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兰州理工大学 毕业设计 设计题目：100万吨催化裂化装置反应-再生 系统工艺设计 院系：石油化工学院 专业班级：化学工程与工艺 学生姓名：王晶 指导教师：赵秋萍 2010年1 月14 日
毕业设计任务书 一、设计题目： 100万吨催化裂化装置反应-再生系统工艺设计 二、设计内容 以某炼油厂的直馏馏分油为原料，建一个年产100万吨的催化裂化装置。主要生产稳定汽油、轻柴油。年开工按330天计算。 三、基本数据 1、处理量：100万吨/年 2、开工时：8000 小时/年 3、原始数据及再生-反应及分馏操作条件 原料油及产品性质分别见表1、表2 产品的收率及性质见表3 再生器操作及反应条件见表4、 提升管反应器操作条件表5 催化裂化分馏塔回流取热分配见表6 分馏塔板形式及层数见表7 分馏塔操作条件表见8 表1 原料油及产品性质 物料，性质稳定汽油轻柴油回炼油回炼油浆原料油密度0.7423 0.8707 0.8800 0.9985 0.8995 恩氏蒸馏℃初馏点54 199 288 224 10% 78 221 347 380 377 30% 106 257 360 425 438 50% 123 268 399 450 510 70% 137 300 431 470 550 90% 163 324 440 490 700 终馏点183 339 465 平均相对分子量 表2 原料油的主要性质 项目数据项目数据 密度0.8995 族组成分析/W% 馏程℃饱和烃62.27 初馏点224 芳烃25 10% 377 胶质11.88 30% 438 沥青质0.85 350℃馏出率/v% 7.5 重金属含量/μg×g-1 500℃馏出率/v% 49 Ni 5.99 元素组成/w% V 4.77
作成 作成：：时间时间：：2009.5.14 一、問題提出 PHLIPS FC9262/01 這款吸塵器不是旋風除塵式的，現在要用這款吸塵器測參數選擇旋風分離裝置。二、計算過程 1.選擇工作狀況選擇工作狀況：： 根據空氣曲線選擇吸入效率最高點的真空度和流量作為旋風分離器的工作狀態。 吸塵器旋風分離器選擇 Bryan_Wang
已知最大真空度h和最大流量Q，則H-Q曲線的兩個軸截距已知，可確H-Q直線的方程。 再在這個直線上求得吸入功率H*Q最高點（求導數得）。求解過程不再詳述。求得最大吸入功率時真空度H=16.5kPa;流量Q=18.5L/s；吸入功率P2=305.25w 現將真空度及流量按照吸入功率計算值與實際值的比例放大，得真空度H=18.3kPa;流量Q=20.5L/s;2.選擇旋風分離器 為使旋風分離裝置體積最小，選擇允許的最小旋風分離器尺寸。一般旋風分離器筒體直徑不小于50mm，故選擇筒體直徑為50mm。按照標準旋風分離器的尺寸比例，確定旋風除塵器的結構尺寸。 D0=50mm b=12.5mm a=25mm de=25mm h0=20mm h=75mm H-h=100mm D2=12.5mm 計算α約為11度 發現計算得到的吸入功率最大值與產品標稱值375W相差一些，可能是由于測量誤差存在以及壓力損失的原因。
一般要求旋風分離器進氣速度不超過25m/s，這里取旋風分離器進氣速度為22m/s. 計算入口面積為S=3.125e-4平方米。 則單個旋風除塵器流量為Q=6.9e-3平方米/秒則所需旋風除塵器個數為3個計算分級效率 根據GB/T 20291-2006吸塵器標準，這里使用標準礦物灰塵，為大理石沙。进气粒径分布 103058 10019037575015002010 10102016113 顆粒密度ρp=2700kg/m3 進口含塵濃度取為10g/Nm3，大致選取空氣粘度μ=1.8e-6Pa*s 按照以下公式計算顆粒分級效率： 平均粒徑(μm)比重(%)
氧化铝催化尿素水解合成氨使其安全使用于电厂烟道气的处理 摘要 背景：氨气可以提高静电除尘器除去锅炉中由于燃料的燃烧而产生的粉煤灰的效率。目前，氧化铝催化尿素水解制氨用于烟道气的处理已经处于研究阶段。 结果：研究了温度、催化剂和初始浓度对转化率的影响，结果表明转化率随着温度的上升呈指数增长，催化剂的添加和氨初始浓度的增加促进了转化率的增大。实验在不同的催化剂用量下进行，找到了在特定的原料浓度下最适宜的催化剂用量。 结果：对反应动力学的研究表明了反应时间对尿素制氨效率的影响。使用氧化铝时，催化尿素水解反应可以作为一级反应，同时测定了不同温度下反应的反应常数和活化能。 关键字：氨；尿素；尿素水解；催化剂；氧化铝；处理烟道气 引言 人口的增长和工业的发展都需要可持续的电力，当今社会主要依靠热发电站的煤燃烧来生成电。然而，煤的燃烧导致大量灰烬、粉煤灰的生成。粉煤灰微粒在烟道气中以悬浮体的形式存在，导致周围环境中浮游粒子状物质（SPM）的增长。因此，为保护环境，减少SPM 的排放变得十分必要。为了达到这个目的，使用了几个污染控制装置例如旋风分离器、袋式过滤器和静电除尘器（ESPs）。然而旋风分离器和袋式过滤器都有它们各自的缺点，ESPs是最广泛应用于热发电站来降低SPM排放的装置，主要是由于（1）它可以以较高的效率除去粒子（<0.01 m）。（2）可以在大范围的温度内操作。（3）对腐蚀性的周围环境具有一定的适应性。 在早些时候就证明出可以通过以下方法来提高ESPs的效率：（1）改变原料煤的特性。（2）增加收集版的面积。（3）使用湿的ESPs来减少二次夹带。