沉降分离原理及方法

1、第二节沉降分离原理及方法3.2.1重力沉降一、球形颗粒的自由沉降工业上沉降操作所处理的颗粒甚小，因而颗粒与流体间的接触表面相对甚大，故阻力速 度增长很快,可在短暂时间内与颗粒所受到的净重力达到平衡，所以重力沉降过程中，加速 度阶段常可忽略不计。F - Fb - Fd = ma=QA兽或:d3p g -：d3pg-d26 s 64gd浮力阻力Fgd浮力阻力Fb当颗粒开始沉降的瞬间：u = 0因为Fd =。a最大当a = 0 UUt 沉降速度“终端速度”=,4gd(p -p) 推导得 “广3pt式中： t球形颗粒的自由沉降速度，式中： t球形颗粒的自由沉降速度，s；d 颗粒直径，m d 颗粒直径，

2、m ；颗粒密度， Lg.m 3流体密度，Lg；m3g重力加速度n：s21；阻力系数，无因次，气一一球形度S4 = 一s sP综合实验结果，上式为表面光滑的球形颗粒在流体中的自由沉降公式。滞留区 10 4 Ret 1 = 14u = d2 pP g斯托Re t 18日克斯公式过渡区 1 Re 103 =坚5 u = 0.27 s ；g M6艾仑tReo.6 t pt公式湍流区 103 Ret Hu ut令：V -降尘室处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：u = 与，代入 Hb u utV b-注意；1、u t按需要完全分离下来的最小颗粒计算。2、u应保证气体流动雷诺准数

3、处于滞流区。2、悬浮液的沉聚过程悬浮液的沉聚过程；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 多属于干扰沉降。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，A,D两区 逐渐扩大，B区这时逐渐缩小至消失。在沉降开始后的一段时间内，A,B两区之间的界面 以等速向下移动，直至B区消失时与C区的上界面重合为止。此阶段中AB界面向下移动的 速度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u不同于颗粒的沉降速度u，因为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。 t等浓度B区消失后，AC界面以逐渐变小的速度下降，直至C区消失，此时在清液区与 沉聚区之间形成一层清

4、晰的界面，即达到“临界沉降点”,此后便属于沉聚区的压紧过程。 D区又称为压紧区，压紧过程所需时间往往占沉聚过程的绝大部分。通过间歇沉降实验，可以获得表观沉降速度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据。运动与静止的相对性:自然界中所有物质都是运动的，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，物体相对于参照物发生位置的变化叫运动，不发生位 置变化的叫静止，由于参照物不同，观察同一物体的运动状态也不同。因此运动与静止只有 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：底口(排料)1-进料槽道；2-转动机构；3底口(排料)1-

5、进料槽道；2-转动机构；3-料井；4-溢流槽 ;5-溢流管；6-叶片；7-转耙间歇式间歇式；需处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。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、连续沉降槽的计算沉降槽的面积以加料口为界，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。若进入连续沉降槽，料浆体积流量为qL 3/s，其中固相体积分率为七，底流中固相体固相体积流量皿、(因为稳定I液 积分率为e则：底流中固相体积流量=Qef , Q固操作，各个不同深度处浓度是恒定的，所以料浆中固相

6、体积流量必须等于底流中固相体积流 量。化工生产是稳定的,各个车间工段的设备均是稳定的。即：固相体积流量皿、(因为稳定Q.e底流中体积流量=一f e、I液相 底流中|固相、I液相 底流中|固相底流中固相体积流量 e = :c底流的体积流量令增稠段各个横截面必须有一个总体下行速度u|固 总体1液总体下行即：指底流相对于器壁的流速，u f u 一底流体积流量3：s uc 一底流固相体u Aec积流量m 3*1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eA，HAe - 一V AH A稠段内固相截面积m 2A = Aeh该水平面截面厚度m，a一是增，a一是增稠段固液总截面积m 2。uu 表观

7、沉降速度 0Qef = AeQe - A u/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，u u是底流总体相对于管壁的速度，u0是颗粒相对于容器壁面表观沉降速度，即在静止流体中沉降速度。Qe - Ae (uQe - Ae (u + u )代入uuQ.eal整理得cQeeQef + Aeu，方程两c边同除oe移项整理得，r i -1卜料浆体积m 3 -地=土 ke e j 固相小3 固相刀3 固相刀3r i i QefAuo -溢流出水总体积m3如设容器壁为参-溢流出水总体积m QefAuo -溢流出水总体积m3如设容器壁为参e Jc照物,则水向上的流速即为u 0料浆=底流

8、+溢流水变为若悬浮液中固相浓度以单位体积内的固相质量C表示时，变为e)e)cu k c c0c,4，一 ，. ,4，一 ，. kg 而）了一 一一任一横截面上的固相浓度，g /3 （悬浮液）cc一沉渣中（底渣）固相浓度，kg固m 31m 3（悬浮液）11_单位 福 ，-=ckg 固/c p ,e（底流）单位11一_x公斤（固）固体体积米3米3（固）增稠段任一截面体积米3体密度Eg ：体密度Eg ：m 3单位111-T：_= X = ：公斤（固）米3（固）公斤（固）米3（固） 米3（底流） 米3底流单位1单位cc111-TT_. . . X = _公斤（固）米3（固）公斤（固）米3（固） 米3（

9、底流） 米3底流若悬浮液中固相浓度以固液质量比的形式表示时:一任一截面上固液质量比kg（0/kg泌；XC一沉渣中固液质量比kg（固）命（液）悬浮液密度3(液悬浮液密度3(液)kg （液）1kg （液）pm 3（液）kg （液）单位单位=X单kg （固）C单kg （固）kg （固）m 3（固）求取最大横截面A值后，乘以安全系数作为沉降槽的实际横截面积。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往往比料浆达到临界沉降所经历时间长，故用依据压紧时间来决定沉降w槽高度Ah = （W + - ）0质量守恒P s P rw0

