環(huán)境工程原理第06章沉降

1、教學(xué)要求：教學(xué)要求：1.1.要求掌握機(jī)械分離和傳質(zhì)分離的基本原理要求掌握機(jī)械分離和傳質(zhì)分離的基本原理2.2.能夠進(jìn)行分離工藝過程的基本計(jì)算能夠進(jìn)行分離工藝過程的基本計(jì)算 在環(huán)境污染防治領(lǐng)域，對(duì)水體、空氣、土壤進(jìn)行在環(huán)境污染防治領(lǐng)域，對(duì)水體、空氣、土壤進(jìn)行凈化以及從固體廢棄物中回收有用物質(zhì)都涉及混合物凈化以及從固體廢棄物中回收有用物質(zhì)都涉及混合物分離問題。分離就是將污染物與污染介質(zhì)或其他污染分離問題。分離就是將污染物與污染介質(zhì)或其他污染物分離，達(dá)到物分離，達(dá)到去除去除污染物或污染物或回收利用回收利用的目的。的目的。第第II篇篇 分離過程原理分離過程原理混合物混合物的分類的分類 均相混合物：均相混

2、合物：物系內(nèi)部物料性質(zhì)均勻且不存在物系內(nèi)部物料性質(zhì)均勻且不存在相界面。如：溶液、混合氣體相界面。如：溶液、混合氣體非均相混合物非均相混合物：物系內(nèi)部有兩相界面物系內(nèi)部有兩相界面, ,且界面兩且界面兩側(cè)的物料性質(zhì)截然不同。側(cè)的物料性質(zhì)截然不同。氣態(tài)非均相物系：含塵氣體，含霧氣體。氣態(tài)非均相物系：含塵氣體，含霧氣體。 液態(tài)非均相物系：懸浮液、乳濁液。液態(tài)非均相物系：懸浮液、乳濁液。 分離分離方法方法機(jī)械分離過程：機(jī)械分離過程：以力（重力、離心力、壓差、電磁以力（重力、離心力、壓差、電磁力）的作用引起顆?；蛄黧w整體運(yùn)動(dòng)的力）的作用引起顆?；蛄黧w整體運(yùn)動(dòng)的分離方法，分離對(duì)象為非均相混合物。分離方法，分

3、離對(duì)象為非均相混合物。傳質(zhì)分離：傳質(zhì)分離：依靠物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)（包括分子擴(kuò)散與依靠物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)（包括分子擴(kuò)散與渦流擴(kuò)散）實(shí)現(xiàn)混合物中各組分的分離渦流擴(kuò)散）實(shí)現(xiàn)混合物中各組分的分離方法，分離對(duì)象為均相混合物。方法，分離對(duì)象為均相混合物。第第II篇篇 分離過程原理分離過程原理非均相非均相物系物系 分散相：分散相：( (分散物質(zhì)分散物質(zhì)) ) 處于分散狀態(tài)的物質(zhì)。處于分散狀態(tài)的物質(zhì)。 如：分散在流體中的固體顆粒、液如：分散在流體中的固體顆粒、液滴或氣泡滴或氣泡 連續(xù)相：連續(xù)相：( (分散相介質(zhì)分散相介質(zhì)) ) 包圍分散相物質(zhì)且處于連續(xù)狀態(tài)的包圍分散相物質(zhì)且處于連續(xù)狀態(tài)的流體。流體。 如：氣態(tài)非均相物

4、系中的氣體如：氣態(tài)非均相物系中的氣體 液態(tài)非均相物系中的連續(xù)液體液態(tài)非均相物系中的連續(xù)液體 第六章 沉降第七章 過濾第八章 吸收第九章 吸附第十章 其他分離過程第第II篇篇 分離過程原理分離過程原理本篇主要內(nèi)容第六章 沉降 第一節(jié) 沉降分離的基本概念第二節(jié) 重力沉降第三節(jié) 離心沉降第四節(jié) 其他沉降本章主要內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 沉降分離的基本概念沉降分離的基本概念 一、沉降分離的原理一、沉降分離的原理二、流體阻力與阻力系數(shù)二、流體阻力與阻力系數(shù)主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、沉降分離的原理一、沉降分離的原理（看書（看書p2082分鐘）分鐘） 1、沉降分離的一般原理：沉降分離的一般原理：將含有顆粒物的流體將含有顆

5、粒物的流體(水或氣體水或氣體)置于某種力場(chǎng)置于某種力場(chǎng)(重力場(chǎng)、離心力場(chǎng)、電場(chǎng)或慣性場(chǎng)等重力場(chǎng)、離心力場(chǎng)、電場(chǎng)或慣性場(chǎng)等)中，使顆粒中，使顆粒物與連續(xù)相流體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，沉降到器壁、器底物與連續(xù)相流體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，沉降到器壁、器底或其他沉積表面，從而實(shí)現(xiàn)顆粒物與流體分離?；蚱渌练e表面，從而實(shí)現(xiàn)顆粒物與流體分離。2、沉降類型、沉降類型沉降類型作用力 特 征 重力 離心力 電場(chǎng)力 慣性力 熱運(yùn)動(dòng)沉降速率小，適用于較大顆粒分離適用于不同大小顆粒的分離帶電微細(xì)顆粒（0.1 m）的分離適用于1020 m以上粉塵的分離微細(xì)粒子（0.01 m）的分離 重力沉降 離心沉降 電沉降 慣性沉降 擴(kuò)散沉降二、單顆

