环境工程原理第06章沉降PPT课件

第二篇分离工艺的原理、教学要求：1.把握机械分离和遗传分离的基本原理2 .可以进行分离工艺的基本计算，在环境污染防治领域，净化水体、空气、土壤和从固体废物中回收有用物质涉及混合物分离问题。 分离是将污染物与污染介质和其他污染物分离，以达到污染物的去除和循环利用的目的。 第编分离过程的原理、混合物的分类、均匀混合物：物质体系内部材料性质均匀，不存在相界面。 例如溶液、混合气体、不均匀混合物：物系内部有两相界面，界面两侧材料性质完全不同。 气体不均匀系统：含尘气体，含雾气体。 液态不均相体系：悬浊液、乳浊液。 分离方法，机械分离过程：在力(重力、离心力、压差、电磁力)的作用下引起粒子和流体整体运动的分离方法，分离对象为不均匀混合物。 遗传分离：通过物质的分子运动(包括分子扩散和涡流扩散)实现混合物中各成分的分离方法，分离对象为均匀混合物。第II编离过程原理、不均匀系统、分散相：(分散物质)、处于分散状态的物质。 例如分散在流体中固体粒子、液滴或气泡、连续相：(分散相介质)包围分散相物质而处于连续状态的流体. 例如气体不均匀系统的气体液体不均匀系统的连续液体，第6章沉降第7章过滤第8章吸附第10章分离过程，第II章分离过程原理，第6章沉降，第1节沉降分离的基本概念，第2节重力沉降第3节离心沉降第4节沉降，第1节沉降分离的基本概念，沉降分离的原理，流体阻力和阻力系数，主要内容，一， 沉降分离的原理(阅读p2082分钟)，另一方面，沉降分离的一般原理：将含有粒子状物质的流体(水或气体)放入某种力场(重力场、离心力场、电场或惯性场等)，使粒子状物质和连续相流体相对运动，沉降到器壁、器底或其他沉积表面，实现粒子状物质和流体的分离。 2、沉降类型、2、单粒子几何特性参数、比表面积(单位体积粒子具有的表面积)、1、形状规则的球形粒子：体积、表面积、式中：非球形粒子由两个参数决定其特性，即球形度和当量直径. 2、形状不规则粒子： (1)在粒子的当量直径工序中，将非球形粒子置换为某当量的球形粒子，使非球形粒子的某特性与球形粒子等价. 该粒子的直径为当量直径，当量直径表示非球形粒子的大小。等体积当量直径、等表面积当量直径、等比表面积当量直径、粒子球形度也称为形状系数，表示粒子的形状和球形的不同. 定义：与其粒子体积相等的球体表面积除以粒子表面积，(2)球度，(3)非球形粒子的特性，三，流体阻力和阻力系数，或粒子在非压缩连续流体中运动，受到流体阻力，该阻力由两部分组成：形状阻力和摩擦阻力。 流体阻力的方向与粒子状物质的运动方向相反，其大小与流体和粒子状物质之间的相对运动速度u、流体密度、粘度、粒子的大小、形状有关。 球形粒子的流体阻力方程式：粒子的雷诺数，AP :粒子的投影面积CD :阻力系数，雷诺数的函数。 (1)简述沉降分离的原理、类型和各类型的主要特征。 (2)简单说明环境工程领域的哪个处理单元参与沉降分离过程。 (3)粒子和流体的哪些性质影响粒子受到的流体阻力，如何影响。 掌握本节思维问题、第一节沉降分离的基本概念、第一、重力场中粒子沉降过程二、沉降速度计算三、沉降分离设备、主要内容、第二节重力沉降、重力沉降速度计算方法和重力沉降分离设备的结构和工作原理。另一方面，在重力场中粒子的沉降过程中，利用球形粒子的粒径为dP、密度为p的流体密度、重力沉降中的分散物质与分散介质的密度差，在粒子沉降的瞬间，在电阻FD为0的沉降后，电阻随着速度的增加而增大，当速度达到某个值ut时，电阻、浮力与重力平衡，F=0，粒子进行等速沉降运动根据1 .沉降速度、2 .阻力系数、ut粒子终端沉降速度、实验，阻力系数与雷诺数的关系如图所示。层流区：-斯托克斯电阻定律、斯托克斯定律区、CD-Re关系曲线、CD、Re、层流区、过渡区、湍流区、过渡区：湍流区：艾伦定律区、牛顿定律区、3、粒子沉降速度、球状粒子在各区的沉降速度公式，即层流区：湍流区：-斯托克斯公式、-艾伦公式、-尼可以根据粒子粒径求出沉降速度，也可以根据沉降速度求出粒子的粒径，二、沉降速度的计算、一、试差法、规定介质中的粒子沉降速度为以下的计算方法：二、摩擦数组法、CD与ReP的关系曲线，由于两个坐标都包含未知数ut，因此适当变换，其两个坐标之一包含ut 根据粒径和其他参数计算摩擦数组。 