沉降分离原理及方法

1、F=7PU2dpu2当颗粒开始沉降的瞬间：u=0F=7PU2dpu2当颗粒开始沉降的瞬间：u=0因为Fd=0a最大uT或aI推导弓d2式中：d=ut沉降速度“终端速度”4gd(p-p)s得pu2、3pCd3g(p-p)6s球形颗粒的自由沉降速度，M;m密md.p流体密度，g；打；g重力加速度S2；颗粒直径，颗粒密度，第二节沉降分离原理及方法3.2.1重力沉降、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-F-F=magbd2d3pg-：d3pg

2、-匚专d26s6400:阻力系数，无因次，f0巴）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。滞留区克斯公式10-4Ret24c二Re斯托18.5过渡区公式1Re滞留区克斯公式10-4Ret24c二Re斯托18.5过渡区公式1Re103tRe0.6”(Ps-P)gRe.61Pt艾仑湍流区公式103Re0-t即uut0颗粒被分离出来的条件：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），代入1，代入1HuutVus气体水平流速：HbVVblustVuntblu注意；1、：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处于滞流区。2、悬浮液的沉聚过程悬浮

3、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AE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U0不同于颗粒的沉降速度Ut，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。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晰的界面，即达到“临界沉降点”,此后便属于沉聚

4、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U0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：456456底口(排料)间歇式料浆2连续式8=|底流1-进料槽道；2-转动机构；3-料井底口(排料)间歇式料浆

5、2连续式8=|底流1-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(1)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。(2)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(1)沉降槽的面积颗粒作干扰沉降该层中浓度=料浆浓度一块下行至增浓区，进行沉聚过程。若进入连续沉降槽，料浆体积流量为从3S，其中固相体积分率为ef，底流中固相体Q严e二固相体积流量积分率为ec则：底流中固相体积流量二Qef，固fQ(因为稳定操作，各个不同深度处浓度是恒定的，所以料浆中固相体积流量必须等于底流中固

6、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:料浆中固相体积流量必须等于底流中固相体积流量)。F夜相=底流中固相体积流量底流中1固相ec=底流的体积流量固U液令增稠段各个横截面必须有一个总体下行速度U总体1液总体下行即:指底流相对于Q.efAecQ.e底流的体积流量ecUU器壁的流速，uAm.u底流体积流量msUAeUc底流固相体积流量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eVAHAe=固=-VAHAA=AeH该水平面截面厚度k,A是增稠段内固相截面积S2,A是增稠段固液总截面积2。A二AeQe二Ae=Ae(底流流速+溢流水流速)Qe=AuftU=U+utu0

7、U表观沉降速度0U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是底流总体U是颗粒相对于容器壁面表观沉降速度0相对于管壁的速度度。,即在静止流体中沉降速Qe=AeCfUUU代入(1Q.e=f_AeAec整理得1)eQeQe=匚+AeUfec0，方程两=QeA=U0料浆体积m3底流m3lee丿c=水m3固相m3固相m3固相m31)=溢流出水总体积m3边同除U0e移项整理得,11)eQeflee丿C如设容器壁为参照物，则水向上的流速即为U0料浆=底流+溢流水AU=溢流出水总体积0m3变为变为a=Qe若悬浮液中固相浓度以单位体积内的固相质量c表示时，U0QePfsq1、w11u

8、P0sIeeJcu0Icc丿cw是固相的质量流量kgc任一横截面上的固相浓度，ckgCc沉渣中（底渣）固相浓度，1m悬浮液c单位F厂1悬浮液）底流）1_1cPes1X公斤（固）单位米3（固）增稠段任一截面体积米31固体体积米3Ps固体密度I1公斤（固）单位米（3固）Pesc1米（3固）米（3底流）11公斤（固）米3底流单位公斤（固）米（3固）米（3固）米3（底流）公斤（固）米3底流A二2WP.A二2WP.uP0X任Ckg（固）、截面上固液质量比Zkg（液）；kg（固）、Xc沉渣中固液质量比Zkg（液）悬浮液密度AuP0悬浮液密度1kg（液）X单位kg（固）kg（液）/m3（液）kg（液）匕kg

9、個）kg（固）C单位m3（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槽高度质量守恒Ah二（+亠）0PPrs=（固相体积流量+悬浮液体积流量）*时间因为稳定操作压紧区的高度h是恒定的，既是恒定，压紧区的容积必等于底流排出沉渣体积。卩=固相质量流量X固相H=槽高度质量守恒Ah二（+亠）0PPrs=（固相体积流量+悬浮液体积流量）*时间因为稳定操作压紧区的高度h是恒定的，既是恒定，压紧区的容积必等于

10、底流排出沉渣体积。卩=固相质量流量X固相H=液相质量流量h=-CP（1+）APPX（3） HYPERLINK l bookmark51 SC（3）h压紧区的高度m；A横截面积m2；w底流中固相质量流量，XXC底流中间固、液相质量比h二h+hx0.75+（12）lmJh沉降槽总高度*Ikg（固）/kg（液）.9（通常要附加约75%的压紧区的高度作为安全余量hX75，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 HYPERLINK l bookmark229 u2u2F=个化工CRR惯性离心力场强度笃

11、个一、惯性离心力作用下的沉降速度 HYPERLINK l bookmark181 、f0-FF中心T外（径向）c向心力阻力；（切线速度）或RFC个颗粒直径d，密度Ps，流体密度uP，切向速度T惯性离心力FC专d3PSu2TR向心力F向冷3PUT作用在颗粒上的力阻力尸作用在颗粒上的力阻力尸阻=4d2学重力：F重力：F=mg=d3pgg6s兀7F=7d3pgb6等速是则被阻力:等速是则被Ur颗粒与流体在径向上的相对速度称为重力沉降速度。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

