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1、沉降分离原理及方法优选文档第二节 沉降分别原理及方法 重力沉降一、球形颗粒的自由沉降工业上沉降操作所办理的颗粒甚小， 所以颗粒与流体间的接触表面相对甚大， 故阻力速度增添很快 , 可在短暂时间内与颗粒所碰到的净重力到达平衡，所以重力沉降过程中，加速度阶段常可忽略不计。FgFbFdmaFdA u22或d 3s gd 3 gd 2u 2d 3sa66426阻力 F d浮力阻力 F b重力 F g当颗粒开始沉降的刹时： u0由于 Fd0 a 最大uFda当 a0uut 沉降速度“终端速度推导得ut4gdsa 034d 2u 2d 3 gs26式中： u t 球形颗粒的自由沉降速度，m s ;优选文档

2、优选文档d 颗粒直径， m ;s 颗粒密度， kg m3 ;流体密度， kg m3 ;g 重力加速度 m s2 ;fs .Rets阻力系数， 无因次，s 球形度ssp综合实验结果，上式为表面圆滑的球形颗粒在流体中的自由沉降公式。滞留区104Ret 124utd 2sg斯托18Re克斯公式3sg过渡区1 Retutd艾仑10ReRet公式湍流区 103Ret 2 105dsutg牛顿公式du tRet该计算公式自由沉降公式有两个条件：1.容器的尺寸要远远大于颗粒尺寸 比方 100 倍以上否那么器壁会对颗粒的沉降有显然的阻滞作用， 自由沉降是指任一颗粒的沉降不因流体中存在其他颗粒而碰到干扰。自由沉

3、降发生在流体中颗粒稀松的情况下， 否那么颗粒之间便会发生相互影响， 使沉降的速度不相同于自由沉降速度， 这时的沉降称为搅乱沉降。 搅乱沉降多发生在液态非均相系的沉降过程中。 2.颗粒不能过分细微 ，否那么由于流体分子的碰撞将使颗粒发生布朗运动。二、非球形颗粒的自由沉降s s 球面积公式 S球 4 R2 R 半径 ;spS 与颗粒体积相等的一个圆球的表面积;Sp 颗粒的表面积 m 2 。d e3VpV p - 颗粒体积 m3 ;6优选文档优选文档3de 6 V p de 颗粒当量直径 m 。三、沉降速度的计算1、试差法见讲义例题 ,计算 utut Ret 以判断流型后选计算式，先确定流型 求出

4、ut 计算出 Ref 检验Ret 可否吻合假设。2、摩擦数群法使 及 Ret 坐标之一变成 ut 的数群ut4gds4dsg又 Retdut解得233ut与 Ret 相乘可消去 ut224d 3sg令Ret32查 Ret2 Rt 图求 Ret2查 RetutRetd另也可用 Ret1消去颗粒直径 dRet1deRet Retut四、重力沉降设备1、降尘室：优选文档优选文档含净尘化气气体体尘粒令 l 降尘室长度 m;H降尘室高度 m;b降尘室宽度 m;颗粒沉降速度 m/s;utu气体在降尘室内水平经过的速度m/s;颗粒沉降时间：tH，气体经过时间：lutu颗粒被分别出来的条件：t即 lHuut令

5、： V S 降尘室办理含尘气体体积流量 , 又称为降尘室生产能力 。气体水平流速：uVs，代入lHHbuutVblut或utVssbl注意；、 ut 按需要完好分别下来的最小颗粒计算。、 u 应保证气体流动雷诺准数处于滞流区。2、悬浮液的沉聚过程优选文档优选文档清液区等浓度区变浓度区沉聚区D悬浮液的沉聚过程； 属重力沉降，在沉降槽中进行。固体颗粒在液体中的沉降过程，大多属于搅乱沉降。比固体颗粒在气体中自由沉降阻力大。 随着沉聚过程的进行，两区逐渐扩大， 区这时逐渐减小至消失。在沉降开始后的一段时间内，两区之间的界面以等速向下搬动， 直至区消失时与区的上界面重合为止。 此阶段中界面向下搬动的速度

