篩析與旋風(fēng)分離實(shí)驗(yàn)

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1、951化工實(shí)驗(yàn)（一）實(shí)驗(yàn)三篩析與旋風(fēng)分離ScreenAnalysisandCycloneSeparator一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)篩(Sieve)及篩振盪機(jī)(Sieveshaker)之使用方法。2.利用篩析法來測(cè)定粉粒體之粒徑分佈。3.瞭解皮托管流量計(jì)原理。4.測(cè)定頻率、風(fēng)速對(duì)旋風(fēng)分離效率之影響。二、原理2.1篩析篩析在化工廠中常用於控制與分析固體顆粒之大小，粉體粒徑以通過標(biāo)準(zhǔn)篩之網(wǎng)眼決定。篩網(wǎng)每邊長一吋所含之篩孔數(shù)為網(wǎng)目(mesh)及篩號(hào)，現(xiàn)今最通用者為泰勒(Tyler)標(biāo)準(zhǔn)篩，其線徑有一定的規(guī)定，例如泰勒200號(hào)篩，每邊長一吋有篩孔200個(gè)，線徑0.0021吋，因此篩孔長

2、度為0.005吋扣除0.0021吋，孔徑大小為0.0029吋(0.074mm)。粒徑分佈表示法常以累積分佈曲線、頻率分佈曲線、R-R-S分佈曲線表示。(1)累積分佈曲線：包括殘留率曲線(R)及通過率曲線(D)殘留率指累積殘留在篩網(wǎng)上之粒子重，佔(zhàn)全部試料重的百分比R(%)如式（1），以篩網(wǎng)孔徑代表粒徑DP，以R對(duì)DP做圖，即為殘留率曲線。（1）對(duì)第i篩網(wǎng)而言，殘留率為：（2）式中，DP為粒子直徑(mm)，DP,max為最大粒子之直徑(mm)，f(DP)為粒徑頻率分佈(%)，SWi為累積在第i層及更上層篩網(wǎng)之試料總重(kg)，W0為總試料重(kg)通過率即累積通過篩網(wǎng)之試料佔(zhàn)試料

3、總重量之百分比D(%)，以D對(duì)Dp做圖，即為通過率曲線。數(shù)學(xué)式表示為：3-9951化工實(shí)驗(yàn)（一）（3）對(duì)第i篩網(wǎng)而言，對(duì)應(yīng)之粒徑為()，而通過率為：（4）式中，SWi+1：累積在第i+1層及更下層篩網(wǎng)之試料總重殘留率與通過率之關(guān)係為D+R=100（5）(2)頻率分佈曲線(f)：各篩上粒子重佔(zhàn)試料總重之百分比對(duì)平均粒徑作圖。圖3-1粒徑分佈曲線圖(3)R-R-S分佈曲線(Rosin-RammlerSizedistribution)：以方程式表示累積分佈狀態(tài)如下：（6）其中b、n為常數(shù)，此方程式適合於以球磨機(jī)處理之情況。n值對(duì)於大多數(shù)之礦物而言約為1。將上式取兩次對(duì)數(shù)，得log(

4、2-logR)=log(bloge)+nlogDP（7）以log(2-logR)對(duì)logDP作圖，可得斜率n，截距為log(bloge)。2.2旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器是利用粒子在氣流中做高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，離心力遠(yuǎn)大於重力，且因速度愈大，粒子所獲得之離心沈降速度也愈大，使固體與氣體達(dá)到分離的目的，其主體如圖3-2。含固態(tài)粒子之氣體自圓筒導(dǎo)入管沿切線方向，以10~20m/s之速度送入錘型圓筒，此時(shí)氣流碰撞器壁，旋轉(zhuǎn)下降至集塵袋中而氣體則沿中央上昇氣流自圓筒上。集塵粒徑範(fàn)圍10~200mm，性能較佳者可處理至5mm。旋風(fēng)機(jī)之分離效率由式（8）表示，視粉體的粒徑分佈而異h＝〔被分離出來之粉粒

5、重〕/〔總粉粒重〕×100%（8）以Stokes定律計(jì)算最小粒徑Dp,min，如式（9），大於此粒徑之粒子3-9951化工實(shí)驗(yàn)（一）集塵效率為100%，小於此粒徑之粒子則無法全部被收集。（9）式中，DP,min為可百分之百被分離之最小粒徑(mm)，m為空氣之黏度(kg/m?s)，B為旋風(fēng)機(jī)入口之寬度(m)，N為氣體在旋風(fēng)機(jī)內(nèi)之迴旋次數(shù)，ua為進(jìn)入旋風(fēng)分離器氣體之速度(m/s)rs為粒子之密度(kg/m3)，r為運(yùn)送氣體的密度(kg/m3)。氣體的迴流數(shù)N依旋風(fēng)機(jī)的幾何形狀及內(nèi)表面光滑的程度及流體的性質(zhì)而異，標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)機(jī)約為N=2。就經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，旋風(fēng)機(jī)的入口速度愈大，DP,min愈

6、小，分離的效率越佳，設(shè)計(jì)時(shí)一般皆定在15~20m/s，不宜低於10m/s以下，此乃通過旋風(fēng)分離器的壓力降落與入口速度的平方成正比之故。又入口寬度B越小則DP,min越小，小型的旋風(fēng)機(jī)之分離效率較佳。2.旋風(fēng)分離器之壓降係數(shù)旋風(fēng)分離器之理論壓降係數(shù)F可由本身之尺寸決定：（13）圖3-2旋風(fēng)分離機(jī)內(nèi)部圖其中K：常數(shù)(其值約為30)A：旋風(fēng)分離器入口截面積＝p()2(m2)3-9951化工實(shí)驗(yàn)（一）d：出口導(dǎo)管直徑(m)L：旋風(fēng)分離器圓筒部份高度(m)D：旋風(fēng)分離器圓筒部份直徑(m)H：旋風(fēng)分離器圓錐部份高度(m)一般工業(yè)上所用的旋風(fēng)分離器，壓降約在50~200mmH2O經(jīng)濟(jì)範(fàn)圍內(nèi)

7、。壓降可由白努利(Bernoulli)方程式求得：（10）（11）旋風(fēng)分離器實(shí)驗(yàn)壓降係數(shù)F定義如式（12），F(xiàn)通常在4~10之間。（12）Dh係由旋風(fēng)分離器出入口接上一U型管差壓計(jì)所測(cè)出之水柱差。3.皮托管風(fēng)速皮托管為測(cè)點(diǎn)速度的流量計(jì)，構(gòu)造如圖3-3，內(nèi)管中截面積與流體流向互相垂直，點(diǎn)1可測(cè)流體的動(dòng)壓(DynamicPressure)；外管前端鑽有固定口徑的小孔點(diǎn)2，藉以測(cè)定靜止流體所具有壓力，即靜壓(StaticPressure)。靜壓之測(cè)定面與流動(dòng)方向水平；動(dòng)壓為垂直方向。依白努利方程式：（14）由