冶金設(shè)備課程設(shè)計(jì)說明書-沉降槽

1、一、沉降槽概念1沉降原理 在重力作用下，由于固體與液體的密度差，固體沉于底部，清液從槽上部沿周邊溢流排出。最適合于處理固液密度差比較大，固體含量不太高，而處理量比較大的懸浮液。2沉降目的 濃縮：目的是將懸浮液增稠 澄清：從比較稀的懸浮中除去少量的懸浮物3沉降設(shè)備 （1）間歇式沉降槽：完成間歇沉降操作的設(shè)備.特點(diǎn)是清液和沉渣是經(jīng)過一段時(shí)間后才能產(chǎn)出。 （2）連續(xù)沉降槽：保持沉降槽內(nèi)的各個(gè)區(qū)域，即連續(xù)加入懸浮液，并連續(xù)產(chǎn)生清液和沉渣的沉降槽。4液固分離方法 固相顆粒分散在液體中所形成的物系稱作懸浮液。將分散的粉粒聚集并與液體分離的操作，稱為液固分離，其方法有重力沉降、離心沉降和過濾等。 重力沉降適

2、于處理固、液相密度差比較大，固體含量不太高，而處理量比較大的懸浮液。工業(yè)上的沉降操作一般分為濃縮和澄清兩大類。前者主要是為了將懸浮液增稠，后者主要是為了從比較稀的懸浮液中除去少量懸浮物，用于濃縮操作的設(shè)備稱為增稠器，又叫沉降槽；用于澄清操作的設(shè)備稱為澄清槽。5干擾沉降 工業(yè)上，懸浮液中固體含量較高，顆粒的沉降多屬于干擾沉降。干擾沉降情況與自由沉降有明顯區(qū)別： （1）干擾沉降時(shí)，每個(gè)顆粒因受到附近顆粒的干擾，故受到比自由沉降時(shí)更大的阻力； （2）干擾沉降中，大顆粒是相對于小顆粒的懸浮體進(jìn)行沉降，所以介質(zhì)的有效密度和有效粘度都大于純凈液體，有斯托克斯公式可知，d、p，一定時(shí)，介質(zhì)的密度與粘度越大，

3、沉降速度便越小。因此，大顆粒在有小顆粒存在的懸浮液中的沉降速度，比在澄清液中速度?。?（3）干擾沉降中，懸浮液中的小顆粒有被沉降較快的大顆粒向下拖拽的趨勢。即小顆粒在懸浮液中沉降速度比在澄清液中速度大。 總之，干擾沉降時(shí)，懸浮液中大顆粒的沉降速度減慢而小顆粒加快。實(shí)驗(yàn)表明，對于粒度差別不超過6:1的懸浮液，所有粒子都以大體相同的速度沉降。懸浮液的沉降過程，可以通過間歇沉降試驗(yàn)來觀測，實(shí)驗(yàn)中可取得的表觀沉降速度與懸浮液濃度的關(guān)系，以及沉降濃度與壓緊時(shí)間的關(guān)系數(shù)據(jù)。6沉降槽 生產(chǎn)中普遍應(yīng)用是單層連續(xù)沉降槽，是一個(gè)底部稍帶錐形的大直徑圓筒形槽。料漿經(jīng)中央下料筒送至液面以下0.31米出，即要插到懸浮液

4、區(qū)。清液由槽壁頂端周圈上的溢流堰連續(xù)流出，稱為溢流。顆粒下沉，沉渣由緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的耙集中到底部中央的卸渣口排出，稱為底流。 在連續(xù)沉降槽中，上部的懸浮液很稀，顆粒的沉降速度快，而底部的密度和濃度都很高，雖然每一個(gè)顆粒的沉降終速很小，但單位時(shí)間單位面積上固體顆粒通過的總量要比槽的中部的多，因此，在連續(xù)沉降過程中，會出現(xiàn)一個(gè)質(zhì)量速率為最小值的平面，它對沉降槽固體的產(chǎn)量起控制作用，稱為極限平面。7影響沉降速度的因素 （1）干擾沉降； （2）端效應(yīng)； （3）分子運(yùn)動(dòng)； （4）顆粒形狀的影響； （5）連續(xù)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)。二、沉降槽的設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)要求車間年產(chǎn)量為50萬噸氧化鋁。反向洗滌，即往最后一個(gè)洗滌沉降槽內(nèi)加熱水