从CDRep2-ReP关系曲线中检查适当的ReP值。 如何从ut计算dp？ 另外，根据粒径计算沉降速度，根据ReP定义判定ut、CDReP-1 (不包含粒径的摩擦数组)、CDRe2P、ReP、3、无量纲判定k、乱流域：下限ReP=1000、层流域：上限ReP=2、k沉降属于哪个区域，若判定为无量纲判定，则计算步骤：思想：知道粒径dp，将k设为无量纲基准k法总结：1，计算k :2，k选择合适的公式ut :3，沉淀分离设备，1，沉淀池，在水处理中，根据重力沉淀原理进行固液分离的构筑物有沉淀(砂)池，典型的形式是平流沉淀(砂)池。 利用平流沉淀池、2、降尘室、重力沉降从气流中分离尘粒的设备。 (1)原理：含尘气体进入突然扩大的流路沉降室后，气速显着减少，粒子随气流具有水平速度u，同时在重力作用下以沉降速度ut下降。 如果在气流通过下降室的时间内粒子能够落入室内底部，尘埃粒子就能够从气流中分离出来。 (2)沉淀池或下降室作业过程、最高点的粒子下沉到池底的时间：流体通过下降室的时间：为了满足除尘或浮游物的要求，t下沉，即，-下降室使粒子下沉的条件，下降室的生产能力，下降室的生产能力理论上取决于粒子的下沉速度ut和下降方向的截面积，即下降室底面积bl 因此，发尘室为多层，室内均匀设置几个水平隔板(间距为40100mm )，可构成多层发尘室。 多层发尘室的生产能力(n层水平隔板):qv(n1) utlb，同气速，安装横隔板的发尘室除尘效果更好。 由于隔膜之间的流动速度保持大致相同，因此粒子到达隔膜通道底部的沉降距离更短。 为了清洁灰烬，请将隔板做成容易翻转或倾斜的形状。 1、分离器2、6调节闸阀3-气体分配通路4-气体集成通路5-气道7-清灰口、(3)除尘室的计算、除尘室的计算、设计型、操作型、已知气体处理量和除尘要求、除尘室的大小，在已知尺寸的除尘室中处理一定量的除尘气体时，计算能够完全除去的最小粒子的尺寸或直径dp的除尘【例题】利用降尘室回收常压炉气体中含有的固体粒子，降尘室的底面积为12m2，宽度和高度均为2m，炉气处理量为3m3/s。 操作条件下气体密度为0.75kg/m3、粘度为2.610-5Pas、固体密度为3000kg/m3.(1)求出理论上能够完全捕集的最小粒径；(2)粒径40m的粒子的回收率；(3)完全回收直径8m的灰尘后，应如何改善灰尘室？ 解： (1)完全可分离的最小粒子沉降速度、沉降为层流区，假设成立，求最小粒径是有效的。ut=qV/bl=3/12=0.25m/s，沉积在层流域，由斯托克式求出最小粒径，(2)直径40m粒子必须沉积在层流域，作为沉积速度ut ，下降室入口炉气均匀分布，在下降室入口端顶部及其附近的d=40m的尘粒，在ut0.25m/s， 由于在气体到达出口之前不会沉降，因此在与气体一起被带出的入口端能够除去距室底0.8m以下的40m的尘埃粒子，因此40m的尘埃粒子的除尘效率：=h/h=0.8/2=40 %，气体通过尘埃室的时间为t停止=lbh/qv=122/3=8s153348 理论上直径40m粒子在该时间内沉降高度h=ututt停止=0.18=0.8m，n=49时，为了完全回收分隔板间隔：h=h/(n1)=的(3)直径8m的粒子，在除尘室内设置水平分隔板，形成多层除尘室。 发尘室内隔板的层数n和板间距h的计算：间歇沉降槽：通常有锥形底圆槽，应处理的悬浊液在槽内静置足够的时间后，浓厚的沉渣从槽底排出，清洗液从槽上部排出管中抽出。 连续沉降槽：底部为略锥形的大直径浅槽，悬浊液通过中央供给口输送到液面以下的0.3-1.0，尽量减小干扰时，迅速分散到整个横截面，液体向上流动，夜间通过槽前端周围的溢流堰连续流出，被称为溢流的固体粒子沉降到底部， 在槽底慢慢旋转的耙子将沉渣慢慢靠近底部中央的排渣口连续排出，排出的浓厚浆液称为底流。 简要分析了3、沉降槽、(1)重力沉降过程中粒子的力。 (2)层流区粒子重力沉降速度主要受哪些因素影响？ (3)影响层流区和湍流区粒子沉降速度的因素如何不同，原因是什么？(4)流体温度对粒子沉降的主要影响是什么？ (5)列举你所知道的环境工程领域的重力沉降过程。 (6)分析和说明决定除尘室除尘能力的因素。 (7)重力沉降过程中可测量粒子和流体的哪些物性参数，请设计测量方法。 