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第2章 非均相物系的分离
2.2.2 离心沉降
离心沉降是依靠惯性离心力的作用而实现的沉降。 在重力沉降的讨论中，已经得知，颗粒的重力沉降速度ut与颗粒的直径d及两相的密度差ρs－ρ有关，d越大，两相密度差越大，则ut越大。
若d、ρs、ρ一定，则颗粒的重力沉降速度ut一定，对一定的非均相物系，其重力沉降速度是恒定的，人们无法改变其大小。因此，在分离要求较高时，用重力沉降就很难达到要求。此时，若采用离心沉降，则可大大提高沉降速度，使分离效率提高，设备尺寸减小。
1.离心沉降速度　离心沉降速度与重力沉降速度计算式形式相同，只是将重力加速度g（重力场强度）换成了离心加速度ut2/R（离心力场强度）。但重力场强度g是恒定的，而离心力场强度ut2/R却随半径和切向速度而变，即可以人为控制和改变，这就是采用离心沉降优点——选择合适的转速与半径，就能够根据分离要求完成分离任务。
当颗粒处于离心力场中时，
将受到离心力的作用，其值为
对于同一颗粒，r越大，ω越大，产生的离心力就越大，利用离心力分离流体中的颗粒比重力有效得多，因重力固定，离心力可变，提高转速，就可增大之。例如当r=1m，ut=100m/s时，质量为m的颗粒产生的离心力与重力的比值为
即离心力为重力的1000倍。
离心力与重力之比称为分离因数，用Kc表示。在离心机中，此值可达几千甚至几万。
离心沉降沉降速度ur的有关计算与重力沉降相似，只要将重力加速度g用离心加速度代替即可，即
设分离因数为10000，且沉降处于层流区，则ur/u0=100，即离心沉降时间仅为重力沉降时间的1/100。
注意上式中的ut 为切线速度，其方向沿颗粒所在位置的圆周切线方向，ur为离心沉降速度，其方向为颗粒所在位置的径向，如图所示。因颗粒具有两个方向的速度，其实际速度为这两个速度的合速度。假如颗粒的初始位置A，颗粒的实际运动路线如图中虚线所示，最后达到器壁C处。
设运动为层流，即
则仍可套用斯托克斯定律，得
2.离心沉降设备
⑴ 旋风分离器　 旋风分离器是从气流中分离出尘粒的离心沉降设备，因此，又称为旋风除尘器。
含尘气体由圆筒形上部的切向长方形入口进入筒体，在器内形成一个绕筒体中心向下作螺旋运动的外漩流，在此过程中，颗粒在离心力的作用下，被甩向器壁与气流分离，并沿器壁滑落至锥底排灰口，定期排放；外漩流到达器底后（已除尘）变成向上的内漩流，最终，内漩流（净化气）由顶部排气管排出。
旋风分离器结构简单，造价较低，没有运动部件，操作不受温度、压力的限制，因而广泛用作工业生产中的除尘分离设备。旋风分离器一般可分离5μm以上的尘粒，对5μm以下的细微颗粒分离效率较低，可在其后接袋滤器和湿法除尘器来捕集。
旋风分离器的性能：评价旋风分离器的主要指标是所能分离的最小颗粒直径——临界粒径和气体经过旋风分离器的压降。
临界粒径是指理论上能够完全被旋风分离器分离下来的最小颗粒直径。临界粒径随气速增大而减小，表明气速增加，分离效率提高。但气速过大会将已沉降颗粒卷起，反而降低分离效率，同时使流动阻力急剧上升。
临界粒径随设备尺寸的减小而减小，因旋风分离器的各部分尺寸成一定比例，尺寸越小，则B越小，从而临界粒径越小，分离效率越高。
压降大小是评价旋风分离器性能好坏的一个重要指标。受整个工艺过程对总压降的限制及节能降耗的需要，气体通过旋风分离器的压降应尽可能低。压降的大小除了与设备的结构有关外，主要决定于气体的速度，气体速度越小，压降越低，但气速过小，又会使分离效率降低。
因而要选择适宜的气速以满足对分离效率和压降的要求。一般进口气速在10～25m/s为宜，最高不超过35m/s，同时压降应控制在2kPa以下。
除了前面提到的标准型旋风分离器，还有一些其它型式的旋风分离器，如CLT、CLT/A、CLP/A、CLP/B以及扩散式旋风分离器，其结构及主要性能可查阅有关资料。
旋风分离器的特点：流量大、压头低。
(1) 气体的膨胀或压缩引起的不可逆机械能损失；
(2) 消耗于气流旋转的加速度损失；
(3) 摩擦阻力损失以及各个部位的局部阻力损失等。
有理论或半理论式，但工程上主要采用经验公式：
旋液分离器
旋液分离器是利用离心力从液流中分离固体颗粒的设备，其构造与操作原理与旋风分离器基本上相同，不同的是，旋液分离器不能将固体颗粒与液体完全分开，从底部出来的是较浓的悬浮液，称为底流。旋液分离器内层中心有一个空的空气芯，圆筒部分较短，锥形部分旋转半径较小，离心作用较大，锥体长可充分发挥离心作用。
旋液分离器可用于固液分离，也可用于颗粒分级，即粗颗粒从底流流出，细颗粒从顶部中心管排出。
思考：沉降区域的划分与管流过程有何不同？为什么？
这是因为在颗粒的沉降过程中存在绕流问题.因绕流时,同时存在有摩擦阻力与形体阻力,在颗粒的后方会发生边界层分离,并产生旋涡和湍动,形体阻力占据一定位置.所以,与以摩擦阻力为主的管流过程间是有区别的.

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