6、即为该浓度悬浮液中颗粒的表观沉降速度 u0 。表观沉降速度 u0 不相同于颗粒的沉降速度ut ，由于它是颗粒相对于器壁的速度，而不是颗粒相对于流体的速度。等浓度区消失后，界面以逐渐变小的速度下降，直至区消失，此时在清液区与沉聚区之间形成一层清楚的界面，即到达“临界沉降点 ,此后便属于沉聚区的压紧过程。区又称为压紧区，压紧过程所需时间常常占沉聚过程的绝全局部。经过间歇沉降实验，能够获得表观沉降速度 u0 与悬浮液浓度及沉渣浓度与压紧时间的二组对应关系数据，作为沉降槽设计的依照。运动与静止的相对性 :自然界中全部物质都是运动的，我们平时所说的运动与静止都是相对于不动的物体参照物而说的，物体相对于参

7、照物发生地址的变化叫运动， 不发生位置变化的叫静止， 由于参照物不相同， 观察同一物体的运动状态也不相同。 所以运动与静止只有相对的意义。3、 沉降槽的构造与操作沉降槽分为间歇式和连续式两种：优选文档优选文档料浆1243 5溢7流6底口 ( 排料)连续式底流间歇式1- 进料槽道 ;2- 转动机构 ;3- 料井 ;4- 溢流槽;5- 溢流管 ;6-叶片 ;7- 转耙(1)间歇式；需办理的悬浮液料浆送入槽内，静置足够时间后，即由上部抽出清液而由底口排出稠厚的沉渣。(2)连续式： d 沉降槽的直径几米至几百米 。底流：排出的稠浆称为底流。4、 连续沉降槽的计算(1)沉降槽的面积料浆澄清区 ( 颗粒作

8、自由沉降)加料口该层中浓度 =料浆浓度颗粒作搅乱沉降增浓区底流 e c以加料口为界,加料口以上为澄清区,以下为增浓区。 清液上行至溢流口流出,颗粒与液体一块下行至增浓区,进行沉聚过程。假设进入连续沉降槽 料浆体积流量为Q m3 s ，其中固相体积分率为ef ，底流中固相体,积分率为 ec 那么：底流中固相体积流量f ， Q液固相体积流量efQ由于牢固固优选文档优选文档操作 ,各个不相同深度处浓度是恒定的，所以料浆中固相体积流量必定等于底流中固相体积流量。化工生产是牢固的 ,各个车间工段的设备均是牢固的。 即 : 料浆中固相体积流量必定等于底流中固相体积流量 。底流中体积流量f液相ec底流中固相

9、体积流量ec底流中底流的体积流量固相令增稠段各个横截面必定有一个整体下行速度uu整体固整体下行即 :指底流相对于液器壁的流速， uufuu A 底流体积流量m3s uu Aec 底流固相体Aec积流量 m3s 。在增稠段内任取一个水平截面，设该截面上,固相体积分率为eV固AA HH该水平面截面厚度 m， A 是增eAHAA AeV稠段内固相截面积m2， A 是增稠段固液总截面积m2。Qef AeQefu0Qef A ututuuu0u0 表 观 沉 降 速 度Aec举例 : 顺水速度 =静水速度 +水流速度，逆水速度=静水速度 -水流速度， uu 是底流整体相对于管壁的速度， u0 是颗粒相对

10、于容器壁面 表观沉降速度 ,即在静止流体中沉降速度。QeAe uuf整理得e Q ef0 ，方程两fu0代入 uuQefAecA e uec边同除 u0 e 移项整理得， AQe f11u0eec1 1料浆体积 m3底流 m3水m3e ec固相 m3固相 m3固相 m3Qef 11溢流出水整体积 m3Au 0溢流出水整体积 m3如设容器壁为参eec照物 ,那么水向上的流速即为 u0料浆 =底流 +溢流水优选文档优选文档 假设悬浮液中固相浓度以单位体积内的固相质量Qef11C 表示时， Ae变成u0ecAQe fs 11w11u0 se ecu0c ccc 任一横截面上的固相浓度，kg 固悬浮液