6、粒的幾何特性參數(shù)236pppdAdV比表面積(單位體積顆粒具有的表面積)1 1、形狀規(guī)則的球形顆粒：、形狀規(guī)則的球形顆粒：ppdVAa6體積表面積式中：式中：dp球形顆粒直徑，球形顆粒直徑，m；A球形顆粒表面積，球形顆粒表面積，m2；Vp球形顆粒體積，球形顆粒體積，m3；a顆粒比表面積，顆粒比表面積，m2/m3。非球形顆粒用兩個(gè)參數(shù)確定其特性，即球形度和非球形顆粒用兩個(gè)參數(shù)確定其特性，即球形度和當(dāng)量直徑。當(dāng)量直徑。2、形狀不規(guī)則的顆粒：、形狀不規(guī)則的顆粒：(1) (1) 顆粒的當(dāng)量直徑顆粒的當(dāng)量直徑工程中常將非球形顆粒以某種工程中常將非球形顆粒以某種“當(dāng)量當(dāng)量”的球形的球形顆粒來代替，使非球形

7、顆粒的某種特性與球形顆粒顆粒來代替，使非球形顆粒的某種特性與球形顆粒等效，這種顆粒的直徑為當(dāng)量直徑，當(dāng)量直徑表示等效，這種顆粒的直徑為當(dāng)量直徑，當(dāng)量直徑表示非球形顆粒的大小。非球形顆粒的大小。adAdVdeaeSpeV663等體積當(dāng)量直徑等體積當(dāng)量直徑等表面積當(dāng)量直徑等表面積當(dāng)量直徑等比表面積當(dāng)量直徑等比表面積當(dāng)量直徑顆粒的球形度又稱形狀系數(shù)，表示顆粒形狀與球形顆粒的球形度又稱形狀系數(shù)，表示顆粒形狀與球形的差異。定義的差異。定義: :與該顆粒體積相等的球體表面積除以與該顆粒體積相等的球體表面積除以顆粒的表面積，顆粒的表面積，(2) 球形度球形度12非球形顆粒表面積的球形顆粒表面積與非球形顆粒體

8、積相同eSeVdd(3) 非球形顆粒的特性非球形顆粒的特性 2eV3eV6dAdVpeV6daeVeSddeVeadd三、流體阻力與阻力系數(shù)三、流體阻力與阻力系數(shù) 某一顆粒在不可壓縮連續(xù)流體中運(yùn)動(dòng)，受到流體的阻某一顆粒在不可壓縮連續(xù)流體中運(yùn)動(dòng)，受到流體的阻力，該阻力由兩部分組成：力，該阻力由兩部分組成：形狀阻力和摩擦阻力形狀阻力和摩擦阻力。 流體阻力方向與顆粒物運(yùn)動(dòng)方向相反，其大小與流體流體阻力方向與顆粒物運(yùn)動(dòng)方向相反，其大小與流體和顆粒物之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和顆粒物之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度u u、流體密度、流體密度 、黏度、黏度 以及顆粒大小、形狀有關(guān)。以及顆粒大小、形狀有關(guān)。球形顆粒的流體阻力方程

9、：球形顆粒的流體阻力方程： DP()Cf Re PPudRe 顆粒的雷諾數(shù)顆粒的雷諾數(shù) AP：顆粒的投影面積：顆粒的投影面積CD：阻力系數(shù)，雷諾數(shù)的函數(shù)。：阻力系數(shù)，雷諾數(shù)的函數(shù)。2DDP2uFC A 2Pd4pA (1) 簡(jiǎn)述沉降分離的原理、類型和各類型的主要特征。簡(jiǎn)述沉降分離的原理、類型和各類型的主要特征。(2) 簡(jiǎn)要說明環(huán)境工程領(lǐng)域哪些處理單元涉及沉降分離簡(jiǎn)要說明環(huán)境工程領(lǐng)域哪些處理單元涉及沉降分離過程。過程。(3) 顆粒和流體的哪些性質(zhì)會(huì)影響到顆粒所受到的流體顆粒和流體的哪些性質(zhì)會(huì)影響到顆粒所受到的流體阻力，怎么影響。阻力，怎么影響。本節(jié)思考題本節(jié)思考題第一節(jié) 沉降分離的基本概念 一、

10、重力場(chǎng)中顆粒的沉降過程一、重力場(chǎng)中顆粒的沉降過程 二、沉降速度的計(jì)算二、沉降速度的計(jì)算三、沉降分離設(shè)備三、沉降分離設(shè)備主要內(nèi)容主要內(nèi)容第二節(jié) 重力沉降掌握重力沉降速度的計(jì)算方法和重掌握重力沉降速度的計(jì)算方法和重力沉降分離設(shè)備的結(jié)構(gòu)與工作原理。力沉降分離設(shè)備的結(jié)構(gòu)與工作原理。 一、重力場(chǎng)中顆粒的沉降過程一、重力場(chǎng)中顆粒的沉降過程 設(shè)球形顆粒粒徑為設(shè)球形顆粒粒徑為dP、密度、密度p；流體密度；流體密度 2DDP2uFC A3bP6Fdg3gPP6Fdg重力沉降重力沉降利用分散物質(zhì)與分散介質(zhì)的密度差利用分散物質(zhì)與分散介質(zhì)的密度差顆粒沉降的瞬間，阻力顆粒沉降的瞬間，阻力FD為為0；沉降后，阻力隨速度的