10、ph =+w0ph =+尸）AppXsc=固相质量流量x液相质量=液相质量流量或 xc固相质量h一压紧区的高度m；横截面积m 2 ；w 底流中间相质量流量，kgS ；Xc 一底流中间固、液相质量比，kg（因）膈（液）；h = h + h x 0.75 + （1 2）lm一沉降槽总高度 Im。（通常要附加约75%的压紧区的高度作为安全余量h x 0.75 ,沉降槽的总高度则等于压 紧区高度加上其它区域的高度，后者可取12m）。3.2.2 离心沉降Fg = mg重力场强度g可视为常数，其方向指向地心。离心力尸化工u 2=m-rRu2化工u 2=m-rR节贯性离心力场强度七个（切线速度）或R IF个

11、、惯性离心力作用下的沉降速度中心夕卜(径向)Fc 0 F向心力F阻力；颗粒直径d，密度p 流体密度P，切向速度 T”2惯性离心力F = d 3 P -TC 6 s R向心力F =1 d3p性作用在颗粒上的力向 6 R阻力 =Gd2哗重力：F = mg = 一 d3 p g 、 一 1 ,一 . 一 u 一颗粒与流体在径向上的相对速度浮力：F =-d 3 pg等速是u贝愀6阻力：F =-d 2此 d 42称为重力沉降速度。这三个力达到平衡时，颗粒在径向上相对与流体的速度,被称为离心沉降速度。、作用在小球上的力属于惯性离心力；、流体对颗粒的向心力。密度为P的流体作匀速圆周运动，有一个向心力，这个力

12、阻止小球向外运动；、阻力，假定流体不动，颗粒由内向外运动，受到流体的阻力。h / f =。胃 J：；kg L72p /葺气2 Ip或史；f 2 a m21 , pu2阻力hf = A询f = d2 r颗粒与流体在径向上的相对运动速度。1 d 3 p 竺-1 d 3 p 竺又 1 d 2 竺=06 s r 6 R 42:4d（p- p） u2解得：U飞3。方1、离心沉降速度,与重力沉降速度M t的异同（1）相似之处： 公式形式相似；（2）相异之处：方向,向下,向外大小 不变（恒量）u变量R I 个如 10 - 4 如 10 - 4 Re 5rm以上的颗粒,不适宜粘性，湿性、及腐蚀性粉尘。颗粒被抛

13、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切向进入，受器壁的约束而向下作螺旋运动。在惯性离心 力作用下，颗粒被抛向器壁而与气体分离，再沿壁面落至锥底的排灰口。净化后的气体在中 心轴附近由下向上作螺旋运动，最后由顶部排气管排出。三、旋风分离器的性能1、临界粒径：是指在旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒直径。临界粒径是判断分离效率高低的重要依据。2、临界粒径推导的条件、假设：（1）气体作螺旋等速运动，切向速度u三、旋风分离器的性能1、临界粒径：是指在旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒直径。临界粒径是判断分离效率高低的重要依据。2、临界粒径推导的条件、假设

14、：（1）气体作螺旋等速运动，切向速度uT等于进口气速七；（2）颗粒穿过厚度为B的气流层沉降分离；（3）颗粒作滞流自由沉降。因pp，, R 二七,（旋转半径R取平均值Rm ），根据条件1、3d 2（p-p）r u 2 ）d 2 p uU =7-艾 式可简为：u =奇号r18旦R ）r18pRm 速度代替重力加速度g根据条件2,颗粒到达器壁所需沉降时间为：U 2七=uT用R惯性离心加mB _ 18pR B，Ud2p,2令气流的有效旋转圈数为Ne,（指真正起分离颗粒离心作用的圈数）。它在器内运行的距离便是2兀R N，则停留时间为： =赤七七 u = u （条件1） m eufi18M B _ 18M

15、 B _ 2kRNu i解得：d_ -9pBKN u p若某种尺寸的颗粒所需的沉降时间 恰等于停留时间。，该颗粒就是理论上能被完全分离下来的最小颗粒，以dc代表这种颗粒的直径，即临界粒径。则d2p u2 s i3、注意点（D圆筒直径）B f D f dc T门p J （D圆筒直径）B f D f dc T门p J 所以，气体处理量大时常常将4若干个旋风分离器并联使用，以维持较高的除尘效率。（2）推导上式时，（1）、（2）两项假设与实际情况差距较大，但因这个公式非常简单，只要定出合适的N值，可以使用。N的数值一般为0.53.0，但对标准型旋风 分离器可取N = 5。4、分离效率（1）总效率气：进

16、入旋风分离器的全部颗粒中被分离下来的质量分率，聃c i 旋风分离器进口气体含尘浓度 g/m3 c 2 旋风分离器出口气体含尘浓度 gm 3 优点：易测定缺点：不能表明旋风分离器对各种尺寸粒子的分离效果。（2）分效率（粒级效率）p :按各种粒度分别表明其被分离下来的质量分率。把气体中所含颗粒的尺寸范围等分成n个小段，则其中第i个小段范围内的颗粒（平均、-门=CL C2i粒径为乌）的粒级效率定义为：pi c11i式中/ ii -进口气体中粒径在第i小段范围内的颗粒的浓度g / m3 。c 2i 出口气体中粒径在第i小段范围内的颗粒的浓度】g /m3 。（3）门 d i对应关系曲线称粒级效率曲线，可以实测。(4)分割粒径d50:粒级效率恰为50%(4)分割粒径d50:粒级效率恰为50%的颗粒直径。