（4）增加或减小气体温度。（5）添加化学物质来改变烟道气或ESP中的电气条件。然而大多数方法在热发电站中是很难实行的，主要由于：（1）原料煤的约束条件（进口、洗煤、环境问题的花费）。（2）添加较大面积的收集板要求更多的空间和花费。（3）安装和操作湿的EPS的费用太高，更不用说考虑在灰中形成的块状物和建筑材料的老化问题。 在这种情况下，烟道气的处理变得不可避免，包括在烟道气中添加化学添加剂来提高ESPs收集灰烬的效率。基于对关键文献的回顾，已经发现了FGC的几个优点：（1）和ESPs 相比花费更少（2）需要更少的时间（3）可以更灵活多变的使用，可以改变一些反应参数（例如煤的特性、锅炉负荷、ESP的电压和电流），SPM可以很容易地通过改变FGC催化剂的用量从而达到要求的水平。这些催化剂对于提高烟道灰/粉煤灰粒子的表面导电特性非常有帮助，有助于提高ESP灰烬收集效率。 氨气和SO3是使用最广泛的烟道气处理剂，一个特定的处理剂的效果取决于粉煤灰的组成。对于氨气有利于火力发电厂中烟道气的处理这一结论，人们已经知道很长时间了。一个廉价的替代物-氨的添加不仅仅可以提高沉淀器的性能，而且可以使反应迅速发生。氨可以以无水液体或水溶液的形式获得，但是无论哪种方法安全问题都非常重要。日常供应大型工业设备的氨用量是非常大的，而且现场需要大容量储存器。氨气属于危险气体，在很多地方大量的储存氨气，例如靠近城市人口中心，是非常不受欢迎的。在氨气运输和操作过程发生过数起导致死亡的事故，在很多地方也规定了关于氨气的限制条件。 有几个用来生产氨气的化学方法，其中三个最常用的是Haber-Bosch方法，间接电化学分离方法，尿素分解方法。Haber-Bosch方法是在高温（475℃）高压（20Mpa）催化剂条件下使用气态的氢气和氮气合成氨，这是大规模的工业生产方法。然而，它需要严格的条件而且尚未证实当流量低于1t/h时在技术上或者经济上是可行的；电化学分离已经被提议在半导
简述旋风分离器性能的优 化 摘要：综合了国内众多优秀论文的观点，从旋风分离器的结构设计、故障排除等角度讲述了提高旋风分离器工作效率，减少压降、阻力（延长使用寿命）的优化措施。阐述了工艺优化后旋风分离器性能上的改善，为进一步扩展其应用领域提供了必要的依据。 关键词：旋风分离器：分离效率；压降；使用寿命；性能优化 0 引言 旋风分离器作为一种重要的除尘设备，在石油化工、燃煤发电等许多行业都得到广泛应用。但是，由于其除尘效率一般多在90%左右，同时对粉尘粒径较小的粉尘除去效果一般，故对于除尘要求较高的生产场合，它一般只作为多级除尘中的一级除尘使用。这就使得旋风除尘器的使用条件受到了很大的限制。本文综合了国内众多优秀论文的观点，从旋风分离器的结构设计、故障排除等角度论述其性能优化的方法措施，使旋风分离器能适用于更广阔的应用领域。 1 旋风分离器结构设计对其性能优化的影响 1.1 旋风分离器与多孔材料的组合 人们为提高旋风分离器的效率，做了许多努力：将金属多孔材料安置于旋风分离器中，组合成的旋风—过滤复合式除尘器就是其中之一。这种结构设计在锥筒底部加了一段直管，机器到了增加分离的目的，又起到减缓旋流的目的，以避免二次扬尘的产生。 为此，实验人员做了相关的测定实验，选取了铁合金冶炼粉尘等4种直径大小从0.05μm~10μm的不等的颗粒（基本上涵盖了所有常见粉尘的粒径范围），让实验更具有广泛的实用性，分离效率可大幅提高至近100%。实验结束后，用氮气反吹滤管后，得到的结果非常理想，可进行再次实验，即实验的再生效果好。 1.2 改变入口切入角及外筒直径对旋风分离器性能的影响
影响旋风分离器性能的因素有很多，可以从改变其入口切入角和外筒直径这两个方面考虑工艺的优化。根据模拟结果显示，r=6000mm、θ=7.5°构造的旋风分离器效率接近95%，分离效果较好。现实验人员研究的就是在此基础上的设计优化。 首先，把入口切入角θ改为θ=9°及θ=6°两组，发现θ=9°比θ=6°入口速度高，但速度衰减慢，速度场分布均匀，速度偏差小，减少了对颗粒的二次卷吸，在外筒壁面处速度高，分离效率提高了。 其次，实验人员将外筒直径由6000mm变更为5600mm、5800mm、6200mm、6400mm，发现当直径增大，离心力作用小，分离效率降低；直径减少后，分离效果好，但由于在下部形成内旋涡卷吸了一些下沉颗粒，分离效果下降。故可利用此外筒直径与分离效率的变化关系，寻找最合适的外筒直径大小，以达到最佳的分离效率。 1.3加装循环管和防液罩对旋风分离器性能的影响 对旋风分离器加装循环管前后进行实验对比分析可知，加装循环管的旋风分离器压降小于不带循环管的分离器，这就是说，带循环管的旋风分离器在入口摩擦损失、器内气流旋转的动能损失等方面均要小于不带循环管的分离器。 防液罩的存在对分离器压降影响不大，但带防液罩的分离器在不同高度剖面上的切向速度明显大于不带防液罩的分离器，那么他的分离效率就会相应提高。因此，防液罩可以在不增加压降损失的同时，进一步提高切向速度，从而提高气、液相的分离效率。 1.4新设计样式的旋风分离器与旋风分离器性能的影响 已有许多研究人员着手于新型旋风分离器的设计与研究，新型双蜗壳旋风分离器就是新设计出的一种新型旋风分离器。他的上行流区的静压变化为顺压梯度，有利于气体的顺利排出，减少旋风分离器的压力损失。 另外，循环式旋风分离器也有着提高分离效率，降低系统能耗的作用。 2 排除故障以优化旋风分离器的效率 2.1 消除三旋单管堵塞 笔者以比较常见的三级旋风分离器为例，简述通过工艺手段，消除由于