11、增；沉降后，阻力隨速度的增加而增大，速度達(dá)到某一值加而增大，速度達(dá)到某一值ut時(shí)，阻力、浮力與重力平時(shí)，阻力、浮力與重力平衡，衡，F(xiàn) = 0，顆粒做勻速沉降運(yùn)動(dòng)。，顆粒做勻速沉降運(yùn)動(dòng)。DbgFFFF2332tPPPDP()06642udgdgCd 1沉降速度沉降速度 2阻力系數(shù)阻力系數(shù) ut顆粒終端沉降速度顆粒終端沉降速度PPtD4()3d guC 根據(jù)實(shí)驗(yàn)，阻力根據(jù)實(shí)驗(yàn)，阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系如圖所示。關(guān)系如圖所示。 24ReDpC 3DpFud 層流區(qū)：層流區(qū)：-斯托克斯阻力定律斯托克斯阻力定律斯托克斯定律區(qū)斯托克斯定律區(qū)CD-Re關(guān)系曲線關(guān)系曲線CDRe層流區(qū)層流區(qū)過渡區(qū)過

12、渡區(qū)湍流區(qū)湍流區(qū)2Re p6 .0Re5 .18pDC44. 0DC32Re10p3510Re2 10p 過渡區(qū)：過渡區(qū)：湍流區(qū)：湍流區(qū)：艾侖定律區(qū)艾侖定律區(qū) 牛頓定律區(qū)牛頓定律區(qū) 3、顆粒的沉降速度、顆粒的沉降速度球形顆粒在相應(yīng)各區(qū)的沉降速度公式，即球形顆粒在相應(yīng)各區(qū)的沉降速度公式，即 2118ptpugd 0.6()Re0.27ppptgdu ()1.74pptgdu 2Re p310Re2p53102Re10p層流區(qū)：層流區(qū)：過渡區(qū)：過渡區(qū)：湍流區(qū)：湍流區(qū)：-斯托克斯公式斯托克斯公式-艾倫艾倫公式公式-牛頓公式牛頓公式對(duì)一定流體體系，顆粒沉降速度只與粒徑有關(guān)。根據(jù)對(duì)一定流體體系，顆粒沉降

13、速度只與粒徑有關(guān)。根據(jù)顆粒粒徑求沉降速度，也可根據(jù)沉降速度求顆粒粒徑顆粒粒徑求沉降速度，也可根據(jù)沉降速度求顆粒粒徑二、沉降速度的計(jì)算1、試差法、試差法在給定介質(zhì)中顆粒沉降速度可用以下計(jì)算方法：在給定介質(zhì)中顆粒沉降速度可用以下計(jì)算方法：ut Rep Rep2 Rep2 求ut2、摩擦數(shù)群法、摩擦數(shù)群法18p2pgdutudppRe CD與與ReP關(guān)系曲線中，由于兩坐標(biāo)都含有未知數(shù)關(guān)系曲線中，由于兩坐標(biāo)都含有未知數(shù)ut， 進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)換，使其兩坐標(biāo)之一變成不包含進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)換，使其兩坐標(biāo)之一變成不包含ut的已知的已知數(shù)群，則可以直接求解數(shù)群，則可以直接求解ut。 圖所示。如標(biāo)系中，作圖，標(biāo)繪在雙對(duì)數(shù)坐

14、以 ReRe3)(43)(4ReReRe3)(43)(4223222222222222ppDpptptppDtpptpptppDDpptCgdudugdCududugdCCgdu由顆粒直徑和其他參由顆粒直徑和其他參數(shù)，計(jì)算摩擦數(shù)群。數(shù)，計(jì)算摩擦數(shù)群。 由由CDRep2-ReP關(guān)系曲關(guān)系曲線，查相應(yīng)的線，查相應(yīng)的ReP值。值。 如何由如何由ut計(jì)算計(jì)算dp？ 由顆粒直徑計(jì)算沉降速度由顆粒直徑計(jì)算沉降速度 根據(jù)根據(jù)ReP定義反算出定義反算出ut PtPReud CDReP1（不包含顆粒直徑的摩擦數(shù)群）（不包含顆粒直徑的摩擦數(shù)群）CDRe2PRePPPPP3PP2()1.74() 1.74 1.74

15、1000ddgRed gK 2PtPPPP3PP2()181() 218dudd gRed g 3、無量綱判據(jù)、無量綱判據(jù)K湍流區(qū)：下限湍流區(qū)：下限ReP=1000 5103 . 3K層流區(qū)：上限層流區(qū)：上限ReP2 用用K判別沉降屬于什么區(qū)域判別沉降屬于什么區(qū)域Kgdpp23)(36218ReKKp作為無量綱判據(jù)，則作為無量綱判據(jù)，則32()ppdgK 已知顆粒直徑已知顆粒直徑dp，求出，求出K，判定沉降所屬區(qū)，直，判定沉降所屬區(qū)，直接選用相應(yīng)公式計(jì)算接選用相應(yīng)公式計(jì)算ut，避免試算。，避免試算。無量綱判據(jù)無量綱判據(jù) K 法總結(jié)：法總結(jié)：gduKgduKgduKpptpptpt)(74. 1

16、103 . 3Re)(27. 0103.36318)( 3650.6p52湍流區(qū)：過渡區(qū)：層流區(qū)：1、計(jì)算、計(jì)算K：三、沉降分離設(shè)備三、沉降分離設(shè)備1、沉淀池、沉淀池水處理中，基于重力沉降原理進(jìn)行固液分離的構(gòu)建水處理中，基于重力沉降原理進(jìn)行固液分離的構(gòu)建物有沉淀物有沉淀( (沙沙) )池，典型的形式是池，典型的形式是平流沉淀平流沉淀(沙沙)池。池。流入流入流出流出排泥排泥浮渣去除槽浮渣去除槽刮泥板刮泥板刮渣板刮渣板行車行車平流沉淀池平流沉淀池2 2、降塵室、降塵室利用重力沉降從氣流中分離出塵粒的設(shè)備。利用重力沉降從氣流中分離出塵粒的設(shè)備。（1）原理：含塵氣體）原理：含塵氣體進(jìn) 入 突 然 擴(kuò)

