多的颗粒没有被分离，而使得总分离效率降低。3.3分流比与压降的关系图3进口流速与压降的关系实验考察了4种旋流器的进口流速对压降的影响；曲线1、2分别表示结构1的两种尺寸，曲线3、4分别表示结构2的两种尺寸。由图可以看出，进口流速对压降的影响非常大，压降随着进口流速的增大而增大。这是因为当流速增大时，内部流体湍动增加，剪切力增大，内外旋流的摩擦增加，动能消耗增大，所以压降增高。对同一结构来说，在流速不变的情况下，筒体高度增加后的环流式旋流器的压降明显增大，这主要因为高度增加后，流体经过的距离增图5分流比与压降的关系加，

7、消耗的能量增加，这就使得压降变大。在同一流速下结构2的压降明显比结构1的压降低，这是由于在旋流器上方加分离柱后，进入环隙的量减小，内外旋流的摩擦减小，使得压降变小。3.2进口流速与总分离效率的关系根据实验结果将4种结构的总分离效率与进口流速的关系绘成曲线，示于图4中，由图中的曲线可以看出，总效率随着进口流速先增大后减小，中间有一个最大值。分析其产生的原因，当进口流速较小时，随着进口流速增大，颗粒所受到的离心力逐渐增图6分流比与压降的关系2004年第11卷第2期化工生产与技术ChemicalProductionandTechnology·3