第五章 重力浓缩.

1、第五章 重力浓缩 重力浓缩是借助于悬浮液中固体颗粒在重力作用下发生沉降而提高悬浮液浓度的一种固液分离手段。 重力浓缩通常是固液分离的第一道工序，设备构造一般简单，便于操作。 在沉降过程中不仅粗粒级容易沉降，而且细粒级可通过凝聚或絮凝也能达到较好的沉降效果。第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 重力沉降 在重力作用下，使悬浮液中密度大于水的悬浮固体下沉，从而实现与水的分离的处理方法。 重力沉降方法主要用于可沉固体粒径在10m以上、在2h左右的自然沉降时间内能从水中分离出去的悬浮液。 按照处理目的的不同，重力沉降法可分为以获得澄清水为目的的沉淀和以获得高浓度污泥为目的的浓缩。第一节 重力沉降法及颗粒沉

2、降规律 重力沉降 按沉降过程不同，重力沉降可分为：自由沉降、絮凝沉降、成层沉降和压缩沉降。第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 重力沉降 第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 重力沉降 第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 重力沉降 第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 重力沉降 第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 重力沉降 第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 重力沉降 第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 单独颗粒的沉降规律 当流体以一定速度绕过颗粒时，流体与颗粒间将产生一对大小相等、方向相反的作用力。流体作用于颗粒上的力称为曳力，而颗粒对流体的作用力称为阻力。第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 单独颗粒的沉降规律

3、swsdwddSdSpFdSdSpdFsincossincos压力改变所导致的曳力，主要取决于颗粒的形状和位向，称为形体曳力由于流体和表面颗粒的摩擦所导致的曳力，主要由颗粒表面积大小决定，称为表面曳力第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 单独颗粒的沉降规律 物体的不同形状和位向对曳力的影响（a）平板平行于流向；（b）平板垂直于流向；（c）流线型物体 第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 单独颗粒的沉降规律 221uACFpDd),(udfFd udduudFduFAuFCddpdD2221222(Re)DC第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 单独颗粒的沉降规律 阻力系数（曳力系数，CD）是颗粒沉降时周围

4、液体绕流的雷诺数Re的函数，二者的关系如下图所示。第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 单独颗粒的沉降规律 也可以将曳力系数写成如下的一般式不同Re范围的常数b和n的值列于表5-1中。 nDRebC 区 域ReKbn斯托克斯定律区23.3241阿 伦 区25003.343.610（18.5）0.5（0.6）牛顿定律区500210543.60.440第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 静止流体中颗粒的自由沉降 gdFsg36gdFb36221uACFpDd第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 静止流体中颗粒的自由沉降当a=0时 maFFFdbgadudCgdgdsDs32233624662134DstCg

5、du第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 静止流体中颗粒的自由沉降 将CD的计算式与Re的表达式Re=du/代入，即可得固体在三种绕流流态区域的稳定沉降速度表达式，即：Re2的层流区， （1）2Re500的过渡区， （2）500Re105的紊流区， （3）182stgdu216 . 027. 0tstRegdu2174. 1gdust第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 沉降速度的计算 试差法：试差法：计算沉降速度u时，需要预先知道沉降雷诺准数Re值才能选用相应的计算式。但是u为待求，Re也就为未知。所以沉降速度u的计算需要用试差法，即先假设沉降属于某一定律区（如stokes定律区），则可直接选用相应

6、的沉降速度公式计算u，然后检验Re值是否在假设的范围内。如果与原设一致，则求得的u有效。否则，应按算出的Re值另选其它定律区公式计算，直到按求得u算出的Re值与所选用公式的Re值范围相符为止。 第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 沉降速度的计算无因次判据法：无因次判据法： （4）在Re2时，使用斯托克斯公式可得Re 令Re=2，求得K值为3.3，此值为斯托克斯区的上限。同样，应用式2可算得牛顿定律区的下限K值为43.6。 因此，计算沉降速度时可选用式4算出K的数值，再根据表5-1选用沉降速度计算式，可以不必进行试差。 312sgdK1818323Kgdudst第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 非

