沉降分离原理及方法

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。 2

Fg?Fb?Fd?maFA?u

d??2

?d3??d3?g???d2??或664??u2??2????6d3sg???sa 阻力 Fd浮力阻力 Fb重力 Fg当颗粒开始沉降的瞬间：u?0 因为Fd?0 a最大

u? Fd? a?

当a?0

u?ut——沉降速度“终端速度”

u?4gd??s???t推导得

3??

??4d2????u2???2????6d3g??s???

式中：

ut——球形颗粒的自由沉降速度，?ms?; d ——颗粒直径，?m?;

?s——颗粒密度，?kgm3?; ?——流体密度，?kgm3?g——重力加速度?ms2?;

;

a?0

?——阻力系数，无因次， ??410?Ret滞留区

?f??s.Ret? ?s——球形度

?s?ssp

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。

d2??s???g24?1 ??Re ut?18? 斯托

克斯公式

18.5ut?0.273??1?Ret?10 Re0.6 过渡区

公式

d??s???g?Ret0.6 艾仑

湍流区

公式

10?Ret?2?1035 ??0.44

ut?1.74d??s???g? 牛顿

Ret?dut?

该计算公式（自由沉降公式）有两个条件：

1.容器的尺寸要远远大于颗粒尺寸（譬如100倍以上）否则器壁会对颗粒的沉降有显著的阻滞作用，（自由沉降—是指任一颗粒的沉降不因流体中存在其他颗粒而受到干扰。自由沉降发生在流体中颗粒稀松的情况下，否则颗粒之间便会发生相互影响，使沉降的速度不同于自由沉降速度，这时的沉降称为干扰沉降。干扰沉降多发生在液态非均相系的沉降过程中。）

2.颗粒不可过分细微，否则由于流体分子的碰撞将使颗粒发生布朗运动。 二、非球形颗粒的自由沉降

?s?s?sp积;

球面积公式

S球?4?R2 R—半径;

S—与颗粒体积相等的一个圆球的表面

Sp—颗粒的表面积?m?。

2?6de?Vp33

Vp-颗粒体积m;

??3de?6?Vp de—颗粒当量直径?m?。

三、沉降速度的计算

1、试差法见讲义例题,计算t

uut?Ret以判断流型后选计算式，先确定流型?求出ut?计算出Ref?检验Ret是否符合假设。

2、摩擦数群法

使?及Ret坐标之一变成ut的已知数群

ut?4d??s???g4gd??s???Ret??23?ut3?? 解得 又

?dut??

34d???s???g2?Re?t22Reu3??令与t相乘可消去t

查Ret~~~Rt图 求

?12?Ret2?查Ret?ut?Ret?d?

另也可用?Ret 消去颗粒直径d

?Ret?1~~~Ret?de?

四、重力沉降设备 1、降尘室： Ret??ut

含尘气体净化气体尘粒 令 l—降尘室长度[m];

H—降尘室高度[m];

t—颗粒沉降速度[m/s]; b—降尘室宽度[m];

u—气体在降尘室内水平通过的速度[m/s];

u?t?颗粒沉降时间：

Hut， 气体通过时间：

??

lu

颗粒被分离出来的条件：令：

???tlH? 即uut

VS－降尘室处理含尘气体体积流量,又称为降尘室生产能力。

??lHVs?u?uut Hb，代入气体水平流速：

V? s?blut

或

Vsut?bl

注意；１、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处于滞流区。 2、悬浮液的沉聚过程 u清液区等浓度区变浓度区沉聚区D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：