17、大 的 流進(jìn) 入 突 然 擴(kuò) 大 的 流道道沉降室后，氣速沉降室后，氣速顯著減小，顆粒隨氣顯著減小，顆粒隨氣流有一水平速度流有一水平速度u，同，同時(shí)在重力作用下，以時(shí)在重力作用下，以沉降速度沉降速度ut向下沉降。向下沉降。只要在氣流通過降塵只要在氣流通過降塵室的時(shí)間內(nèi)顆粒能夠室的時(shí)間內(nèi)顆粒能夠降至室底，塵粒便可降至室底，塵粒便可從氣流中分離出來。從氣流中分離出來。 （2 2）沉淀池或降塵室工作過程）沉淀池或降塵室工作過程凈化氣體凈化氣體凈化液體凈化液體含塵氣體含塵氣體含懸浮物液體含懸浮物液體lbuihdc最高點(diǎn)顆粒最高點(diǎn)顆粒沉降至池底時(shí)間沉降至池底時(shí)間 ： thtu沉iVlVtuq停流體通過降

18、塵室時(shí)間流體通過降塵室時(shí)間: 為滿足除塵或懸浮物要求為滿足除塵或懸浮物要求， t停停 t沉沉，即：，即：ttVVuqulbh itlhuu 降塵室使顆粒沉降的條件降塵室使顆粒沉降的條件降塵室生產(chǎn)能力降塵室生產(chǎn)能力 降塵室降塵室生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力理論上理論上正比正比于顆粒的沉降速度于顆粒的沉降速度ut和沉降方向上的截面積、即降塵室底面積和沉降方向上的截面積、即降塵室底面積bl，而與沉，而與沉降室的高度降室的高度h無關(guān)。無關(guān)。 故可將降塵室做成多層，室內(nèi)均勻設(shè)置若干水平故可將降塵室做成多層，室內(nèi)均勻設(shè)置若干水平隔板隔板(間距為間距為40100mm)，構(gòu)成多層降塵室。，構(gòu)成多層降塵室。 多層降塵室生產(chǎn)

19、能力多層降塵室生產(chǎn)能力(n層水平隔板層水平隔板)：qV(n+1)utlb1 )(1nhhbluqVnt隔板間距：取整 同氣速下，裝有橫向隔板的降沉室除塵效果更好。同氣速下，裝有橫向隔板的降沉室除塵效果更好。因?yàn)楦舭彘g基本上保持了相同的流動(dòng)速度，而顆粒因?yàn)楦舭彘g基本上保持了相同的流動(dòng)速度，而顆粒達(dá)到隔板通道底部的沉降距離更短。達(dá)到隔板通道底部的沉降距離更短。 為便于清灰，可將隔板裝成可翻動(dòng)或傾斜式。為便于清灰，可將隔板裝成可翻動(dòng)或傾斜式。1-1-隔板；隔板；2 2、6 6調(diào)節(jié)閘閥；調(diào)節(jié)閘閥；3-3-氣體分配道；氣體分配道；4-4-氣體聚集道；氣體聚集道；5-5-氣道；氣道；7-7-清灰口清灰口（

20、3 3）降塵室的計(jì)算）降塵室的計(jì)算 降塵室降塵室的計(jì)算的計(jì)算 設(shè)計(jì)型設(shè)計(jì)型操作型操作型已知?dú)怏w處理量和除塵要求，求降已知?dú)怏w處理量和除塵要求，求降塵室大小塵室大小用已知尺寸的降塵室處理一定量含用已知尺寸的降塵室處理一定量含塵氣體時(shí)，計(jì)算可以完全除掉的最塵氣體時(shí)，計(jì)算可以完全除掉的最小顆粒的尺寸，或者計(jì)算要求完全小顆粒的尺寸，或者計(jì)算要求完全除去直徑除去直徑dp的塵粒時(shí)所能處理的氣的塵粒時(shí)所能處理的氣體流量。體流量?！纠}例題】采用降塵室回收常壓爐氣中所含固體顆粒，降塵采用降塵室回收常壓爐氣中所含固體顆粒，降塵室底面積室底面積12m2，寬和高均為，寬和高均為2m，爐氣處理量，爐氣處理量3m3/s

21、。操作。操作條件下氣體密度為條件下氣體密度為0.75kg/m3，黏度為，黏度為2.610-5Pas，固體，固體密度為密度為3000kg/m3。求：。求：(1) 理論上能完全捕集下來的最小理論上能完全捕集下來的最小粒徑；粒徑； (2) 粒徑為粒徑為40m顆粒的回收百分率；顆粒的回收百分率；(3) 若完全回若完全回收直徑為收直徑為8m塵粒，對(duì)降塵室應(yīng)作如何改進(jìn)塵粒，對(duì)降塵室應(yīng)作如何改進(jìn)? 解：解：(1)(1)能完全分離出的最小顆粒沉降速度能完全分離出的最小顆粒沉降速度)m( 1 .63)(18mingudpt2455. 0106 . 275. 025. 0101 .63Re56tppud沉降屬層流

22、區(qū)，假設(shè)成立，求得最小顆粒直徑有效。沉降屬層流區(qū)，假設(shè)成立，求得最小顆粒直徑有效。ut=qV/bl=3/12=0.25m/s設(shè)沉降在層流區(qū)，由斯托克斯公式求最小顆粒粒徑設(shè)沉降在層流區(qū)，由斯托克斯公式求最小顆粒粒徑m/s1 . 0106 . 21881. 9)75. 03000()1040(18)(5262gduppt(2) 直徑直徑40m的顆粒必在層流區(qū)沉降，其沉降速度的顆粒必在層流區(qū)沉降，其沉降速度ut設(shè)降塵室入口爐氣均布，在降塵室入口端處于頂部及設(shè)降塵室入口爐氣均布，在降塵室入口端處于頂部及其附近其附近d=40m的塵粒，因其的塵粒，因其ut0.25 m/s，它們隨氣體，它們隨氣體到達(dá)出口時(shí)

