環(huán)境工程原理第06章_沉降

1、第第 II 篇篇分離過(guò)程原理分離過(guò)程原理混合體系 自然界是混合體系。在生活和生產(chǎn)過(guò)程中常常會(huì)遇到對(duì)混合體系中的物質(zhì)進(jìn)行分離的問(wèn)題。 在環(huán)境污染防治領(lǐng)域，研究對(duì)象都是混合體系（非均相和均相）第第II篇篇 分離過(guò)程原理分離過(guò)程原理問(wèn)題的出現(xiàn)？ 將污染物與污染介質(zhì)或其他污染物分離開(kāi)來(lái)，從而達(dá)到去除污染物或回收利用的目的。 如在給水處理中需要從水源水中分離去除各種濁度物質(zhì)、細(xì)菌等。 在廢氣凈化中，也需要分離廢氣中的粉塵等。 分離在環(huán)境污染防治中的作用第第II篇篇 分離過(guò)程原理分離過(guò)程原理 機(jī)械分離：非均相混合體系（兩相以上所組成的混合物） 傳質(zhì)分離：均相混合體系 平衡分離過(guò)程（借助分離媒介，如溶劑或吸

2、附劑等，使均相混合體系變成兩相系統(tǒng)） 速率分離過(guò)程（在某種推動(dòng)力下，利用各組分?jǐn)U散速率的差異實(shí)現(xiàn)組分分離）分離過(guò)程的分類(lèi)？第第II篇篇 分離過(guò)程原理分離過(guò)程原理第六章 沉降第七章 過(guò)濾第八章 吸收第九章 吸附第十章 其他分離過(guò)程第第II篇篇 分離過(guò)程原理分離過(guò)程原理本篇的主要內(nèi)容第六章 沉 降 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（不講）本章主要內(nèi)容第一節(jié) 沉降分離的基本概念 一、沉降分離的一般原理和類(lèi)型二、流體阻力與阻力系數(shù)本節(jié)的主要內(nèi)容一、沉降分離的一般原理和類(lèi)型 相對(duì)運(yùn)動(dòng)流體：液體氣體固體顆粒物液珠重力場(chǎng)離心力場(chǎng)電場(chǎng)慣性力場(chǎng)沉降表面：器

3、底、器壁或其他表面重力沉降離心沉降電沉降慣性沉降擴(kuò)散沉降第一節(jié) 沉降分離的基本概念 二、流體阻力與阻力系數(shù) 當(dāng)某一顆粒在不可壓縮的連續(xù)流體中做穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，顆粒會(huì)受到來(lái)自流體的阻力。 該阻力由兩部分組成：形狀阻力和摩擦阻力。 流體阻力的方向與顆粒物在流體中運(yùn)動(dòng)的方向相反，其大小與流體和顆粒物之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度u、流體的密度、黏度以及顆粒物的大小、形狀有關(guān)。 對(duì)于非球形顆粒物，這種關(guān)系非常復(fù)雜。 第一節(jié) 沉降分離的基本概念 對(duì)于球形顆粒，流體阻力的計(jì)算方程： (Re )DPCfPPudRe顆粒的雷諾數(shù) CD:阻力系數(shù)，是雷諾數(shù)的函數(shù)。AP：顆粒的投影面積第一節(jié) 沉降分離的基本概念 22DDPuFC

4、 A（6.1.10）（6.1.11）層流區(qū)層流區(qū)過(guò)渡區(qū)過(guò)渡區(qū)湍流區(qū)湍流區(qū)第一節(jié) 沉降分離的基本概念 一、重力場(chǎng)中顆粒的沉降過(guò)程 二、沉降速度的計(jì)算三、沉降分離設(shè)備本節(jié)的主要內(nèi)容第二節(jié) 重力沉降一、重力場(chǎng)中顆粒的沉降過(guò)程 浮力Fb重力Fg假設(shè)球形顆粒粒徑為dP、質(zhì)量為m。沉速如何計(jì)算？ 阻力（曳力）FD22uACFPDD第二節(jié) 重力沉降gdFPb36（6.2.2）gdFPPg36（6.2.1）dtdumFFbg根據(jù)牛頓第二定律，顆粒將產(chǎn)生向下運(yùn)行的加速度 （6.2.3）達(dá)到平衡時(shí)：0DbgFFF0)2(4662233tPDPPPudCgdgdut顆粒終端沉降速度（terminal velocit

