氣固離心分離是基於氣-固兩相的密度差，利用旋流離心力實現兩相分離的，屬於氣固非均相體繫的物理場分離技術，常用的方式是氣-固旋風分離。它具有處理量大、結構緊湊、操作簡便等優點，應用非常廣泛，尤其是在高溫高濃度條件下，已成為工程上普遍的分離方法。本書部分內容和應用案例得益於國家科技進步二等獎——“催化裂化後反應繫統關鍵裝備技術的開發與應用”之技術（高效氣固旋流分離、高效催化劑預汽提和高油氣包容率3項創新技術），以及國家科技部973項目（綠色低碳導向的高效煉油過程基礎研究）、國家自然科學基金重大項目等

●第一章緒論/1
第一節引言1
第二節氣固快分技術3
一、氣固快分技術在催化裂化工藝的應用3
二、國外快分技術的研究進展與工業應用6
三、國內快分技術的研究進展與工業應用11
第三節氣固旋風分離技術14
一、旋風分離器概述14
二、影響分離性能的主要因素16
三、旋風分離器性能強化新技術20
參考文獻23
上篇氣固分離的基本理論與方法/27
第二章氣固分離方式及機理/29
第一節氣固分離基本條件和方法29
一、氣固分離基本條件29
二、氣固分離基本方法30
第二節氣固分離設備性能表征31
一、分離效率31
二、粒級效率32
三、淨化氣內顆粒的粒徑分布32
四、分離器壓降33
五、分離器的經濟性33
第三節氣固分離的基本物理模型34
一、塞流模型34
二、橫混模型34
三、全返混模型35
第四節氣固重力分離機理35
一、重力沉降器的分離效率36
二、重力沉降器的壓降37
第五節氣固慣性及旋風分離機理38
一、慣性分離基本原理38
二、慣性分離器的分離效率39
三、旋風分離基本原理42
第六節攔截分離機理44
第七節擴散、湍流分離機理45
參考文獻46
第三章氣固分離特性參數的測量方法/48
第一節顆粒形狀的測量方法48
一、顯微鏡法48
二、機械沉降測量法49
第二節顆粒粒徑的測量方法50
一、篩分法50
二、顯微鏡法51
三、光電沉降法52
四、流體分級法53
五、電感應法55
六、激光測速法56
七、激光衍射法57
第三節氣固多相流顆粒速度測量方法57
一、固體顆粒速度的光導纖維測量技術58
二、固體顆粒速度的激光多普勒測量法59
第四節氣固多相流顆粒濃度測量方法60
一、等速采樣法61
二、光導纖維測量法64
三、電容測量法66
參考文獻67
第四章氣固分離過程的研究方法/69
第一節氣相流場測量和經驗歸納69
一、旋風分離器內氣相三維時均速度分布69
二、旋風分離器內局部二次流72
第二節旋風分離器流場的半理論解73
一、Rankine旋渦模型73
二、Burgers旋渦模型73
三、Ogawa旋渦模型74
第三節氣相流場的數值模擬74
第四節氣固兩相流場數值模擬方法78
一、稀密相流動的劃分78
二、氣固兩相流動數學模型79
三、隨機軌道模型80
四、典型數值模擬結果82
第五節氣固旋風分離的機理模型85
一、轉圈理論85
二、平衡軌道理論86
三、邊界層理論87
四、分區理論88
第六節氣固旋風分離的相似模化89
一、旋風分離器內氣固兩相運動方程90
二、旋風分離器內氣固運動的相似參數91
三、旋風分離器的近似模化92
四、旋風分離器近似模化設計舉例94
五、基於相似參數關聯的分離效率計算方法95
參考文獻97
中篇氣固快分耦合強化新技術/101
第五章氣固旋流分離強化技術/103
第一節旋流分離強化技術現狀103
第二節氣固旋流分離存在問題分析104
第三節氣固旋流分離強化原理及方法105
第四節高效氣固旋流強化技術在某140萬噸/年重油催化裂化裝置的應用109
參考文獻112
第六章擋板預汽提式粗旋快分技術/114
第一節FSC繫統設計原理114
第二節FSC繫統結構及特點115
第三節擋板內的氣固流動特征116
第四節預汽提段對粗旋內流場和分離效率的影響117
一、預汽提氣對粗旋內流場的影響117
二、預汽提段對粗旋分離性能的影響119
第五節FSC繫統大型冷模實驗研究120
一、分離效率122
二、繫統內壓力分布的特點122
三、FSC繫統內氣體停留時間分布125
四、FSC繫統操作的穩定性及靈活性125
五、大型冷模實驗主要結論128
第六節小型工業試驗129
一、改造方案及應用效果129
二、技術分析134
三、小型工業試驗主要結論135