23、還沒有沉到底而隨氣體帶出，而入口端處到達(dá)出口時(shí)還沒有沉到底而隨氣體帶出，而入口端處距室底距室底0.8 m以下以下40m的塵粒均能除去，所以的塵粒均能除去，所以40m塵塵粒的除塵效率：粒的除塵效率：=h/h=0.8/2=40%氣體通過降塵室的時(shí)間為：氣體通過降塵室的時(shí)間為： t停停=lbh/qV=122/3 = 8 s理論上直徑理論上直徑40m的顆粒在此時(shí)間內(nèi)沉降高度的顆粒在此時(shí)間內(nèi)沉降高度 h=ut t停停=0.18=0.8 m取取n=49，則隔板間距：，則隔板間距：h=h/(n+1)=2/50=0.04 m因而在原降塵室內(nèi)設(shè)置因而在原降塵室內(nèi)設(shè)置49層隔板理論上可全部回收直層隔板理論上可全部

24、回收直徑為徑為8m顆粒。顆粒。 491005. 01231m/s 005. 0106 . 21881. 9)75. 03000()108(18)(5262tVpptbluqngdu(3) 要完全回收直徑為要完全回收直徑為8m的顆粒，則可在降塵室內(nèi)的顆粒，則可在降塵室內(nèi)設(shè)置水平隔板，使之變?yōu)槎鄬咏祲m室。降塵室內(nèi)設(shè)置水平隔板，使之變?yōu)槎鄬咏祲m室。降塵室內(nèi)隔板層數(shù)隔板層數(shù)n及板間距及板間距h的計(jì)算：的計(jì)算： 間歇沉降槽：間歇沉降槽：通常帶有錐底圓槽，需處理的懸浮液通常帶有錐底圓槽，需處理的懸浮液在槽內(nèi)靜置足夠時(shí)間后，增濃的沉渣由槽底排出，清液在槽內(nèi)靜置足夠時(shí)間后，增濃的沉渣由槽底排出，清液則由槽上部

25、排出管抽出。則由槽上部排出管抽出。 連續(xù)沉降槽：連續(xù)沉降槽：底部略成錐狀的大直徑淺槽，懸浮液底部略成錐狀的大直徑淺槽，懸浮液經(jīng)中央進(jìn)料口送到液面以下經(jīng)中央進(jìn)料口送到液面以下0.3-1.0處，在盡可能減小擾處，在盡可能減小擾動(dòng)的情況下，迅速分散到整個(gè)橫截面上，液體向上流動(dòng)，動(dòng)的情況下，迅速分散到整個(gè)橫截面上，液體向上流動(dòng)，清夜經(jīng)由槽頂端四周的溢流堰連續(xù)流出，稱為溢流；固清夜經(jīng)由槽頂端四周的溢流堰連續(xù)流出，稱為溢流；固體顆粒下沉至底部，槽底有徐徐旋轉(zhuǎn)的耙將沉渣緩慢地體顆粒下沉至底部，槽底有徐徐旋轉(zhuǎn)的耙將沉渣緩慢地聚攏到底部中央的排渣口連續(xù)排出，排出的稠漿稱為底聚攏到底部中央的排渣口連續(xù)排出，排出的

26、稠漿稱為底流。流。3、沉降槽、沉降槽(1) 簡(jiǎn)要分析顆粒在重力沉降過程中的受力情況。簡(jiǎn)要分析顆粒在重力沉降過程中的受力情況。(2) 層流區(qū)顆粒的重力沉降速度主要受哪些因素影響？層流區(qū)顆粒的重力沉降速度主要受哪些因素影響？(3) 影響層流區(qū)和湍流區(qū)顆粒沉降速度的因素有何不同，影響層流區(qū)和湍流區(qū)顆粒沉降速度的因素有何不同，原因何在？原因何在？(4) 流體溫度對(duì)顆粒沉降的主要影響是什么？流體溫度對(duì)顆粒沉降的主要影響是什么？(5) 列出你所知道的環(huán)境工程領(lǐng)域的重力沉降過程。列出你所知道的環(huán)境工程領(lǐng)域的重力沉降過程。(6) 分析說明決定降塵室除塵能力的主要因素是什么。分析說明決定降塵室除塵能力的主要因素

27、是什么。(7) 通過重力沉降過程可以測(cè)定顆粒和流體的哪些物性參通過重力沉降過程可以測(cè)定顆粒和流體的哪些物性參數(shù)，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一些測(cè)定方法。數(shù)，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一些測(cè)定方法。思考題思考題書面作業(yè)：書面作業(yè)：p236,2376.8第三節(jié) 離心沉降 一、離心力場(chǎng)中顆粒沉降分析一、離心力場(chǎng)中顆粒沉降分析 二、旋流器工作原理二、旋流器工作原理三、離心沉降機(jī)工作原理三、離心沉降機(jī)工作原理主要內(nèi)容主要內(nèi)容掌握旋風(fēng)分離器的基本操作原理及其主要分離性能掌握旋風(fēng)分離器的基本操作原理及其主要分離性能指標(biāo)、旋流分離器的工作原理及有關(guān)計(jì)算、離心沉指標(biāo)、旋流分離器的工作原理及有關(guān)計(jì)算、離心沉降機(jī)工作原理及有關(guān)計(jì)算。降機(jī)工作原理及有關(guān)