废物处理方式简述 绿色化工 化学工程具有巨大的生产力，它紧握能源这一国家发展的命脉，它曾经为人民的生活带来了巨大的财富，它创造的的材料应用于人民生活的方方面面。但生产过程中的一些废弃物排入环境中，造成水体、大气和土壤的污染，这些污染物在水环境、大气环境和土壤环境之间不断地时行互相迁移、循环给人类的生活环境带来严重的危害。为了保护人类的生存环境，人类也逐渐意识到破坏环境的严重性，逐渐找到了许多对化工生产中产生的废物进行处理的方式。本文就当前对化工废物的处理方法进行简述。 化工生产过程的废物来源有以下两种： ⑴化工生产原料、中间体、半成品及成品。①化学反应不完全。未反应的原料，因回收不完全或不可回收而被排放掉。②原料不纯。原料本身纯度不够，其中杂志不需要参加反应而被排放掉。③跑、冒、滴、漏。由于生产设备、管道等封闭不严密或由于管理操作不善而造成的现象。它不仅造成经济损失，也造成环境污染。 ⑵化工生产过程中排放出的废弃物。①燃料燃烧。化工供热和化工路在燃烧的过程中不可避免的要有大量烟气排出。烟气中除含有粉尘外，还含有其他有害物质，对环境危害极大。 ②冷却水。化工生产需要大量冷却水。当采用直冷时，直接与被冷却的物料接触，很容易使水含有化工原料，而成为污染物质。同时，大量热废水排入水域，导致水体温度上升，造成水中溶解氧减少，降低水体自净能力，使得水体中的毒性物质毒性加剧并加速细菌的繁殖。 ③副反应。在化工生产中，还常常伴随一些人们所不需要的副反应。往往由于副产物数量不大，成分复杂，回收困难，因而在分离过程中被排弃，引起环境污染。④反应的转化物和添加剂。⑤分离过程。分离过程是化工生产中几乎必不可少的过程，如精馏塔釜下脚料过滤器的残渣、旋风分离器的尾气等等。 化工生产产生的废物分为三类：⑴固体废物：指那些成粉末状、灰块、块状或凝固状的废物。如残渣、烟灰、废橡胶，选矿后留下的含金属的矿渣等。⑵液体废弃物：指那些被污染的水体或其它废溶液，其中溶有盐类、碱类、酸和有机物，也包括分散的油液和含有悬浮的颗粒状杂志。如生产中出的废水或用过的有机溶剂和有机液体。⑶气体形式废物：指一些工业锅炉、干燥设备、通风设备所排出的气体以及化学生产过程中分离出来的气体等。如各种烟，各种气味气体及含有毒性物质、液体弥散颗粒、蒸汽空气混合的烟雾和气体。对化工废物的处理方式也分为三类：物理方法、化学方法和生物方法。 第一，废气处理。 化学工业所排放的大气污染物主要有：二氧化硫、氮氧化物、氟化氢、氯气、氯化氢、碳氢化合物，各种有机的和无机的气体、粉尘等。分为气溶胶污染物和气体污染物。气溶胶有粉尘、烟尘、液滴、雾和烟雾。对气体污染物的物理处理方法是分离法，利用外力等物理方法将废物从气体中提取出来。对于气固分离有机械力除尘、湿式除尘、过滤除尘、静电除尘，对于气液分离有机械力除雾、静电除雾，对于气气分离有冷凝法、吸收法和吸附法。对气体污染物的化学处理方法是转化法，使废气中的污染物发生某些化学反应，然后分离或转化为其它物质，再用其它方法进行净化。对于气象反应有直接燃烧法（苯、沥青烟等）和其它气相反应法（NOx等），对于气液反应有吸收氧化法（H2S等）、吸收还
旋风分离器的作用 旋风分离器设备的主要功能是尽可能除去输送介质气体中携带的固体颗粒杂质和液滴，达到气固液分离，以保证管道及设备的正常运行。 工作原理 净化天然气通过设备入口进入设备内旋风分离区，当含杂质气体沿轴向进入旋风分离管后，气流受导向叶片的导流作用而产生强烈旋转，气流沿筒体呈螺旋形向下进入旋风筒体，密度大的液滴和尘粒在离心力作用下被甩向器壁，并在重力作用下，沿筒壁下落流出旋风管排尘口至设备底部储液区，从设备底部的出液口流出。旋转的气流在筒体内收缩向中心流动，向上形成二次涡流经导气管流至净化天然气室，再经设备顶部出口流出。 性能指标 分离精度旋风分离器的分离效果：在设计压力和气量条件下，均可除去≥10μm的固体颗粒。在工况点，分离效率为99%，在工况点±15%范围内，分离效率为97%。压力降正常工作条件下，单台旋风分离器在工况点压降不大于0.05MPa。设计使用寿命旋风分离器的设计使用寿命不少于20年。 结构设计 旋风分离器采用立式圆筒结构，内部沿轴向分为集液区、旋风分离区、净化室区等。内装旋风子构件，按圆周方向均匀排布亦通过上下管板固定；设备采用裙座支撑，封头采用耐高压椭圆型封头。设备管口提供配对的法兰、螺栓、垫片等。通常，气体入口设计分三种形式：a) 上部进气b) 中部进气c) 下部进气对于湿气来说，我们常采用下部进气方案，因为下部进气可以利用设备下部空间，对直径大于300μm或500μm 的液滴进行预分离以减轻旋风部分的负荷。而对于干气常采用中部进气或上部进气。上部进气配气均匀，但设备直径和设备高度都将增大，投资较高；而中部进气可以降低设备高度和降低造价。 应用范围及特点
过去（04-05年间）我们曾经对国内的几家锅炉厂做过调研（济南、上海、杭州），重点考察旋风分离器技术，回厂后对几种分离器做过比较，今天得知您们想了解这方面情况，特介绍如下： 几种旋风分离器性能比较 项目高温绝热旋风分离器高温汽冷旋风分离器高温水冷旋风分离器 结构结构简单，金属外壳内衬耐火防磨材料，外敷保温材料。结构较复杂，壳体由汽（水）冷管子弯制、手工焊装而成，壳外敷保温、壳内衬25mm厚耐磨料。壳体采用膜式壁制作，紧贴炉膛布置，为方型水冷。 适应煤种适应于烟煤，另可掺烧优质褐煤或炉渣。适应各种煤种，包括矸石。煤种适应性差。 可维修性砌筑要求较高，壳体维修容易。更换管子难，恢复耐磨层也有一定难度。汽（水）冷旋风分离器 事故几率低汽水系统，事故频率高。 热惰性大旋风分离器筒体部分小，料褪部分大。 冷却效果无，可降50℃ 运行控制汽（水）系统简单起停炉凝结水不易带出，造成积盐、腐蚀。 后燃结焦烧无烟煤易出现后燃结焦。不易出现。不易出现。 分离效果在符合粒径要求的条件下可达99．5% 在符合粒径要求的条件下可达99．5% 飞灰含碳较低较低较高 起炉时间 7小时 3小时 3小时 造价低高较高