5、y） （1）層流區(qū)：ReP2 CD=24/ReP DPPtCgdu3)(4(6.2.5)第二節(jié) 重力沉降2181PPtgdu斯托克斯（Stokes）公式 (6.2.6)（2）過(guò)渡區(qū)：2ReP103 6 . 0Re)(27. 0PPPtgdu艾侖(Allen)公式 PPtgdu)(74. 1（3）湍流區(qū)：103ReP2105 CD = 0.44牛頓（Newton）公式 6 . 0Re5 .18PDC第二節(jié) 重力沉降（6.2.7）（6.2.8） 了解影響顆粒沉速的因素（顆粒粒徑） 在已知的顆粒粒徑條件下求沉降速度 由顆粒沉降速度求顆粒粒徑水處理中的沉降實(shí)驗(yàn) 由顆粒沉降速度求液體黏度 落球法測(cè)定黏度

6、上述式子有何意義？第二節(jié) 重力沉降1.試差法 假設(shè)沉降屬于某一區(qū)域計(jì)算顆粒沉速按求出的顆粒沉降速度ut計(jì)算ReP，驗(yàn)證ReP是否在所屬的假設(shè)區(qū)域。如果在，假設(shè)正確；否則，需要重新假設(shè)和試算。2. 磨擦數(shù)群法 3. 無(wú)因次判據(jù)K二、沉降速度的計(jì)算第二節(jié) 重力沉降第二節(jié) 重力沉降水處理：平流沉淀池氣凈化：降塵室三、沉降分離設(shè)備第二節(jié) 重力沉降凈化氣體凈化液體含塵氣體含懸浮物液體uilbh沉淀池或降塵室的生產(chǎn)能力dc位于沉淀池（降塵室）最高點(diǎn)的顆粒沉降至池底需要的時(shí)間為 ： 流體通過(guò)沉淀池（降塵室）的時(shí)間為: 為滿(mǎn)足除塵或懸浮物要求， t停t沉即：tVtVuqu lbh流體中直徑為dc的顆粒完全去除

7、的條件。 第二節(jié) 重力沉降thtu沉ivlVtuq停 降塵室的生產(chǎn)能力只與降塵室的沉降面積bl和顆粒的沉降速度ut有關(guān)，而與降塵室的高度無(wú)關(guān)。 斜板沉淀池 第二節(jié) 重力沉降結(jié)論 例：例：擬采用降塵室除去常壓爐氣中的球形塵粒。降塵室的寬和長(zhǎng)分別為2m和6m,氣體處理量為1標(biāo)m3/s，爐氣溫度為427，相應(yīng)的密度=0.5kg/m3，粘度=3.410-5Pa.s，固體密度S=4000kg/m3操作條件下，規(guī)定氣體速度不大于0.5m/s，試求：1降塵室的總高度H，m；2理論上能完全分離下來(lái)的最小顆粒尺寸；3. 粒徑為40m的顆粒的回收百分率；4. 欲使粒徑為10m的顆粒完全分離下來(lái)，需在降塵室內(nèi)設(shè)置幾

8、層水平隔板？第二節(jié) 重力沉降解：解：1）降塵室的總高度HsmtVVS/564. 2273427273127327330buVHS5 . 02564. 2m564. 22）理論上能完全除去的最小顆粒尺寸 blVustsm/214. 062564. 2用試差法由ut求dmin。假設(shè)沉降在斯托克斯區(qū) 第二節(jié) 重力沉降gudst18min807. 95 . 04000214. 0104 . 3185m51078. 5核算沉降流型 1182. 01014. 35 . 0214. 01078. 5Re55ttdu原假設(shè)正確 3、粒徑為40m的顆粒的回收百分率粒徑為40m的顆粒定在滯流區(qū) ，其沉降速度smg