28、計(jì)算。離心沉降：離心沉降：利用離心力作用實(shí)現(xiàn)顆粒物從流體中沉降分利用離心力作用實(shí)現(xiàn)顆粒物從流體中沉降分離的過程。對(duì)于兩相密度差較小，顆粒較細(xì)的非均相物離的過程。對(duì)于兩相密度差較小，顆粒較細(xì)的非均相物系，在離心力場(chǎng)中可得到較好的分離。通常，氣固非均系，在離心力場(chǎng)中可得到較好的分離。通常，氣固非均相物質(zhì)的離心沉降是在旋風(fēng)分離器中進(jìn)行，液固懸浮物相物質(zhì)的離心沉降是在旋風(fēng)分離器中進(jìn)行，液固懸浮物系的離心沉降可在旋液分離器或離心機(jī)中進(jìn)行。系的離心沉降可在旋液分離器或離心機(jī)中進(jìn)行。力場(chǎng)強(qiáng)度力場(chǎng)強(qiáng)度 重力加速度重力加速度g gut2/R 方向方向指向地心指向地心 沿旋轉(zhuǎn)半徑從中心指向外沿旋轉(zhuǎn)半徑從中心指向外

29、 Fg=mg RumFtC2作用力作用力 重力場(chǎng)重力場(chǎng)離心力場(chǎng)離心力場(chǎng)一、離心力場(chǎng)中的沉降速度 22DDP42uFCd向心力向心力32bP16Fdr 慣性離心力慣性離心力232cPP16Fmrdr 1 1、離心力場(chǎng)中顆粒在徑向的受力情況、離心力場(chǎng)中顆粒在徑向的受力情況 rFcFDFb阻力阻力024 6622pD23p2p3pudCrdrdFcFbFD = 02、離心沉降速度、離心沉降速度utc2PPtcD4()3d ruC 平衡時(shí)顆粒在徑向上相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度平衡時(shí)顆粒在徑向上相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度utc便便是此位置的是此位置的離心沉降速度離心沉降速度。重力沉降重力沉降PPtD4()3d gu

30、C表達(dá)式：表達(dá)式：離心沉降速度與重力沉降速度具有相似的關(guān)系式離心沉降速度與重力沉降速度具有相似的關(guān)系式,區(qū)區(qū)別在于離心加速度別在于離心加速度r2和重力加速度和重力加速度g。數(shù)值上：數(shù)值上：離心沉降速度為絕對(duì)速度在徑向上的分量，隨顆粒離心沉降速度為絕對(duì)速度在徑向上的分量，隨顆粒在離心力場(chǎng)中的位置而變；而重力沉降速度則基本為定值。在離心力場(chǎng)中的位置而變；而重力沉降速度則基本為定值。方向上：離心沉降速度方向徑向向外，顆粒在旋轉(zhuǎn)流體中沿方向上：離心沉降速度方向徑向向外，顆粒在旋轉(zhuǎn)流體中沿著半徑逐漸增大的螺旋形軌道前進(jìn)。著半徑逐漸增大的螺旋形軌道前進(jìn)。 離心沉降速度與重力沉降速度比較離心沉降速度與重力沉

31、降速度比較2crKg3、離心分離因數(shù)、離心分離因數(shù) 同一顆粒在相同介質(zhì)中的離心沉降速度與重力沉降同一顆粒在相同介質(zhì)中的離心沉降速度與重力沉降速度的比值，即離心加速度與重力加速度之比：速度的比值，即離心加速度與重力加速度之比： Kc是離心分離設(shè)備性能的重要指標(biāo)，大小可人為調(diào)節(jié)是離心分離設(shè)備性能的重要指標(biāo)，大小可人為調(diào)節(jié) 某些高速離心機(jī)的分離因數(shù)可高達(dá)數(shù)十萬；旋風(fēng)某些高速離心機(jī)的分離因數(shù)可高達(dá)數(shù)十萬；旋風(fēng)或旋液分離器的分離因數(shù)一般在或旋液分離器的分離因數(shù)一般在52500之間，因此之間，因此對(duì)于一定的懸浮系，采用離心沉降可加快沉降過程。對(duì)于一定的懸浮系，采用離心沉降可加快沉降過程。 二、離心沉降分離

32、設(shè)備二、離心沉降分離設(shè)備 旋流分離器旋流分離器沉降離心機(jī)沉降離心機(jī)特征：特征：設(shè)備靜止、流體旋轉(zhuǎn)設(shè)備靜止、流體旋轉(zhuǎn)特征：特征：機(jī)器帶動(dòng)流體一起旋轉(zhuǎn)機(jī)器帶動(dòng)流體一起旋轉(zhuǎn)旋風(fēng)分離器：旋風(fēng)分離器：用于氣體非均相混合物分離用于氣體非均相混合物分離旋流分離器：旋流分離器：用于液體非均相混合物分離用于液體非均相混合物分離（一）旋風(fēng)分離器（一）旋風(fēng)分離器用途：用途：適用于粒度不小于適用于粒度不小于5m的氣體凈化與顆?；厥詹僮鳎臍怏w凈化與顆?；厥詹僮?，尤其是各種氣尤其是各種氣-固流態(tài)化裝置的尾氣處理。對(duì)顆粒含量高于固流態(tài)化裝置的尾氣處理。對(duì)顆粒含量高于200g/m3的氣體，由于顆粒聚結(jié)作用，甚至能除去的氣體