选择循环流化床锅炉不可避免地会提到效率和防磨问题。 高效的旋风分离器是提高锅炉运行效率的基础保证（虽然有电除尘灰返料等手段，但非主流）。“哪一种更适合于化工生产用锅炉？”你能稳定采购到什么样的煤种？（必须满足企业的运行成本控制要求）你的用气制度怎样？旋风分离器当然是锅炉选型的重要依据，但其也只是锅炉的一个部件。煤耗的高低和使用燃煤的关系很大，旋风分离器没有绝对的好，只有适合自己的。建议楼主综合考虑。 PS：锅炉项目投资很大，原煤参数必须要给锅炉厂家提供准确，尽可能满足今后使用供煤的需要。（前年对几家锅炉厂家进行过考察，收集到一些信息。结合其他渠道收集整理的资料如下） 目前我国循环流化床锅炉使用的高效分离器主要有三种: 1、上排气高温旋风分离器(有绝热式和汽冷式)。PS：水冷式的川锅也在做，俗称“四川独眼龙”，比较有特点。 2、下排气中温绝热旋风分离器。 3、水冷方形分离器。 优缺点： 一、上排气高温旋风分离器 （1）绝热式旋风分离器：耐火防磨保温层内衬厚、热惯性大，冷态点火启动时间长达12~16h；体积大、重量重、支撑困难；维修费用高；散热损失大。优点是分离效率高。PS：旋风分离器是循环流化床锅炉烟气流速最高的位置，这种结构的分离器有钢制外壳、绝热块、保温耐火砖、防磨衬里、紧固砖多层组成，对施工质量、耐火材料选择要求很高！ （2）汽冷旋风分离器：风筒内只附设一层40~50mm厚的薄耐火材料层，缩短启停时间和承担一定的热负荷，大大降低了耐火材料重量和维护费用；减少了高温管道和膨胀节，从而降低维护费用；可采用标准保温，使外表温度下降，减少散热损失，可节约燃料费用 0.25%~0.5%；重量和尺寸均有所减小；能在制造车间装配好，整体或分片出厂，减少了现场工作量。 缺点：制造复杂，工艺要求高，因此成本较高。 PS：上排气旋风分离器阻力大，但分离效率高，是国内外主要锅炉公司首选的循环流化床锅炉主导分离器。但对使用易燃燃料或发热值十分低、灰含量特高（60~80%）的劣质煤，选用分离效率低一些的分离器（如下排气中温旋风分离器，方型水冷旋风分离器是最适宜的。即能降耗又能达到飞灰再循环要求。 二、下排气中温绝热旋风分离器 华中科技大学研究开发，克服了常规排气旋风分离器的一些缺点。 特点是：向下排气以及特殊结构的导流体。属于中温旋风分离器，顺应了“Ⅱ”型锅炉的整体布局，保持了“Ⅱ”型锅炉布置的结构特性，与上排器旋风分离器相比，总体尺寸明显减小（可减小占地面积30%左右）。与高温旋风分离器相比耐温耐磨材料易于解决，成本降低，
浙江工业大学 攻读硕士学位研究生课程 文献综述 专业动力工程及工程热物理 课程名称动力工程及工程热物理进展 任课教师包士毅等 姓名赵李盼 2016年1月10日
多相流技术在泵研究发展中的应用分析 概述 两相流动主要分为气液和固液的混合运动。两相流广泛应用于能源、化工、冶金,核能、冶金等领域。早在年,两相流就被用来减少波浪对建筑物的破坏作用。此后,在工程中也得到越来越广泛的应用,如在河口用气泡幕防止盐水入侵控制水库和湖泊中的分层结构以及改善水质加速反应装置中的物质混合、热量交换、以及化学反应过程在城市河流污染治理中,用纯氧曝气复氧来治理污染河流、消除黑臭。在电力行业中的应用主要体现在火力发电厂的水力除灰系统中,和火力发电厂湿式石灰石洗涤法脱硫系统中。气液两相流动很大程度上取决于气泡运动形态以及分散相和连续相之间的相互作用。然而,在气液两相流动中,气液两相的流速是不同的。在流动时,气液两相的流动结构又是多样的,而且,带有随机性。有关固液两相流的问题很早就己经提出。早在年就己经较系统地研究过明渠水流中泥沙的沉降和输运。于年研究过声波在泡沫液体中传播时强度的衰减。但是许多经验和研究成果分散在各个不同领域,交流不多。直至上世纪四十年代,刁`开始有意识地总结归纳所遇到的各种现象,用两相流的统一观点系统地加以分析和研究。五十年代以后相关的论文数量显著增加,内容包括两相流边界层,空化理论,流态化技术,喷管流动等。六十年代以后,越来越多的学者开始探索描述两相流运动规律的基本方程。两相流作为一门独立的学科形成,并有了迅猛阶段,但迄今为止还没有非常成熟的体系,尚处于发展初期,很多方面都要依赖于经验数据,而且数据
旋风分离器设计中应该注意的问题 旋风分离器被广泛的使用已经有一百多年的历史。它是利用旋转气流产生的离心力将尘粒从气流中分离出来。旋风分离器结构简单，没有转动部分。但人们还是对旋风分离器有一些误解。主要是认为它效率不高。还有一个误解就是认为所有的旋风分离器造出来都是一样的，那就是把一个直筒和一个锥筒组合起来，它就可以工作。旋风分离器经常被当作粗分离器使用，比如被当做造价更高的布袋除尘器和湿式除尘器之前的预分离器。 事实上，需要对旋风分离器进行详细的计算和科学的设计，让它符合各种工艺条件的要求，从而获得最优的分离效率。例如，当在设定的使用范围内，一个精心设计的旋风分离器可以达到超过99.9%的分离效率。和布袋除尘器和湿式除尘器相比，旋风分离器有明显的优点。比如，爆炸和着火始终威胁着布袋除尘器的使用，但旋风分离器要安全的多。旋风分离器可以在1093 摄氏度和500 ATM的工艺条件下使用。另外旋风分离器的维护费用很低，它没有布袋需要更换，也不会因为喷水而造成被收集粉尘的二次处理。 在实践中，旋风分离器可以在产品回收和污染控制上被高效地使用，甚至做为污染控制的终端除尘器。 在对旋风分离器进行计算和设计时，必须考虑到尘粒受到的各种力的相互作用。基于这些作用，人们归纳总结出了很多公式指导旋风分离器的设计。通常，这些公式对具有一致的空气动力学形状的大粒径尘粒应用的很好。在最近的二十年中，高效的旋风分离器技术有了很大的发展。这种技术可以对粒径小到5微米，比重小于1.0的粒子达到超过99%的分离效率。这种高效旋风分离器的设计和使用很大程度上是由被处