11、m3kg 固cc 沉渣中 (底渣 )固相浓度，m3底流1单位m3悬浮液，11单位ckg 固cse11公斤固固体体积米 33增稠段任一截面体积米3米固s 固 体 密 度 kg m31单位sec111公斤固3公斤固米固333底流米固米底流米1单位cc111公斤固3公斤固米固33米3底流米固米底流假设悬浮液中固相浓度以固液质量比的形式表示时：Aw( 11 )u0CCC固； XC沉渣中固液质量比X 任 一 截 面 上 固 液 质 量 比 kg (kg(液固kg (kg(液悬浮液密度 kg(液 ) m 3 (液 )Aw( 11 )u0XXC优选文档优选文档kg(液)1 单位 kg (液 )单位m3 (液

12、 )kg(液)X固Ckg(固kg(固)kg()3 固m( )求取最大横截面A 值后 ,乘以安全系数作为沉降槽的实质横截面积。对于直径5m 以上的沉降槽，安全系数为1.5,对于直径30m 以上的沉降槽，安全系数为1.2 。(2 ) 沉降槽的高度沉渣压紧时间常常比料浆到达临界沉降所经历时间长，故用依照压紧时间来决定沉降w槽高度Ahwxc) r质量守恒(s由于 牢固操作压紧区的高度h 是恒定的，既是恒定、压紧区的容积必等于底流排出沉渣体积。w固相质量流量液相质量液相质量流量wr(1S) 3X C或 hX C固相质量ASh 压紧区的高度m ；A 横截面积 m 2；w 底流中间相质量流量，kg；S固X

13、C 底流中间固、液相质量比，kg(；kg(液h h h(1 2) mh 沉降槽总高度m 。( 平时要附加约75%的压紧区的高度作为安全余量h0.75 , 沉降槽的总高度那么等于压紧区高度加上其他地域的高度, 后者可取 1 2m)。离心沉降2Fgmg 重力场强度 g 可视为常数，其方向指向地心。离心力FCmm 2 RR化工 FCm uT2uT2惯性离心力场强度uT 切线速度或RFCRR一、惯性离心力作用下的沉降速度中心 外径向 Fc 0 F向心力 F阻力 ；颗粒直径 d ，密度 s ，流体密度优选文档优选文档,切向速度 uT惯性离心力3uT2FC6d SR向心力 F向d3uT2作用在颗粒上的力6

14、R阻力 阻d2ur2F24重力： Fgmg6d 3s gu r 颗粒与流体在径向上的相对速度浮力： Fbd 3 g等速是ur 那么被6阻力： Fdd2u 224称为重力沉降速度。这三个力到达平衡时，颗粒在径向上相对与流体的速度u r 被称为离心沉降速度。 1、作用在小球上的力属于惯性离心力; 2、流体对颗粒的向心力。密度为的流体作匀速圆周运动，有一个向心力，这个力阻拦小球向外运动 ; 3、阻力，假设流体不动，颗粒由内向外运动，碰到流体的阻力。h/fu 2Jkg ;2p f/u 2Pa或 N;2m2阻力 h fAp/fd 2ur2u r 颗粒与流体在径向上的相对运动速度。423u T23uT22

15、u r26d sR6dR4d02解得：ur4dsuT23R1、离心沉降速度ur与重力沉降速度ut 的异同 1相似之处：公式形式相似 ; 2相异之处：方向ut 向下ur 向外优选文档优选文档大小ut 不变恒量ur 变量 Rur如10 4Re124代入u4dsuT2，d 2suT2Rerr3Rur18Rdur参看前式 :d 2sgRe rur182、分别因数 K c 同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值为：uruT2。utK c 分因数是离心设备的重要指标gR一、旋风分别器的构造与操作原理旋风分别器是利用惯性离心力的作用从气流中分别出含有尘粒的设备。除尘颗粒直径d5 m 以上的颗粒 , 不合适粘性， 湿性、及腐化性粉尘。 颗粒被抛向管壁， 动能变静压能、变成热能，最后沿壁面落入灰斗。含尘气体由圆筒上部的进气管