33、，由于顆粒聚結(jié)作用，甚至能除去3m以下的以下的顆粒；旋風(fēng)分離器還可以從氣流中分離除去霧沫。旋風(fēng)分離顆粒；旋風(fēng)分離器還可以從氣流中分離除去霧沫。旋風(fēng)分離器不適用于處理粘性粉塵、含濕量高的粉塵及腐蝕性粉塵。器不適用于處理粘性粉塵、含濕量高的粉塵及腐蝕性粉塵。 1、旋風(fēng)分離器的、旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)及工作原理及工作原理 含塵氣體含塵氣體凈化氣體凈化氣體塵粒塵粒H2H1h=D/2, B=D/4, D1=D/2, H1=2D, H2=2D,S=D/8,D2=D/4標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器1、旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)及、旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)及工作原理工作原理 通常把下行螺旋形氣流稱為外旋流，上行螺旋形氣流稱為內(nèi)旋

34、通常把下行螺旋形氣流稱為外旋流，上行螺旋形氣流稱為內(nèi)旋流（又稱氣芯），內(nèi)、外旋流氣體的旋轉(zhuǎn)方向相同，外旋流上流（又稱氣芯），內(nèi)、外旋流氣體的旋轉(zhuǎn)方向相同，外旋流上部是主要除塵區(qū)。上行內(nèi)旋流形成低壓氣芯，其壓力低于氣體部是主要除塵區(qū)。上行內(nèi)旋流形成低壓氣芯，其壓力低于氣體出口壓力，要求出口或集塵室密封良好，以防氣體漏入而降低出口壓力，要求出口或集塵室密封良好，以防氣體漏入而降低除塵效果。除塵效果。2、主要分離性能指標(biāo)、主要分離性能指標(biāo)(1) (1) 臨界直徑臨界直徑 臨界直徑是指在旋風(fēng)分離器中能夠從氣體中全臨界直徑是指在旋風(fēng)分離器中能夠從氣體中全部分離出來的部分離出來的最小顆粒的直徑，用最小顆粒

35、的直徑，用d dc c表示，是判斷表示，是判斷旋風(fēng)分離器分離效率高低的重要依據(jù)旋風(fēng)分離器分離效率高低的重要依據(jù)為便于分析，對(duì)氣體和顆粒在筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)作如下假設(shè)：為便于分析，對(duì)氣體和顆粒在筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)作如下假設(shè)： 氣體進(jìn)入旋風(fēng)分離器后，規(guī)則地在筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)氣體進(jìn)入旋風(fēng)分離器后，規(guī)則地在筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)N圈后圈后進(jìn)入排氣筒，旋轉(zhuǎn)的平均切線速度等于入口氣體速進(jìn)入排氣筒，旋轉(zhuǎn)的平均切線速度等于入口氣體速度度ui。 顆粒在筒內(nèi)與氣體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為層流。顆粒在筒內(nèi)與氣體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為層流。 顆粒在沉降過程中所穿過的氣流最大厚度等于進(jìn)氣顆粒在沉降過程中所穿過的氣流最大厚度等于進(jìn)氣口寬度口寬度B。 根據(jù)顆粒離心沉降速度方

36、程式，假設(shè)氣體密度根據(jù)顆粒離心沉降速度方程式，假設(shè)氣體密度 顆顆粒密度粒密度 P，相應(yīng)于臨界直徑，相應(yīng)于臨界直徑dc的的顆粒沉降速度顆粒沉降速度為：為： 2222PciPtmPm11818d uurdr根據(jù)假設(shè)，顆粒根據(jù)假設(shè)，顆粒最大沉降時(shí)間最大沉降時(shí)間為：為： m22tcP18ir BBtudu沉若氣體進(jìn)入排氣管之前在筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為若氣體進(jìn)入排氣管之前在筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為N，則運(yùn)，則運(yùn)行的距離為行的距離為2 rmN，故氣體在筒內(nèi)的停留時(shí)間為，故氣體在筒內(nèi)的停留時(shí)間為 mi2r Ntu停令t沉=t停，得： ciP9BduN臨界粒徑的表達(dá)式臨界粒徑的表達(dá)式標(biāo)準(zhǔn)型：標(biāo)準(zhǔn)型：N N = 5= 5一般型：

37、一般型：N N = 0.53.0= 0.53.0可見，可見，dc 隨隨B而而，分離效率隨分離器尺寸，分離效率隨分離器尺寸而而，所，所以，當(dāng)氣體處理量很大時(shí)，常將苦干個(gè)小尺寸的旋風(fēng)以，當(dāng)氣體處理量很大時(shí)，常將苦干個(gè)小尺寸的旋風(fēng)分離器并聯(lián)使用（稱為旋風(fēng)分離器組）以維持較好的分離器并聯(lián)使用（稱為旋風(fēng)分離器組）以維持較好的除塵效果。除塵效果。0miixxi為粒徑為粒徑di顆粒占總顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顆粒占總顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1201100粒級(jí)效率：粒級(jí)效率：表示進(jìn)入旋風(fēng)分離器粒徑為表示進(jìn)入旋風(fēng)分離器粒徑為d di i的顆粒被的顆粒被分離下來的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。分離下來的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 i1i2ii1100(2) (2)

38、分離效率分離效率 1， 2分別為旋風(fēng)分離器入分別為旋風(fēng)分離器入口和出口氣體的總含塵量口和出口氣體的總含塵量總效率：總效率：指進(jìn)入旋風(fēng)分離器的全部粉塵中被分離下指進(jìn)入旋風(fēng)分離器的全部粉塵中被分離下 來的粉塵質(zhì)量分?jǐn)?shù)。來的粉塵質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 i1， i2為粒徑為粒徑di顆粒在旋風(fēng)分顆粒在旋風(fēng)分離器入口和出口氣體中的含量離器入口和出口氣體中的含量總效率總效率表示旋風(fēng)分離器總除塵效果，不能準(zhǔn)確代表分離表示旋風(fēng)分離器總除塵效果，不能準(zhǔn)確代表分離效率。效率。粒級(jí)效率粒級(jí)效率能準(zhǔn)確地表示旋風(fēng)分離器的分離效率。能準(zhǔn)確地表示旋風(fēng)分離器的分離效率。粒級(jí)效率與顆粒直徑的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱為粒級(jí)效率與顆粒直徑的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱為粒級(jí)效