12、力，这个力阻止小球向外运动;3)、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=：与Jkg兀pu2h_AAp/_Qd2阻力兀pu2h_AAp/_Qd2阻力ff42Ur颗粒与流体在径向上的相对运动速度。d3p6s解得:t的异同1、离心沉降速度Ur与重力沉降速度相似之处:公式形式相似;相异之处：方向Ut向下Ut不变大小24如10-4Re1_Red2(pp)Ur代入Ur向外(恒量/变土生_UrT|4d(pp)u2卞s18卩d2(p-p)gRerdUp_r参看前式:18卩18卩分离因数Kc(同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值为:U2、u2_4_KutgRc分因数是离

13、心设备的重要指标)。一、旋风分离器的结构与操作原理旋风分离器是利用惯性离心力的作用从气流中分离出含有尘粒的设备。除尘颗粒直径d-5卩m以上的颗粒,不适宜粘性，湿性、及腐蚀性粉尘。颗粒被抛向管壁，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。尘粒二排气尘粒二排气三、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

14、导的条件、假设:（1）（2）（3）因P气体作螺旋等速运动，切向速度（1）（2）（3）因P气体作螺旋等速运动，切向速度UT等于进口气速颗粒穿过厚度为B的气流层沉降分离；颗粒作滞流自由沉降。Ps，R=Rm，（旋转半径R取平均值9），根据条件1、3d2（pp）m，(、U2R丿md2PU2U=li-式可简为：r18叭U2i0Ui=UT用Rm惯性离心加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：18yRBmtUrd2PU2tUrN令气流的有效旋转圈数为e（指真正起分离颗粒离心作用的圈数）。它在器内运行2N令气流的有效旋转圈数为e（指真正起分离颗粒离心作用的圈数）。它在器内运行2兀RN的距

15、离便是me，则停留时间为:2兀RNmeUiU=Uti条件1）9若某种尺寸的颗粒所需的沉降时间t恰等于停留时间9，该颗粒就是理论上能被完18yRB_18yRB_2兀RNm=med2pu2usii解得3、注意点1)(D圆筒直径)所以，气体处理量大时，常常将全分离下来的最小颗粒，以代表这种颗粒的直径，即临界粒径。则i9pBd=c兀Nupeis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Ne值，可以使用。Ne的数值一般为53.0，但对标准型旋风N=5分离器可取e。c一cc一c=2c1n0(1)总效率耳0

16、:进入旋风分离器的全部颗粒中被分离下来的质量分率，即c1旋风分离器进口气体含尘浓度?;m3c2旋风分离器出口气体含尘浓度bm3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。n(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n粒径为n粒径为di)的粒级效率定义为:c一c12ic1i式中：1i进口气体中粒径在第i小段范围内的颗粒的浓度g/m3。cg/m32出口气体中粒径在第小段范围内的颗粒的浓度。(3)npd-i对应关系曲线称粒级效率曲线，可以实测。d(4)分割粒径50：粒级效率恰为5

17、0%的颗粒直径。d.0.27叨P和卩是气体的密度与粘度。50u(p-p)P和卩是气体的密度与粘度。LisD设备直径m.利用dd50曲线估算旋风分离器的效率。注意:标准旋风分离器同一型式而且比例尺寸相同。粒级效率曲线粒级效率曲线(5)总效率与分效率的关系耳dx耳x式中i颗粒直径在第i小段范围内的颗粒占全部颗粒的质量分率。A尸pux式中i颗粒直径在第i小段范围内的颗粒占全部颗粒的质量分率。A尸pu2摩擦阻力AP丸局部阻力5、压强降阻力系数为常数，对标准型旋风分离器二8.0，旋风分离器的压强降一般为5002000Pa一般颗粒密度大，粒径大、进口气速高及粒尘浓度高都有利于分离。但进口气速过高则涡流加剧

18、反而不利于分离。旋风分离器的进口气速一般在1025mS范围内。沉降槽有澄清液体和增浓悬浮液的双重功能。为了获得澄清液体，沉降槽必须有足够上的横截面积，以保证任何瞬间液体向上的速度小于颗粒的沉降速度。为了把沉渣增浓到指定的稠度，要求颗粒在槽中有足够的停留时间。所以沉降槽加料口以下酌增浓段必须有足够的高度，以保证压紧沉渣所需要的时间。因此，截面积和高度是计算沉降槽尺寸的主要项目。一、沉降槽的横截面积沉降槽以加料口为界，其上为澄清区，其下为增浓区，自上而下颗粒的浓度逐渐增加，但在稳定情况下，各截面上颗粒浓度不随时间而变，为了获得满意的分离效果，希望悬浮科浆中全部颗粒沉于底部。计算沉降槽横截面积时，应在进料与底流之间整个攘度范围内,分别依据若干截面积上的情况逐个进行计算沉降槽截面积，而取其中最大者为计算的结果。与间歇沉降试验的情况不同，在连续沉降槽中，除了颗粒的表观沉降速度外，由于底流中含有一定量的液体，故在增浓段还存在一个底流总体下行的速度分量，但该速度一般小于颗粒的沉降速度。设进入连续沉降槽的料浆体积流量为Qm3/s，其中固相体积分率为