第七節工業應用實例——某石化公司100萬噸/年摻渣催化裂化裝置136
一、改造後裝置標定結果136
二、應用效果139
三、經濟效益分析142
參考文獻143
第七章帶有密相環流預汽提式粗旋快分技術/144
第一節CSC繫統設計原理144
第二節CSC繫統結構及特點145
第三節密相環流預汽提器的性能與結構優選146
一、實驗裝置及方法146
二、實驗結果及分析146
第四節CSC繫統大型冷模實驗研究148
一、實驗裝置及方法148
二、CSC繫統分離效率149
三、繫統壓力分布特征149
四、密相環流預汽提器密度分布特征151
五、繫統內氣體停留時間分布及汽提效果151
六、繫統的操作彈性及開停工狀況的分析154
七、大型冷模實驗主要結論154
第五節小型工業應用試驗154
一、改造方案及應用效果154
二、裝置標定結果155
三、小型工業應用實驗主要結論159
第六節工業應用實例——某石化公司80萬噸/年重油催化裂化裝置159
一、改造前裝置的主要問題159
二、改造內容160
三、應用情況及標定結果分析161
四、經濟效益分析161
五、應用效果總結162
第七節FSC/CSC繫統與其他提升管出口快分技術的比較162
參考文獻163
第八章帶有擋板預汽提的旋流快分技術/164
第一節VQS繫統設計原理164
第二節VQS繫統結構及特點165
第三節旋流頭的結構166
一、旋流頭的結構形式166
二、旋流頭的結構參數166
第四節VQS繫統內的氣相流場實驗分析168
一、旋流頭噴出口中心處的流速分布169
二、封閉罩內氣流速度分布170
三、靜壓分布176
四、VQS繫統內旋流的能量傳遞過程176
五、VQS繫統內湍流強度的分布178
六、汽提氣對流場的影響180
第五節VQS繫統內的氣相流場數值模擬分析181
一、數值模擬方法181
二、邊界條件183
三、VQS繫統內流動特征的分析183
四、主要結構參數對旋流快分器內流場的影響187
第六節VQS繫統的壓降193
一、主要結構參數對壓降的影響193
二、壓降的計算196
第七節VQS繫統內的氣相停留時間197
一、旋流頭噴出口噴出速度對氣相停留時間的影響197
二、S值對氣相停留時間的影響198
三、汽提氣對氣相停留時間的影響199
第八節VQS繫統內的顆粒濃度分布201
一、徑向顆粒濃度分布201
二、軸向顆粒濃度分布203
三、顆粒濃度分布模型204
第九節入口顆粒質量濃度對VQS繫統分離性能的影響206
一、入口顆粒質量濃度對氣相流場的影響206
二、入口顆粒質量濃度對湍流強度的影響207
三、入口顆粒質量濃度對不同尺寸顆粒分離效率的影響208
第十節VQS繫統大型冷模實驗208
一、實驗現像及分析209
二、繫統的壓力分布209
三、分離效率210
四、氣相停留時間分布及汽提效果211
五、繫統的操作彈性及開停工狀況的分析212
六、大型冷模實驗主要結論212
第十一節工業應用實例——某公司100萬噸/年管輸油重油催化裂化裝置213
一、改造內容213
二、裝置標定結果及改造效果213
三、運行經驗217
四、應用效果總結217
參考文獻218
第九章帶有隔流筒的旋流快分技術/219
第一節SVQS繫統設計原理219
第二節SVQS繫統結構特點220
第三節SVQS繫統的氣相流場實驗分析221
一、旋流頭噴出口中心處的流速分布221
二、封閉罩內氣流速度分布222
三、SVQS繫統內湍流強度的分布226
四、汽提氣對流場的影響227
第四節SVQS繫統的氣相流場數值模擬分析227
一、數值模擬方法227
二、SVQS繫統內流動特征的分析227
第五節SVQS繫統的壓降229
第六節SVQS繫統內的氣相停留時間231
第七節隔流筒的尺寸及結構形式232
一、隔流筒的主要特征尺寸232
二、隔流筒直徑的影響234
三、隔流筒長度的影響239
四、隔流筒結構形式的影響243
第八節SVQS繫統內的顆粒濃度分布249
一、徑向顆粒濃度分布249
二、軸向顆粒濃度分布251
第九節SVQS繫統內分區綜合分離模型252
第十節VQS/SVQS繫統與國外優選快分技術的比較256
參考文獻257
第十章超短快分技術/258
第一節超短快分繫統設計原理258
第二節超短快分繫統的結構及特點258
第三節超短快分繫統的氣相流場259
