环境工程第八章沉降(极力推荐)ppt课件

.,第I篇环境工程原理基础第II篇分离过程原理第III篇反应工程原理,环境工程原理,.,我们面对的环境问题：水净化、空气净化、固体废物处理与资源化、受污染土壤修复.需要开发适宜的环境净化与污染防治技术技术大类：分离技术、转化技术、隔离技术,环境工程原理课程的主要内容,.,环境工程的核心：利用分离、转化、隔离等技术原理，通过工程手段，实现污染物的高效、快速去除。,隔离/分离/转化方式的优选与组合,污染物的高效（去除效率、能耗）、快速去除,装置的优化设计,操作方式和操作条件的优化,介质的混合状态和流体流态的优化迁移（物质、能量）和反应速率的强化,.,环境工程原理与其它学科的关系,环境工程原理,化工原理,传递过程,原理,原理,流体力学,工程学,环境工程原理,化工原理,传递过程,原理,反应工程,原理,流体力学,生物工程,工程学,.,第II篇分离过程原理,为什么要学习分离过程？在环境领域哪些问题属于分离过程？分离都有什么手段？本篇主要讲授内容？,.,自然界是混合体系。在生活和生产过程中常常会遇到对混合体系中的物质进行分离的问题。在环境污染防治领域，研究对象都是混合体系（非均相和均相）水体：不同杂质和污染物组成水的混合体系大气：大气复合污染固体废物：形形色色土壤：污染物质本身和土壤质地本身,.,.,.,.,分离技术：将污染物与污染介质或其他污染物分离开来，从而达到去除污染物或回收利用的目的分离过程的分类？机械分离：非均相混合体系传质分离：均相混合体系平衡分离过程（借助分离媒介，如溶剂或吸附剂等，使均相混合体系变成两相系统）速率分离过程（在某种推动力下，利用各组分扩散速率的差异实现组分分离）,.,主要讲授单元：沉降、过滤、吸收、吸附、萃取、膜分离学时：20学时（10月23日11月25日）讲课：18学时考试：2学时,希望：增强信心，共建新的课程体系！,.,第八章沉降,第一节概述,一、沉降分离的一般原理和类型,相对运动,流体：液体气体,固体颗粒物液珠,沉降表面：器底、器壁或其他表面,.,.,在环境领域利用沉降原理可以去除哪些污染物？,水与废水处理：各种颗粒物（无机砂粒、有机絮体）的沉降比重较小絮体的上浮油珠的上浮气体净化：粉尘、液珠,.,第二节重力沉降,一、重力场中颗粒的沉降过程,浮力Fb,重力Fg,假设球形颗粒粒径为dP、质量为m。沉速如何计算？,根据牛顿第二定律，颗粒将产生向下运行的加速度,阻力（曳力）FD,CD:阻力（曳力）系数，是雷诺数的函数。AP：颗粒的投影面积,.,达到平衡时：,ut颗粒终端沉降速度（terminalvelocity）,（1）层流区：ReP2CD=24/ReP,斯托克斯（Stokes）公式,(8-2-5),.,（2）过渡区：2ReP103,艾仑(Allen)公式,.,上述式子有何意义？了解影响颗粒沉速的因素（颗粒粒径）在已知的颗粒粒径条件下求沉降速度由颗粒沉降速度求颗粒粒径水处理中的沉降实验由颗粒沉降速度求液体粘度落球法测定粘度,.,二、沉降速度的计算（1）试差法假设沉降属于某一区域计算颗粒沉速按求出的颗粒沉降速度ut计算ReP，验证ReP是否在所属的假设区域。如果在，假设正确；否则，需要重新假设和试算。（2）磨擦数群法CD与ReP的关系曲线中，由于两坐标都含有未知数ut进行适当的转换，使其两坐标之一变成不包含ut的已知数群，则可以直接求解ut。,.,将颗粒沉速计算式（8-2-5)进行变换得到CD计算式：,CD与ReP的关系曲线转换成CDReP2与ReP的关系曲线。,.,CDReP2,CDReP1,由颗粒直径和其他参数，计算摩擦数群。,如何由沉降速度计算颗粒直径？,由颗粒直径计算沉降速度,.,（3）无因次判据K用K判别沉降属于什么区域？层流区：上限是ReP2,紊流区：下限是ReP为1000,.,.,.,.,三、沉降分离设备水处理：沉淀池气净化：降尘室,位于沉淀池（降尘室）最高点的颗粒沉降至池底需要的时间为t沉=H/ut流体通过沉淀池（降尘室）的时间为:t停=l/v,orV/Q为满足除尘或悬浮物要求，t停t沉,.,第三节离心沉降,一、离心力场中颗粒的沉降分析,r,惯性离心力Fc,颗粒与流体之间产生相对运动，颗粒还会受到来自流体的阻力（曳力）FD的作用CD与Re有关,.,如果这三项力能达到平衡du/dt=0,颗粒在此位置上的离心沉降速度：,重力沉降,沉降方向不是向下，而是向外，即背离旋转中心由于离心力随旋转半径而变化，致使离心沉降速度也随颗粒所处的位置而变。