理气体和尘粒的特性以及旋风分离器的形状决定的。同时，对进入和离开旋风分离器的管道和粉尘排放系统都必须进行正确的设计。工艺过程中气体和尘粒的特性的变化也必须在收集过程中被考虑。当然，使用过程中的维护也是不能忽略的。 1、进入旋风分离器的气体 必须确保用于计算和设计的气体特性是从进入旋风分离器的气体中测量得到的，这包括它的密度，粘度，温度，压力，腐蚀性，和实际的气体流量。我们知道气体的这些特性会随着工艺压力，地理位置，湿度，和温度的变化而变化。 2、进入旋风分离器的尘粒 和气体特性一样，我们也必须确保尘粒的特性参数就是从进入旋风分离器的尘粒中测量获得的。很多时候，在想用高效旋风分离器更换低效旋风分离器时，人们习惯测量排放气流中的尘粒或已收集的尘粒。这种做法值得商榷，有时候是不对的。 获得正确的尘粒信息的过程应该是这样的。首先从进入旋风分离器的气流中获得尘粒样品，送到专业实验室决定它的空气动力学粒径分布。有了这个粒径分布就可以计算旋风分离器总的分离效率。 实际生产中，进入旋风分离器的尘粒不是单一品种。不同种类的尘粒比重和物理粒径分布都不相同。但空气动力学粒径分布实验有机地将它们统一到空气动力学粒径分布中。 3、另外影响旋风分离器的设计的因素包括场地限制和允许的压降。例如，效率和场地限制可能会决定是否选用并联旋风分离器，或是否需要加大压降，或两者同时采用。 4、旋风分离器的形状 旋风分离器的形状是影响分离效率的重要因素。例如，如果入口
参考文献 [1]金国淼等.除尘设备[M].北京:化学工业出版社,2002:1-300 [2]Louis E. Stein, Alex. C. Hoffmann.旋风分离器-原理、设计和工程应用 [M].北京,化学工业出版社,2004:1-78 [3]国家环保局标准处.中华人民共和国国家标准环境空气质量标准[J],油气田环境保护,1996(04 ) [4]姚玉英,黄凤廉,陈常贵等.化工原理[M].天津:天津大学出版社,1999:138 [5]舒帆.影响旋风除尘器除尘效率的因素分析[J],粮食加工.2008, 33 (3):73-75 [6]韩占忠,王敬,兰小平.FLUENT流体工程仿真计算实例与应用[M].北京：北京理工大学出版社,2004:20 [7]魏志军,张平.旋风分离器气相流场的数值模拟[J].北京理工大学学报.2000, 20 (5):19-21 [8]嵇鹰,张红波,田耀鹏等.进口位置对旋风分离器特性影响的数值模拟[J].金属矿山,2008, 387 (3):127-129 [9]岑可法,倪明江,骆仲泱等.循环流化床锅炉理论设计与运行[M].北京:中国电力出版社, 2002:511-540 [10]陈明绍，吴光兴，张大中等.除尘技术的基本原理与应用[M].北京：中国建筑工业出版社，1981:333-518 [11]钱付平,章名耀.基于边界层理论旋风分离器分离效率的改进模型[J],中国电机工程学报.2007, 27 (5):71-74 [12]Hoffmann A C, Stein L E. Gas cyclones and twirl tubes：principles，design and operation [M]. Springer-Verlag，Berlin，Heidelberg，2002，169． [13]Leith D, Licth W. The collection efficiency of cyclone type particle collector. A new theoretical approach[J]. AIChE Symp Series,1972，126 (68)：196-206． [14]Obermair S，Woisetschlager J，Staudinger G．Investigation of the flow pattern in different dust outlet geometries of a gas cyclone by laser Doppler anemometry[J].Powder Technology，2003，2-3 (138):239-251 [15]Zhao Bingtao．Development of a new method for evaluating cyclone