一、二維平面流場全貌260
二、三維流場特征261
三、分離器內靜壓和總壓分布262
四、中心排氣管下方空間的流場特征262
第四節超短快分繫統的結構參數——實驗分析263
一、中心排氣管下方橫板形式264
二、分離器入口寬度266
三、中心排氣管直徑267
四、中心排氣管下方空間高度268
五、擋板形式270
六、折邊271
七、中心排氣管開縫寬度272
八、中心排氣管開縫形式272
參考文獻274
下篇氣固旋風分離耦合強化新技術/275
第十一章PV型旋風分離器及其性能強化方法/277
第一節PV型旋風分離器尺寸分類優化理論277
一、PV型旋風分離器概述277
二、尺寸分類優化理論278
第二節PV型旋風分離器性能計算方法279
一、分離效率計算方法279
二、純氣流壓降計算方法281
三、含塵氣流壓降計算方法284
第三節PV型旋風分離器優化設計方法286
一、PV型旋風分離器優化設計問題286
二、PV型旋風分離器優化設計模型的簡化287
三、單個旋風分離器兩參數優化設計方法293
第四節單級PV型旋風分離器的工業應用296
一、催化裂化二再外旋296
二、高壓聚丙烯旋風分離器298
第五節抗結焦高效頂部旋風分離器開發及工業應用300
一、頂旋結焦現像300
二、頂旋結焦機理301
三、抗結焦頂旋結構特點303
四、抗結焦頂旋的工業應用304
參考文獻309
第十二章旋風分離器並聯與串聯的性能強化及應用/311
第一節並聯旋風分離器的性能計算與強化311
一、獨立並聯旋風分離器的性能計算312
二、獨立並聯旋風分離器的性能強化313
第二節串聯旋風分離器的性能計算與強化316
一、串聯旋風分離器的性能計算316
二、串聯旋風分離器的性能強化317
第三節串聯旋風分離器性能強化原理與算例320
一、兩級串聯旋風分離器優化算例320
二、兩級混聯旋風分離器優化算例323
三、三級串聯旋風分離器優化算例325
第四節兩級串聯旋風分離器優化應用實例328
一、PV-E型旋風分離器329
二、設計條件和分離要求329
三、優化設計分析與說明330
四、工業應用效果332
第五節兩級混聯旋風分離器優化應用實例333
一、旋風分離器設計條件333
二、兩級混聯設計方案分析334
三、兩級混聯旋風分離器設計335
四、工業應用效果335
第六節三級旋風分離器優化設計應用實例337
一、三級旋風分離器設計條件337
二、優化設計結果338
三、工業應用效果340
參考文獻340
第十三章多管旋風分離器性能強化及應用/342
第一節多管旋風分離器概述342
一、立管式多管旋風分離器342
二、臥管式多管旋風分離器343
第二節立管式多管旋風分離器結構和性能強化345
一、總體結構設計345
二、慣性預分離結構346
三、單管的數量與排布優化346
第三節臥管式多管旋風分離器結構和性能強化347
一、總體結構設計347
二、分離性能強化347
第四節單管結構與性能強化348
一、切向進氣型單管348
二、軸向進氣型單管350
三、軸向進氣直流式單管352
第五節“大旋分式”三旋性能強化353
一、“大旋分式”三旋技術及特點353
二、“大旋分式”三旋性能實驗356
三、“大旋分式”三旋流場分析357
四、“大旋分式”三旋旋流穩定性分析359
參考文獻361
索引/363

《氣固分離耦合強化新技術》是《化工過程強化關鍵技術叢書》的一個分冊。本書繫統地歸納總結了氣固旋風分離過程耦合強化所涉及的基礎理論和工業應用等方面的研究成果。本書首先從氣固分離過程的發展機遇和歷程、分類和未來發展趨勢三個層面，以歷史的、發展的角度總括了氣固分離強化技術已取得的進展和發展方向（第一章）；其次簡單介紹氣固分離的基本理論與方法（第二章～第四章）；最後根據性能特點將氣固分離分為兩大類進行繫統闡述，即氣固快分耦合強化新技術（第五章～第十章）和氣固旋風分離耦合強化新技術（第十一章～第十三章）。每一部分都對氣固分離過程的設計原理、結構特點及原理、流場分布、性能優化及其在工業過程中的應用等方面已取得的進展進行了繫統闡述。本書論述具有覆蓋面較全、論述較繫統、承上啟下的特點，書中內容既有基礎理論分析，又聯繫工程實際，內容豐富翔實，較好地反映了該領域目前的動向和富有特色的工作。《氣固分離耦合強化等

盧春喜 等 著 中國化工學會 編