离心沉降速度在数值上远大于重力沉降速度。,.,离心加速度与重力加速度的比值（离心分离因素）Kc,大小可以人为调节,离心沉降分离设备有两种型式：旋流器和离心沉降机旋流器的特点：设备静止，流体在设备中作旋转运行而产生离心作用。Kc一般在几十数百离心沉降机的特点：装有液体混合物的设备本身高速旋转并带动液体一起旋转，从而产生离心作用。Kc可以高达数十万。,.,二、旋流器工作原理旋风分离器：用于气体非均相混合物分离旋流分离器：用于液体非均相混合物分离（一）旋风分离器旋风分离器在工业上的应用已有近百年的历史。旋风分离器结构简单、操作方便，在环境工程领域也应用广泛。在大气污染控制工程中，作为一种常用的除尘装置，主要用于去除大气中的粉尘，常称为旋风除尘器。,.,1.基本操作原理,ui,旋风分离器中的惯性离心力是由气体进入口的切向速度ui产生的。,离心加速度为rm2ui2/rm，其中rm为平均旋转半径。,分离因数为：其大小为52500，一般可分离气体中直径为575m的粉尘。,.,2.主要分离性能指标表示旋风分离器的分离性能的主要指标有临界直径和分离效率。(1)临界直径临界直径是指在旋风分离器中能够从气体中全部分离出来的最小颗粒的直径，用dc表示。为分析简单，对气体和颗粒在筒内的运动作如下假设：气体进入旋风分离器后，规则地在筒内旋转N圈后进入排气筒，旋转的平均切线速度等于入口气体速度ui。颗粒在筒内与气体之间的相对运动为层流。颗粒在沉降过程中所穿过的气流的最大厚度等于进气口宽度B。,.,根据颗粒离心沉降速度方程式，假设气体密度颗粒密度P，相应于临界直径dc的颗粒沉降速度为：,根据假设，颗粒最大沉降时间为：,.,若气体进入排气管之前在筒内旋转圈数为N，则运行的距离为2rmN，故气体在筒内的停留时间为,令t沉=t停，得：,一般旋风分离器以圆筒直径D为参数，其它参数与D成比例，B=D/4。D增加，dc增大，分离效率减少。,.,(2)分离效率总效率：指进入旋风分离器的全部粉尘中被分离下来的粉尘的质量分率。C1，C2分别为旋风分离器入口和出口气体中的总含尘量,粒级效率：表示进入旋风分离器的粒径为di的颗粒被分离下来的质量分率。,.,总效率表示旋风分离器的分离效果，总的除尘效果。但并不能准确地代表旋风分离器的分离效率。总效率相同的两台旋风分离器，其分离性能却可能相差很大。粒级效率更能准确地表示旋风分离器的分离效率。粒级效率曲线：粒级效率与颗粒粒径的关系,.,.,.,（二）旋流分流器旋流分离器用于分离悬浮液，在结构和操作原理上与旋风分离器类似。旋流分离器的特点：(1)形状细长，直径小（？），圆锥部分长，有利于颗粒的分离。(2)中心有一个处于负压的气柱，有利于提高分离效果。在水处理中，旋流分离器又称为水力旋流器，可用于高浊水泥沙的分离、暴雨径流泥沙分离、矿厂废水矿渣的分离等。,.,三、离心沉降机工作原理,根据离心沉降机的分离因素Kc的大小，离心机可分为：常速离心机：Kc50000,.,离心沉降机主要用于悬浮液的固液分离。在离心沉降机中离心力是靠设备本身的旋转而产生的。,颗粒在筒内的沉降时间为从r1到r2所需的时间，对上式进行积分。,假设层流，在距离中心为r处的颗粒的沉降速度为：,.,又，流体在筒内的停留时间t停为,式中V为悬浮液的体积流量（m3/s）。令t沉t停,.,.,.,第四节其它沉降,一、电沉降在电场中，荷电颗粒将会受到静电力Fe的作用：FeqEq颗粒的荷电量；E颗粒所处位置的电场强度,如果电场强度很强，重力或惯性力可以忽略不计，荷电颗粒所受的作用力主要是静电力和流体阻力。当在层流条件下，平衡时，终端电沉降速度uce,.,图8-4-1电除尘器的基本原理,放电电极（电晕极）,集尘极,未荷电尘粒,荷电尘粒,气体电离粒子荷电荷电粒子迁移颗粒沉积与清除,去除0.1m以下的颗粒,.,二、惯性沉降,3,1,停滞流线,流体方向,流体流线,障碍物,2,颗粒与流体一起运动时，如在流体中存在障碍物，流体沿障碍物产生绕流，而颗粒物由于惯性力的作