思考问题，书面工作： p 236，237-6.8，第三节离心沉降，一、离心场中粒子沉降分析二，旋风分离器工作原理三，离心沉降机工作原理，主要内容，旋风分离器基本工作原理及其主要分离性能指标，旋风分离器工作原理及相关计算，离心沉降机工作原理及相关计算。 离心沉降：利用离心力的作用，实现颗粒物从流体中沉降分离的过程。 两相密度的差异小，对于粒子的细微不均匀系统，在离心力场中可以得到良好的分离。 通常，气固不均匀物质的离心沉降通过旋风分离器进行，液固悬浮物质系统的离心沉降通过旋风分离器和离心分离器进行。 惯性离心力场和重力场的不同，重力场的强度、重力加速度g、ut2/R、方向、地，沿着旋转半径从中心向外，Fg=mg、力、重力场、离心力场、一、在离心力场的沉降速度、向心力、惯性离心力、1、在离心力场粒子在径向受到的力、阻力、三力达到平衡时， Fc-Fb-FD=0,2、2、2、离心沉降速度utc、平衡时流体在粒子径向上的运动速度utc为该位置的离心沉降速度. 重力沉降，式：离心沉降速度和重力沉降速度有类似的关系式，离心加速度r2和重力加速度g不同。 数值：离心沉降速度是绝对速度径向分量，重力沉降速度基本恒定，取决于粒子在离心场中的位置。 方向：离心沉降速度方向径向向外，粒子在旋转流体中沿半径逐渐增大的螺旋轨道前进。、离心沉降速度与重力沉降速度的比较、3、离心分离系数、同一粒子在同一介质中的离心沉降速度与重力沉降速度之比，即离心加速度与重力加速度之比： Kc是离心分离设备性能的重要指标，大小可以人为调节， 某高速离心机的分离系数可以达到数十万的旋风分离器和旋风分离器的分离系数一般在52500之间，因此在一定的悬浮体系中采用离心沉降可以加快沉降过程。 二、离心沉降分离设备、旋转分离器、沉降离心分离器、特征：设备静止，流体旋转，特征：机械带动流体旋转，旋风分离器：用于气体不均匀混合物分离旋转分离器的液体不均匀混合物分离的旋风分离器，用途：粒度为5m以上的气体净化和粒子回收操作，特别是各种气固流化装置的废气处理粒子含量超过200g/m3的气体，通过粒子的凝聚作用，还可以除去3m以下的粒子，从气流中分离除去雾沫。 旋风分离器不适用于粘性粉尘、含水量高的粉尘、腐蚀性粉尘的处理。 1、旋风分离器的结构和工作原理，h=D/2、B=D/4、D1=D/2、H1=2D、H2=2D、S=D/8、D2=D/4、标准旋风分离器、1、旋风分离器的结构和工作原理，通常将下行螺旋气流称为外旋流，将上行螺旋气流称为内旋流(称为气芯)，内、外旋流气体的旋转方向相同上游内旋流形成低压气芯，其压力低于出气口压力，出气口和集尘室密封良好，要求防止漏气降低除尘效果。 2、主要的分离性能指标，(1)临界直径临界直径是指旋风分离器能够从气体中全部分离出的最小粒子的直径，以dc表示，是判断旋风分离效率高低的重要依据，为了便于分析，对气体和粒子在气缸内的运动，在进入旋风分离器后，规则地在气缸内旋转n圈进入排气缸，进行旋转颗粒缸内与气体的相对运动是层流的。 沉降过程中粒子通过的气流的最大厚度与吸气口宽度b相等。 根据粒子离心沉降速度方程式，假定气体密度粒子密度p，则与临界直径dc对应的粒子沉降速度为：假定，粒子最大沉降时间为：气体进入排气管之前在缸内以转速n运转的距离为2rmN，因此气体在缸内的滞留时间为， 停止t沉降临界粒径的公式标准类型： N=5一般类型： N=0.53.0，dc随b，分离效率随分离器尺寸，因此在气体处理量大的情况下，总是并行使用小尺寸的旋风分离器(称为旋风分离器组)来维持良好的除尘效果。 总效率与粒级效率的关系：xi表示粒径di的粒子占总粒子的质量分数，粒级效率：进入旋风分离器的粒径di的粒子分离的质量分数。 (2)分离效率，1、2分别为旋风分离器入口和出口气体的总含尘量，总效率：从进入旋风分离器的总粉尘中分离出来的粉尘质量分数。 i1、i2为粒径di粒子在旋风分离器入口和出口气体中的含量，总效率表示旋风分离器总除尘效果，不能准确表示分离效率。 粒度效率可以正确地表示旋风分离效率。 粒级效率与粒径的对应关系被称为粒级效率曲线，通过实测进出气流中含有的尘粒的浓度和粒度分布得到。 如图所示，临界粒径为10m。 理论上直径为10m以上的粒子的粒度效率为100%，小于