7、球形颗粒沉降速度的计算 颗粒在流体中运动时所受到的曳力，还与其形状密切相关。颗粒形状与球形的差异程度，可用球形度s来表示。 球形度s值愈小，颗粒形状与圆球的差异愈大。当颗粒为球形时，s=1。几种s值下的曳力系数与颗粒雷诺数Re的关系曲线已示于下图中。 第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 非球形颗粒沉降速度的计算 1S=1；2S=0.806；3S=0.6；4S=0.220；5S=0.125 第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 非球形颗粒沉降速度的计算 非球形颗粒绕流时，颗粒雷诺数Re中的d要用当量直径de代替。de是与该颗粒体积相等的圆球直径。 但Ap应为最大投影面积。36epdVpeVd6第一节

8、重力沉降法及颗粒沉降规律 影响颗粒沉降的因素 干扰沉降干扰沉降 实际非均相物系中存在许多颗粒，相邻颗粒的运动改变了原来单个颗粒周围的流场，颗粒沉降受到相互干扰，称为干扰沉降。在颗粒的体积浓度0.2%的悬浮物系中，用单颗粒自由沉降计算引起的偏差1%。当颗粒浓度高时，由于颗粒下沉而被置换的流体作反向运动，使作用于颗粒上的曳力增加。此外，悬浮物系的有效密度和粘度也较纯流体大，故干扰沉降的沉降速度比自由沉降小。通常，干扰沉降速度仍按自由沉降计算，必要时可用经验法则给予修正。 第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 影响颗粒沉降的因素 器壁效应器壁效应 容器的壁面和底面均增加颗粒沉降时的曳力，使颗粒的实际沉降

9、速度较自由沉降速度低。当容器尺寸远远大于颗粒尺寸时（例如在100倍以上），器壁效应可忽略，否则需加以考虑。 第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 影响颗粒沉降的因素 分子运动分子运动 当颗粒直径小到可与流体分子的平均自由程相比时，颗粒可穿过快速运动的流体分子之间，沉降速度大于按斯托克斯定律计算的值。另外，对于d0.5m的颗粒，沉降将受到流体分子热运动的影响。此时，流体已不能当作连续介质，上述关于颗粒所受曳力的讨论的前提已不再成立。 第一节 重力沉降法及颗粒沉降规律 影响颗粒沉降的因素 颗粒形状颗粒形状 对于非球形颗粒，由于曳力系数比同体积球形颗粒大，所以实际沉降速度比按等体积球形颗粒计算的沉降速度

10、为小。 液滴或气泡的运动液滴或气泡的运动 与刚性固体颗粒相比，液滴或气泡的运动规律有所不同。其主要差别在于液滴或气泡在曳力和压力作用下产生变形，使曳力增大；同时，滴、泡内部的流体产生环流运动，降低了相界面上的相对速度，使曳力减小。 第二节 沉降试验及沉降曲线 沉降过程的分区现象第二节 沉降试验及沉降曲线 沉降曲线与沉积曲线 根据沉降试验数据，以沉降时间为横坐标，澄清区高度为纵坐标，作出沉降时间与澄清区高度的关系曲线，称之为沉降曲线。 以沉降时间为横坐标，沉积层高度为纵坐标，作出的关系曲线，称之为沉积曲线。第二节 沉降试验及沉降曲线 沉降曲线与沉积曲线第二节 沉降试验及沉降曲线 沉降曲线与沉积曲

11、线第二节 沉降试验及沉降曲线 重力浓缩理论 第二节 沉降试验及沉降曲线 重力浓缩理论 悬浮液在浓缩池中发生沉降时，浓缩池的作业空间一般可分为5个区。 A：澄清区，得到的澄清水作为溢流产物从溢流堰排出； B：自由沉降区，固体颗粒依靠自重迅速沉降； C：过渡区，部分颗粒由于自重作用沉降，部分颗粒则受到密集颗粒的阻碍，难以继续沉降；第二节 沉降试验及沉降曲线 重力浓缩理论 D：压缩区，悬浮液中的固体颗粒已经形成较紧密的絮团，絮团仍继续沉降，但其速度已经较慢； E：底流收集区，此处设有刮板，有时该区的一部分呈浅锥形表面，浓缩物中的水分又会在刮板的压力作用下溢出，悬浮物浓度进一步增高，最终由浓缩机底口排