文章编号:1OO8-7524C 2OO3D O8-OO21-O3 IMS P 旋风分离器设计计算的研究 蔡安江 C 西安建筑科技大学机电工程学院, 陕西西安 摘要:在理论研究和设计实践的基础上, 提出了旋风分离器的设计计算方法O 关键词:旋风分离器9压力损失9分级粒径9计算中图分类号:TD 922+-5 文献标识码:A 71OO55D O 引言 旋风分离器在工业上的应用已有百余年历 离器性能的关键指标压力损失AP 作为设计其筒体直径D O 的基础, 用表征旋风分离器使用性能的关键指标分级粒径dc 作为其筒体直径D O 的修正依据, 来高效~准确~低成本地完成旋风分离器的设计工作O 1 压力损失AP 的计算方法 压力损失AP 是设计旋风分离器时需考虑的关键因素, 对低压操作的旋风分离器尤其重要O 旋风分离器压力损失的计算式多是用实验数据关联成的经验公式, 实用范围较窄O 由于产生压力损失的因素很多, 要详尽计算旋风分离器各部分的压力损失, 我们认为没有必要O 通常, 压力损失的表达式用进口速度头N H 表示较为方便O 进口速度头N H 的数值对任何旋风分离器将是常数O 目前, 使用的旋风分离器为减少压
力损失和入口气流对筒体内气流的撞击~干扰以及其内旋转气流的涡流, 进口形式大多从切向进口直入式改为18O ~36O 的蜗壳式, 但现有文献上的压力损失计算式均只适用于切向进口, 不具有通用性, 因此, 在参考大量实验数据的基础上, 我们提出了压力损失计算的修正公式, 即考虑入口阻力系数, 使其能适用于各种入口型式下的压力损失计算O 修正的压力损失计算式是: 史O 由于它具有价格低廉~结构简单~无相对运动部件~操作方便~性能稳定~压力损耗小~分离效率高~维护方便~占地面积小, 且可满足不同生产特殊要求的特点, 至今仍被广泛应用于化工~矿山~机械~食品~纺织~建材等各种工业部门, 成为最常用的一种分离~除尘装置O 旋风分离器的分离是一种极为复杂的三维~二相湍流运动, 涉及许多现代流体力学中尚未解决的难题, 理论研究还很不完善O 各种旋风分离器的设计工作不得不依赖于经验设计和大量的工业试验, 因此, 进行提高旋风分离器设计计算精度~提高设计效率, 降低设计成本的研究工作就显得十分重要O 科学合理地设计旋风分离器的关键是在设计过程中充分考虑其所分离颗粒的特性~流场参数和运行参数等因素O 一般旋风分离器常规设计的关键是确定旋风分离器的筒体直径D O , 只要准确设计计算出筒体直径D O , 就可以依据设计手册完成其它结构参数的标准化设计O 鉴于此, 我们在理论研究和设计实践的基础上, 提出了分级用旋风分离器筒体直径D O 的计算方法O 即用表征旋风分 收稿日期:2OO3-O3-O3 -21- AP = CjPV j 7N H 2
参考文献 姓名：林诗远 学号：20100410208 班级：10级车辆二班 第九章机械制造业的环境保护 第一节机械工业的环境污染 机械工业是为国民经济各部门制造各种装备的部门，在机械工业的生产过程中不论是铸造、锻压、焊接等材料成型加工，还是车、铣、镗、刨、磨、钻等切削加工都会排出大量污染大气的废气、污染土壤的废水和固体废物，如金属离子、油、漆、酸、碱和有机物，带悬浮物的废水，含铬、汞、铅、铜、氰化物、硫化物、粉尘、有机溶剂的废气，金属屑、熔炼渣、炉渣等固体废物，同时在加工过程中还伴随着噪音和振动。 熔炼金属时会产生相应的冶炼炉渣和含有重金属的蒸气和粉尘。 在材料的铸造成形加工过程中会出现粉尘、烟尘、噪音、多种有害气体和各类辐射；在材料的塑性加工过程中锻锤和冲床在工作中会产生噪音和振动，加热炉烟尘，清理锻件时会产生粉尘、高温锻件还会带来热辐射；在材料的焊接加工中会产生电弧辐射、高频电磁波、放射线、噪音等，电焊时焊条的外部药皮和焊剂在高温下分解而产生含较多Fe2O3和锰、氟、铜、铝的有害粉尘和气体，还会出现因电弧的紫外线辐射作用于环境空气中的氧和氮而产生O3、NO、NO2等；气焊时会因用电石制取乙炔气体而产生大量电渣。 在金属热处理中，高温炉与高温工件会产生热辐射、烟尘和炉渣、油烟，还会因为防止金属氧化而在盐浴炉中加入二氧化钛、硅胶和硅钙铁等脱氧剂而产生废渣盐，在盐浴炉及化学热处理中产生各种酸、碱、盐等及有害气体和高频电场辐射等；表面渗氮时，用电炉加热，并通入氨气，存在氨气的泄露；表面氰化时，将金属放入加热的含有氰化钠的渗氰槽中，氰化钠有剧毒，产生含氰气体和废水；表面(氧化)发黑处理时，碱洗在氢氧化钠、碳酸和磷酸
关于旋风分离器的研究综述 组员：管清韦，孔繁星，吕萍 摘要：旋风分离器的主要功能是尽可能除去输送气体中携带的固体颗粒杂质和液滴，达到气固液分离，以保证管道及设备的正常运行。本文从气固分离理论、旋风分离技术研究进展及旋风分离器机理研究三个方面展开讨论。 关键词：气固分离、旋风分离器 一、气固分离理论 气固分离技术就是将固体颗粒从气流中分离出来，是众多工业流程的必备技术之一。它所涉及的分离器种类非常多，应用时的目的又不一样，按不同的分离机理、工作环境等均可有不同的设计，但一般常见的主要是应用在旋风分离器和脉冲喷吹袋式除尘器领域。 本研究项目主要是利用旋风分离器分离煤层气中细微的粉尘，即粒径小于10μm 的固体颗粒（大于10μm的固体颗粒已经可以得到效率很高的分离效果了），提高旋风分离器的分离效率。此分离方法属于机械力分离，结构相对简单，能在高温高压下维持正常工作，造价也不高，是工业生产中的良好选择。 1.气固分离机理及分类 在气固分离技术领域，有许多普遍的分离机理。 重力分离机理：这是最基本的一种分离形式，如沉降室。气固混合物中的固体颗粒的分离主要借助中立的作用，固体颗粒在重力沉降过程中必然会与气体产生差异，从而两者分离。 惯性分离机理：利用槽型构件组成的槽型分离器、迷宫式分离器等，凡能与分离构件表面相碰撞的固体颗粒都有可能被分离构件所捕获，含尘气流中的粉尘粒子都应与分离构件相碰撞而被搜集。 