39、率曲線，粒級(jí)效率曲線，通通過實(shí)測(cè)進(jìn)、出氣流中所含塵粒的濃度及粒度分布獲得。過實(shí)測(cè)進(jìn)、出氣流中所含塵粒的濃度及粒度分布獲得。如圖，臨界粒徑為如圖，臨界粒徑為10m。理論上凡直徑大于。理論上凡直徑大于10m顆粒顆粒的粒級(jí)效率應(yīng)為的粒級(jí)效率應(yīng)為100%，小于，小于10m顆粒的粒級(jí)效率應(yīng)顆粒的粒級(jí)效率應(yīng)為零，圖中折線為零，圖中折線obcd。實(shí)測(cè)的粒級(jí)效率曲線，直徑實(shí)測(cè)的粒級(jí)效率曲線，直徑小于小于10m的顆粒也有可觀的的顆粒也有可觀的分離效果，而直徑大于分離效果，而直徑大于dc的的顆粒還有部分未被分離下來。顆粒還有部分未被分離下來。有些直徑有些直徑dc的顆粒受氣體渦流影響的顆粒受氣體渦流影響沒達(dá)到器壁，

40、即使沉到器壁也會(huì)被重新?lián)P起而帶走。沒達(dá)到器壁，即使沉到器壁也會(huì)被重新?lián)P起而帶走。p5027. 0iuDd工程上常采用工程上常采用分割直徑分割直徑 d50（粒級(jí)效率為（粒級(jí)效率為50%的顆粒直的顆粒直徑）評(píng)價(jià)旋風(fēng)分離器的性能。徑）評(píng)價(jià)旋風(fēng)分離器的性能。標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器：標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器：PV型粗旋風(fēng)分離器型粗旋風(fēng)分離器PV型外置旋風(fēng)分離器型外置旋風(fēng)分離器PV型單級(jí)旋風(fēng)分離器型單級(jí)旋風(fēng)分離器PV型一、二級(jí)型一、二級(jí) 旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器特點(diǎn)：特點(diǎn)： 形狀細(xì)長(zhǎng)，直徑小，形狀細(xì)長(zhǎng)，直徑小，圓錐部分長(zhǎng)，有利于顆圓錐部分長(zhǎng)，有利于顆粒分離。粒分離。 中心經(jīng)常有一個(gè)處中心經(jīng)常有一個(gè)處于負(fù)壓的氣柱，有利于于負(fù)壓的

41、氣柱，有利于提高分離效果。提高分離效果。 （二）旋流分離器（二）旋流分離器結(jié)構(gòu)和原理與旋風(fēng)分離器類似。結(jié)構(gòu)和原理與旋風(fēng)分離器類似。 水處理中水處理中旋流分離器又稱為水力旋流器旋流分離器又稱為水力旋流器，用于高，用于高濁水泥沙的分離、暴雨徑流泥沙分離、礦廠廢水礦渣濁水泥沙的分離、暴雨徑流泥沙分離、礦廠廢水礦渣的分離等。的分離等。三、離心沉降機(jī)工作原理三、離心沉降機(jī)工作原理 根據(jù)離心沉降機(jī)的分離因素根據(jù)離心沉降機(jī)的分離因素Kc的大小，離心機(jī)可分為：的大小，離心機(jī)可分為：常速離心機(jī)：常速離心機(jī)：Kc3000 高速離心機(jī)：高速離心機(jī)：3000Kc50000離心機(jī)是利用慣性離心力分離非均相混合物的機(jī)械，

42、離心機(jī)是利用慣性離心力分離非均相混合物的機(jī)械，與旋液分離器的主要區(qū)別在于離心力是由設(shè)備（轉(zhuǎn)與旋液分離器的主要區(qū)別在于離心力是由設(shè)備（轉(zhuǎn)鼓）本身旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生，故可用來分離用一般方法難鼓）本身旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生，故可用來分離用一般方法難于分離的懸浮液或乳濁液。于分離的懸浮液或乳濁液。離心機(jī)工作原理示意圖離心機(jī)工作原理示意圖 r2rr1hui懸浮液懸浮液看書：看書：p231p231ui22cPt()dd18drurt22cP18d()drtdr 222cP118ln()rtdr 沉2221i()Vrrhhtuq停2c222P21118ln()()Vqrdhrrr操作方式：操作方式：間歇操作與連續(xù)操作；間歇操作與連續(xù)操作；還可根據(jù)轉(zhuǎn)鼓軸線還可根據(jù)轉(zhuǎn)鼓軸線的方向分為的方向分為立式與臥式。立式與臥式。常用于處理粒度常用于處理粒度540mm、固液、固液密度差大于密度差大于0.05g/cm3、固含量小、固含量小于于10% 。主要用于泥漿脫水和。主要用于泥漿脫水和從廢液中回收固體。從廢液中回收固體。 可處理粒度可處理粒度25mm，固含，固含量小于量小于 10%50%，固液密，固液密度差大于度差大于 0.05g/cm3 懸浮液。懸浮液。臥式螺旋卸料離心機(jī)示意圖臥式螺旋卸料離心機(jī)示意圖 碟式離心機(jī)碟式離心機(jī)噴