12、出。第三节 重力浓缩设备 浓密机，又称沉降槽，沉淀池。 按设备操作形式： 间歇式沉淀设备和连续式沉淀设备 按悬浮液流动方向： 平流式、辐流式、竖流式第三节 重力浓缩设备l 耙式浓缩机 中心传动耙式浓缩机 周边传动耙式浓缩机 艾姆科型l 高效浓缩机 道尔-奥利弗高效浓缩机 恩维罗-克里尔型 斜板浓缩池l 多层累叠式浓缩机第三节 重力浓缩设备中心传动第三节 重力浓缩设备中心传动第三节 重力浓缩设备中心传动第三节 重力浓缩设备中心传动第三节 重力浓缩设备周边传动第三节 重力浓缩设备高效浓缩机第三节 重力浓缩设备高效浓缩机第三节 重力浓缩设备高效浓缩机第三节 重力浓缩设备高效浓缩机第三节 重力浓缩设备

13、 倾斜板浓缩箱和倾斜板浓缩机 浅层沉降原理 普通沉降池中增大处理能力与提高沉降效率的矛盾，解决？ 停留时间t的定义 AuQ0第三节 重力浓缩设备 倾斜板浓缩箱和倾斜板浓缩机 倾斜板浓缩箱第三节 重力浓缩设备 倾斜板浓缩箱和倾斜板浓缩机 倾斜板浓缩箱的计算 根据浓缩作业的要求，溢流的临界粒度通常为5-10m。设位于浓缩板底部某一临界颗粒自身的沉降速度为v0，水流沿倾斜板的流速为u，则颗粒朝向浓缩板的分速度vZ为： 颗粒沿倾斜板方向的分速度为：0coszVV0sinrVuV第三节 重力浓缩设备 倾斜板浓缩箱和倾斜板浓缩机 倾斜板浓缩箱 倾斜板的长度应足以使临界颗粒在沿板的长度运行时间内沉降到板面上

14、，所以0000cossincossinSlVuVSulVSV第三节 重力浓缩设备 倾斜板浓缩箱和倾斜板浓缩机 倾斜板浓缩箱 设浓缩箱的宽度为B，当使用单排浓缩板时应该等于浓缩板的宽度，浓缩板的空间格数为n，则溢流流量为： 不加浓缩板时，表面浓缩面积A为 加倾斜板后浓缩表面积A为 两者比较可以看出，加倾斜板后，浓缩面积增大了K倍0( cossin)OVQnBSunBV lSABLcoscosAnBlnlKABLL第三节 重力浓缩设备 倾斜板浓缩箱和倾斜板浓缩机 倾斜板浓缩箱 已知B、L和n、l、，可根据要求的分离粒度进行倾斜板浓缩箱的工艺计算，求出处理量； 已知分离粒度和溢流体积，可进行倾斜板浓

15、缩箱的选择与计算。第三节 重力浓缩设备 倾斜板浓缩箱和倾斜板浓缩机 第三节 重力浓缩设备 深锥浓缩机第三节 重力浓缩设备 深锥浓缩机第三节 重力浓缩设备 其他类型浓缩机第三节 重力浓缩设备 其他类型浓缩机第三节 重力浓缩设备 其他类型浓缩机第三节 重力浓缩设备 其他类型浓缩机第三节 重力浓缩设备 其他类型浓缩机第三节 重力浓缩设备 重力浓缩设备的选型原则 1、给料量较小时选用中心传动耙式浓缩机，给料量较大时选用周边传动耙式浓缩机；物料密度小时选用辊轮式，反之易用齿条式； 2、在场地寒冷或紧缺地区，浓缩机设于室内，干旱或缺水地区选用高效浓缩机，但要考虑絮凝剂的使用效果及对后续工序的影响以及运营费

16、用； 3、应既能满足后续作业对浓缩产品含水量的要求，又能减少随溢流损失的有价成分或溢流水的浊度；第三节 重力浓缩设备 重力浓缩设备的选型原则 4、应尽量通过工业试验或模拟试验来确定所需用的浓缩机面积； 5、在较准确掌握被浓缩料浆特性的情况下，可参照类似生产厂的工艺指标选用相应的浓缩机。 第四节 重力浓缩机的计算 浓缩机的深度式中 H1澄清区高度，应保持在0.5-0.8m； H2自由沉降区高度，应保持在0.3-0.6m； H3压缩区高度； H4底物收集区高度。 1234HHHHH第四节 重力浓缩机的计算 浓缩机的深度 从底流排出1t干物质时，排出的浓缩物体积 料浆在浓缩机中的停留时间为t时，所需高度H3为 底流收集区高度1(1)VR42