离心式分离机理：常用旋风分离器。当气体从旋风分离器的入口进入时，粉尘由于受到离心离德作用而被甩到边界上，并且离心沉降，从下端出口流出，而气体分子却仍在分离器的中心，并通过回流而从上方出口流出。 在这些分离过程中，有一个准则关系式： Stk F F S O ，即粒子所受离心力与气体介 质所作用的阻力之比。 按作用的情况对气固分离器进行分类，可分为四大类：机械力分离，静电分离（分离固体粒子粒径0.01~0.1μm），过滤分离（分离固体粒子粒径0.1μm），湿洗分离（分离固体粒子粒径1~0.1μm）。煤层气工业一般少用后三种，因为后三种分离速度慢、成本高，且不适用于高温高压等苛刻的条件。但是那些粒径较小的固体颗粒也必须除去，所以本项目针对的微小粒子粒径为小于10μm，而一般的旋风分离器通常只可除去10μm以上的固体粒子，因此对于我们来说是一项挑战，希
旋风分离器的工艺计算 》 : *
目录 一.前言 (3) 应用范围及特点 (3) 分离原理 (3) 分离方法 (4) ) 性能指标 (4) 二.旋风分离器的工艺计算 (4) 旋风分离器直径的计算 (5) 由已知求出的直径做验算 (5) 计算气体流速 (5) < 计算旋风分离器的压力损失 (5) 旋风分离器的工作范围 (6) 进出气管径计算 (6) 三.旋风分离器的性能参数 (6) 分离性能 (6) ~ 临界粒径d pc (7) 分离效率 (8) 旋风分离器的压强降 (8) 四.旋风分离器的形状设计 (9) 五．入口管道设计 (10) $ 六.尘粒排出设计 (10) 七.算例（以天然气作为需要分离气体） (11) 工作原理 (11) 基本计算公式 (12) 算例 (13) ( 八.影响旋风分离器效率的因素 (14) 气体进口速度 (14) 气液密度差 (14) 旋转半径 (14) 参考文献 (15) …
' 旋风分离器的工艺计算 摘要：分离器已经使用十分广泛无论在家庭生活中还是工业生产，而且种类繁多每种都有各自的优缺点。现阶段旋风分离器运用比较广泛，它的性能的好坏主要决定于旋风分离器性能的强弱。这篇文章主要是讨论旋风分离器工艺计算。旋风分离器是利用离心力作用净制气体,主要功能是尽可能除去输送介质气体中携带的固体颗粒杂质和液滴，以达到气固液分离，以保证管道及设备的正常运行。在本篇文章中，主要是对旋风分离器进行工艺计算。 [ 关键字：旋风分离器、工艺计算 一.前言 旋风分离器设备的主要功能是尽可能除去输送介质气体中携带的固体颗粒杂质和液滴，达到气固液分离，以保证管道及设备的正常运行。它是利用旋转气流产生的离心力将尘粒从气流中分离出来。旋风分离器结构简单，没有转动部分制造方便、分离效率高，并可用于高温含尘气体的分离，而得到广泛运用。 ' 旋风分离器采用立式圆筒结构，内部沿轴向分为集液区、旋风分离区、净化室区等。内装旋风子构件，按圆周方向均匀排布亦通过上下管板固定；设备采用裙座支撑，封头采用耐高压椭圆型封头。设备管口提供配对的法兰、螺栓、垫片等。 通常，气体入口设计分三种形式： a) 上部进气 b) 中部进气 c) 下部进气 对于湿气来说，我们常采用下部进气方案，因为下部进气可以利用设备下部空间，对直径大于300μm或500μm的液滴进行预分离以减轻旋风部分的负荷。而对于干气常采用中部进气或上部进气。上部进气配气均匀，但设备直径和设备高度都将增大，投资较高；而中部进气可以降低设备高度和降低造价。 应用范围及特点 旋风分离器适用于净化大于1-3微米的非粘性、非纤维的干燥粉尘。它是一种结构简单、
旋风除尘器性能的模拟计算 一、下图为旋风除尘器几何形状及尺寸，如图1所示，图中D、L 及入口截面的长宽比在数值模拟中将进行变化与调整，其余参数保持不变。 图1 旋风分离器几何形状及尺寸（正视图）
旋风分离器的空间视图如图2所示。 图2 旋风分离器空间视图 二、旋风分离器数值仿真中的网格划分 仿真计算时，首先对旋风除尘器进行网格划分处理，计算网格采用非结构化正交网格，如图3所示。 图3 数值仿真时旋风分离器的网格划分（空间）
图4为从空间不同角度所观测到的旋风分离器空间网格。 图4 旋风分离器空间网格空间视图 本数值仿真生成的非结构化空间网格数大约为125万，当几何尺寸（如D、L及长宽比）改变时，网格数会略有变化。 三、对旋风分离器的数值模拟仿真 采用混合模型，应用Eulerian（欧拉）模型，欧拉方法，对每种工况条件下进行旋风分离器流场与浓度场的计算，计算残差<10-5，每种工况迭代约50000步，采用惠普工作站计算，CPU耗时约12h。 以下是计算结果的后处理显示结果。由于计算算例较多，此处仅列出了两种工况条件下的计算后处理结果。 图5是L=1.3m，D=1.05m 入口长宽比1:3，入口速度10m/s时，在y=0截面（旋风分离器中心截面）上粒径为88微米烟尘的体积百分数含量分布图。可以明显看出由于旋风除尘器的离心作用，灰尘被甩到外壁附近，而在靠近中心排烟筒下方筒壁四周，烟尘的体积浓度最大。
粒径88微米烟尘的空间浓度分布(空间) 粒径88微米烟尘的浓度分布(旋风分离器中心截面)
粒径200微米烟尘的空间浓度分布(空间) 粒径200微米烟尘的浓度分布(旋风分离器中心截面) 图5 L=1.3m、D=1.05m、长宽比1:3，入口速度10m/s时烟尘空间分布