9、dust/103. 0104 . 318807. 95 . 040001040185262第二節(jié) 重力沉降氣體通過(guò)降沉室的時(shí)間為： suHt12214. 0564. 2直徑為40m的顆粒在12s內(nèi)的沉降高度為： muHt234. 112103. 0 假設(shè)顆粒在降塵室入口處的爐氣中是均勻分布的，則顆粒在降塵室內(nèi)的沉降高度與降塵室高度之比約等于該尺寸顆粒被分離下來(lái)的百分率。直徑為40m的顆粒被回收的百分率為： %13.48%100564. 2234. 1HH第二節(jié) 重力沉降4、水平隔板層數(shù) 由規(guī)定需要完全除去的最小粒徑求沉降速度， 再由生產(chǎn)能力和底面積求得多層降塵室的水平隔板層數(shù)。 粒徑為10m的

10、顆粒的沉降必在滯流區(qū)， smgdust/1041. 6104 . 318807. 95 . 0400010118362521tSbluVn1104 . 662564. 233 .32取33層 板間距為 1nHhm0754. 0133564. 2第二節(jié) 重力沉降第三節(jié) 離心沉降 一、離心力場(chǎng)中顆粒的沉降分析 二、旋流器工作原理三、離心沉降機(jī)工作原理（不講）本節(jié)的主要內(nèi)容一、離心力場(chǎng)中顆粒的沉降分析 r顆粒與流體之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，顆粒還會(huì)受到來(lái)自流體的阻力（曳力）FD的作用。 CD與Re有關(guān) 2242DDPuFCd第三節(jié) 離心沉降 浮力(向心力)Fb2361rdFPb（6.3.2）慣性離心力Fc2

11、3261rdmrFPPc（6.3.1）如果這三項(xiàng)力能達(dá)到平衡du/dt=0 重力沉降DPPtCgdu3)(4 沉降方向不是向下，而是向外，即背離旋轉(zhuǎn)中心。 由于離心力隨旋轉(zhuǎn)半徑而變化，致使離心沉降速度也隨粒徑所處的位置而變。 離心沉降速度在數(shù)值上遠(yuǎn)大于重力沉降速度。23221()642cbDPPDPFFFFudrCddumdt（6.3.3）DPPtcCrdu3)(42顆粒在此位置上的離心沉降速度： （6.3.4）第三節(jié) 離心沉降 離心加速度與重力加速度的比值（離心分離因素）Kc grKc2大小可以人為調(diào)節(jié)離心沉降分離設(shè)備有兩種型式：旋流器和離心沉降機(jī)旋流器的特點(diǎn)：設(shè)備靜止，流體在設(shè)備中作旋轉(zhuǎn)運(yùn)行而產(chǎn)生離心作用。Kc 一般在幾十?dāng)?shù)百離心沉降機(jī)的特點(diǎn)：裝有液體混合物的設(shè)備本身高速旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)液體一起旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生離心作用。Kc可以高達(dá)數(shù)十萬(wàn)。 第三節(jié) 離心沉降 （6.3.5）旋風(fēng)分離器：用于氣體非均相混合物分離旋流分離器：用于液體非均相混合物分離（一）旋風(fēng)分離器 旋風(fēng)分離器在工業(yè)上的應(yīng)用已有近百年的歷史。旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，在環(huán)境工程領(lǐng)域也應(yīng)用廣泛。在大氣污染控制工程中，作為一種常用的除塵裝置，主要用于去除大氣中的粉塵，常稱(chēng)為旋風(fēng)除塵器。 二、旋流器工作原理第三節(jié) 離心沉降 第三節(jié) 離心沉降 基本操作原理 ui 旋風(fēng)分離器中的慣性離心力是由氣體進(jìn)入口