重力沉降操作

重力沉降操作授课人：XXX1、重力沉降操作1、熟练掌握重力沉降的基本公式；2、理解沉降区域的划分；3、理解降尘室生产能力的计算。一、培训目标二、颗粒与颗粒群特性直径dp比表面积as

–单位体积固体颗粒所具有的表面积1.单颗粒的特性（1）球形颗粒比表面积体积表面积二、颗粒与颗粒群特性等体积当量直径等表面积当量直径等比表面积当量直径以正方体为例，设边长为h则正方体等表面积当量直径为（2）非球形颗粒a当量直径de二、颗粒与颗粒群特性b颗粒形状系数（球形度）定义：在某种力场的作用下，利用分散物质与分散介质的密度差异，使之发生相对运动而分离的单元操作。沉降操作分类：重力沉降、离心沉降。三、颗粒的沉降1.重力沉降在重力作用下实现的沉降过程。（1）沉降速度1.1球形颗粒的自由沉降自由沉降（freesettling）：

单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群在流体中分散得较好而颗粒之间互不接触互不碰撞的条件下沉降。

自由沉降分两个阶段---加速段和等速段三、颗粒的沉降三、颗粒的沉降球形颗粒等速沉降速度公式推导u重力Fg阻力Fd浮力Fb球形颗粒受力分析重力：浮力：阻力：p为颗粒密度颗粒运动的两个阶段一般对小颗粒而言，加速时间很短,所经过的距离也很短，通常忽略，可认为沉降过程是匀速的。加速度最大阻力加速度加速度=0加速段匀速段三、颗粒的沉降根据牛顿第二定律，颗粒的重力沉降运动基本方程式应为:等速沉降有：三、颗粒的沉降三、颗粒的沉降整理得式：球形颗粒等速沉降速度公式因次分析（2）阻力系数ζ与沉降速度实用公式三、颗粒的沉降球形颗粒自由沉降的与的关系三、颗粒的沉降（2）阻力系数ζ与沉降速度实用公式ζ—Ret曲线滞流区

10-4<Ret<2有公式：可得斯托克斯（Stokes)公式：三、颗粒的沉降过渡区

2<Ret<500有得艾伦（Allen)公式求沉降速度三、颗粒的沉降湍流区

500<Ret<2×105

有得牛顿（Newton)公式三、颗粒的沉降湍流区滞流区过渡区不同流动形态下，球形颗粒等速沉降速度公式三、颗粒的沉降假设流体流动类型；计算沉降速度；计算Re，验证与假设是否相符；如果不相符，则转①。如果相符，OK!求沉降速度通常采用试差法。（3）沉降速度的计算

三、颗粒的沉降例：计算直径为95m，密度为3000kg/m3的固体颗粒分别在20℃的空气和水中的自由沉降速度。计算Re，核算流型：假设正确，计算有效。解：在20℃的水中：20℃水的密度为998.2kg/m3，粘度为1.005×10-3Pas先设为层流区。三、颗粒的沉降四、影响沉降速度的其它因素①颗粒为球形；

②颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰③容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略④颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响大空间低浓度沉降基本适用。前面结果的应用条件：三、颗粒的沉降实际沉降过程还需考虑以下因素的影响：

(1)颗粒形状非球形颗粒，形状与球形相差越大，其沉降速度越小。(2)绝对速度器壁和底面使阻力增加，使得实际沉降速度比计算值小，有时需对ut进行校正。三、颗粒的沉降(3)干扰沉降(浓悬浮物系)大颗相对于小颗粒的沉降液体置换上升小颗粒受到周围影响总之，干扰沉降的结果使大颗粒的沉降速度下降，同时使得小颗粒的沉降速度上升，特别对于浓悬浮液的沉降过程，大小颗粒几乎以相同的速度沉降。三、颗粒的沉降1、对沉降分离设备的要求颗粒由设备顶部沉降到设备底部或器壁所需时间ts；流体在设备内的停留时间tr；tr≥ts沉降分离设备要满足的基本条件：四、沉降分离设备分离性能指标：总效率：在有限停留时间内，分离下来的部分占颗粒总量的比例，

η0粒级分离效率:相同粒径的颗粒,ηi最大生产能力：单位时间内处理的体积流量qv1、对沉降分离设备的要求临界直径：粒径越大，沉降速度越快，所需沉降时间越短，当粒径大于某一临界值时，设备的粒级效率达到100%，dpc临界直径越小、总效率越高，分离性能越好！四、沉降分离设备2、常用的重力沉降设备（1）沉砂池：沉砂池主要用于去除污水中粒径大于0.2mm，密度大于2.65t/立方米的砂粒，以保护管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。（2）降尘室：利用重力沉降分离含尘气体中尘粒的设备。是一种最原始的分离方法。一般作为预分离之用，分离粒径较大的尘粒。（3）二相分离器、三相分离器：用于分离油、气、水四、沉降分离设备3、认识降尘室（含尘气体的预分离）四、沉降分离设备工作原理气体入室截面扩大减速颗粒的沉降运动&随气体运动沉降运动时间<气体停留时间分离四、沉降分离设备令降尘室的长度为l,高度为H，宽度为b

；体积流量为qv的含尘气体以u流速水平通过降尘室，通过时间为tr；颗粒在降尘室的沉降速度为ut，沉降时间tslHb净化气体含尘气体uut五、降尘室的计算则有：欲分离浮尘，必须有：trtstrts五、降尘室的计算说明①dp，容易除去②气量qV，不容易除去思考：dp容易还是不容易？qv容易还是不容易？五、降尘室的计算

生产能力与降尘室高度无关，仅与沉降速度ut和沉降面积A=bl有关。五、降尘室的计算若规定了待分离颗粒的临界直径dpc,其自由沉降速度为utc,即规定了含尘气体的最大处理量qv,qv=blutc临界沉降速度→临界直径（能被分离的最小颗径）若沉降在层流区进行，降尘室可分离的最小颗粒直径：utc=qv/bl五、降尘室的计算对均匀设置了n层水平隔板的降尘室，其生产能力为：生产能力与降尘室高度无关,可设置多层降尘室！多层隔板降尘室示意图含尘气体粉尘隔板净化气体每层高度25~100mm五、降尘室的计算d>dmin：全部沉降d<dmin：u0<utc

,此时，颗粒在沉降室内的时间仍然是：则该直径颗粒的沉降高度h'为:

假定颗粒在降尘室进口的炉气中均匀分布，则颗粒在降尘室内的沉降高度与降尘室的高度之比：h'/h为该直径颗粒的分离质量分率(回收百分率)五、降尘室的计算

(2)降尘室结构简单，流动阻力小，但体积庞大，分离效率低，通常只适用于分离粒度大于50m的粗粒，一般作为预除尘使用。多层降尘室虽能分离较细的颗粒且节省占地面积，但清灰比较麻烦。注意事项（1）气速u不宜过大，以防气流湍动卷起已沉降的尘粒，一般在1.5~3m/s以下。五、降尘室的计算例：用高2m、宽2.5m、长5m的重力降尘室分离空气中的粉尘。在操作条件下空气的密度为0.799kg