旋风分离器: 旋风分离器，是用于气固体系或者液固体系的分离的一种设备。工作原理为靠气流切向引入造成的旋转运动，使具有较大惯性离心力的固体颗粒或液滴甩向外壁面分开。旋风分离器的主要特点是结构简单、操作弹性大、效率较高、管理维修方便，价格低廉，用于捕集直径5～10μm以上的粉尘，广泛应用于制药工业中。 主要功能： 旋风分离器设备的主要功能是尽可能除去输送气体中携带的固体颗粒杂质和液滴，达到气固液分离，以保证管道及设备的正常运行，在西气东输工程中，旋风分离器是较重要的设备。 机构简介： 旋风分离器，是用于气固体系或者液固体系的分离的一种设备。工作原理为靠气流切向引入造成的旋转运动，使具有较大惯性离心力的固体颗粒或液滴甩向外壁面分开。是工业上应用很广的一种分离设备。 工作原理： 旋风分离器是利用气固混合物在作高速旋转时所产生的离心力，将粉尘从气流中分离出来的干式气固分离设备。由于颗粒所受的离心力远大于重力和惯性力，所以分离效率较高。 常用的（切流）切向导入式旋风分离器的分离原理及结构如图所示。主要结构是一个圆锥形筒，筒上段切线方向装有一个气体入口管，圆筒顶部装有插入筒内一定深度的排气管，锥形筒底有接受细粉的出
粉口。含尘气流一般以12—30m/s速度由进气管进入旋风分离器时，气流将由直线运动变为圆周运动。旋转气流的绝大部分，沿器壁自圆筒体呈螺旋形向下朝锥体流动。此外，颗粒在离心力的作用下，被甩向器壁，尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性力，而靠器壁附近的向下轴向速度的动量沿壁面下落，进入排灰管，由出粉口落入收集袋里。旋转下降的外旋气流，在下降过程中不断向分离器的中心部分流入，形成向心的径向气流，这部分气流就构成了旋转向上的内旋流。内、外旋流的旋转方向是相同的。最后净化气经排气管排出器外，一部分未被分离下来的较细尘粒也随之逃逸。自进气管流入的另一小部分气体，则通过旋风分离器顶盖，沿排气管外侧向下流动，当到达排气管下端时，与上升的内旋气流汇合，进入排气管，于是分散在这部分上旋气流中的细颗粒也随之被带走，并在其后用袋滤器或湿式除尘器捕集。 净化天然气通过设备入口进入设备内旋风分离区，当含杂质气体沿轴向进入旋风分离管后，气流受导向叶片的导流作用而产生强烈旋转，气流沿筒体呈螺旋形向下进入旋风筒体，密度大的液滴和尘粒在离心力作用下被甩向器壁，并在重力作用下，沿筒壁下落流出旋风管排尘口至设备底部储液区，从设备底部的出液口流出。旋转的气流在筒体内收缩向中心流动，向上形成二次涡流经导气管流至净化天然气室，再经设备顶部出口流出。 特点： 旋风分离器的主要特点是结构简单、操作弹性大、效率较高、管
东北电力学院学报 第21卷第1期 Journal Of Northeast China Vol.21,No.1 2001年3月Institute Of Electric Pow er Engineering Mar.,2001 文章编号:100522992(2001)0120006205 从法国Gardanne250MWCFB锅炉 看循环流化床燃烧技术的发展 曹坤龙1,王志伟1,魏高升2,周振堂3,刘柏谦2 (1.株州电厂,湖南株州 412000;2.东北电力学院动力工程系,吉林吉林 132012;3.白城林业学校,吉林白城 137000) 摘 要:以法国G ardanne电厂250MW循环流化床锅炉的基本技术概况和法国电力局为放大到 600MW进行的技术研究进行述评,并对循环流化床燃烧技术的发展提出看法。 关 键 词:循环流化床锅炉;大型化;发展 中图分类号:T K299.6、T K16 文献标识码:A 0 前 言 能源与环境是当今世界的两大主题。假定世界能源消费以目前的速度增长,到2050年将是现在的3倍,其中发展中国家将消费70%。世界能源会议(WEC)第17次会议(1998)预计,未来二十年全球能源消费将增加50%。循环流化床燃烧(CFBC)技术是近年来在国际上发展起来的新一代高效、低污染的清洁燃烧技术。截止1999年,全世界已有600多台CFB锅炉运行和建设,在我国、印度及其发展中国家还运行着数以百计的小型CFB锅炉。目前,已经投运的最大的一台CFB锅炉是法国G ardanne250 MWCFB锅炉(截面积是170m2),按照容量算是发电250MW耗煤3600t/d锅炉;波兰Turow电站的三台235MW亚临界再热循环床锅炉也已投入商业运营;印度的Gujarat电厂,容量330MWCFB锅炉正在建设阶段,制造厂商已经可以提供600MW的商业设计。目前,法国电力局正在进行G ardanne250 MWCFB锅炉放大到600MW的研究中,而ABB-CE、Ahlstrom、Lurgi、F and W等公司都有250～400 MW的研发计划(2000)。这表明大型循环流化床电站锅炉已开始步入商业化阶段,从目前实际发展来看,九十年代,法国的循环流化床燃烧技术在实践方面已经走在了世界前列,其情形很像八十年代德国Duisburg CFB锅炉。以下就法国250MWCFB锅炉的情况作简要的文献综述,同时对他们所进行的600MW放大的研究和准备进行简要介绍。 1 法国Provence/G ardanne250MW循环流化床锅炉[1,2,3] Provence250MWCFB锅炉(见图1)由GEC2AL STROM公司采用Lurgi CFB技术并受益于法国电力局对E.Huchet电厂的测试研究以及在Lys2Lez2Lannoy实验室冷模实验台上研究的基础上而设计的。锅炉于1992年开始建设,1995年11月并网发电,到1997年末,锅炉已在不同负荷下运行5000h, 收稿日期:2000212213 作者简介:曹坤龙(1969-),男,株州电厂工程科工程师。