5、，而往其他洗滌沉降槽內(nèi)加下一次洗滌的洗水。每生產(chǎn)1噸氧化鋁，進(jìn)入分離沉降槽的稀釋后溶出漿液重量是17518.03 kg，其中，鋁酸鈉溶液為16668.92 kg，鋁酸鈉溶液苛性比ak=1.5，鋁酸鈉溶液中含有：Al2O3 2305.55 kg，Na2Ok(苛性堿)2032.30 kg，Na2OC(碳酸鈉)142.62 kg，CO2 124.74 kg，H2O 12063.54 kg。整個(gè)分離沉降槽系統(tǒng)的料漿溫度均不低于95 。去稀釋的一次洗液帶有6208.46 kg H2O。每生產(chǎn)1噸氧化鋁，赤泥中未洗凈的Na2OT(苛性堿與碳酸堿濃度之和)不應(yīng)超過4.5 kg(Al2O3同樣不能超

6、過4.5 kg)。（年生產(chǎn)天數(shù)335天）根據(jù)以上條件，查閱相關(guān)資料，設(shè)計(jì)一個(gè)拜耳法年產(chǎn)50萬噸氧化鋁的高效深錐沉降槽。依據(jù)設(shè)備選型與整機(jī)尺寸計(jì)算，撰寫設(shè)計(jì)說明書，進(jìn)行整體布局，并用CAD等畫出設(shè)計(jì)圖，按比例標(biāo)明相應(yīng)的計(jì)算尺寸。表（1）用于計(jì)算沉降槽的數(shù)據(jù)2設(shè)計(jì)計(jì)算沉降槽分離沉降槽一級洗滌沉降槽二級洗滌沉降槽三級洗滌沉降槽固液比3.02.852.72.5溢流速度/m·s-10.400.380.400.42 （1）洗滌次數(shù)的計(jì)算 赤泥漿液流量：50000017518.0333524=1089429.73 kg/h 由冶金計(jì)算可知，分離沉降槽底流固含流量為36608 kg/h（考慮返料量）

7、。一級洗滌、二級洗滌、和三級洗滌的固含流量與分離沉降槽的一樣。清液流量：50000016668.9233524=1036624.39 kg/h 1）假設(shè)采用3次洗滌 進(jìn)水量計(jì)算：沉降時(shí)水的蒸發(fā)量=16668.920.326%=54.34 kg；16668.92kg鋁酸鈉溶液中固含=16668.920.200%=33.34 kg；又損失0.05 kg，則這三項(xiàng)合計(jì)87.73 kg； 每生產(chǎn)一噸氧化鋁沉降槽產(chǎn)出赤泥量=17518.03-16668.92-87.73=761.38 kg 來自分離沉降槽的液固比為3.0的底流帶入水量=3.0761.38=2284.14 kg 加入到最后一臺洗滌沉降槽的

8、水量設(shè)為x kg，總計(jì)為（2284.14+x）kg 耗水量計(jì)算： 液固比為2.5的棄赤泥帶走的液量=761.382.5=1903.45 kg 送稀釋的一次洗液帶走的液量=6639.55 kg 總計(jì)：6639.55+1903.45=8543 kg 由進(jìn)水量與耗水量相等可得： 2284.14+x=8543 x=6258.86kg=6.259 t 可見，生產(chǎn)1 t氧化鋁需要在第3臺洗滌沉降槽內(nèi)加入6.259 t水。 驗(yàn)算洗滌次數(shù) 從分離沉降槽排入第1臺洗滌沉降槽的底流量 G沉=761.383.0=2284.14kg=2.284 t 從第1臺洗滌沉降槽排入第2臺洗滌沉降槽的底流量 G1=761.382

9、.85=2169.93kg=2.170 t 從第2臺洗滌沉降槽排入第3臺洗滌沉降槽的底流量 G2=761.382.7=2.056 t 從第3臺洗滌沉降槽（即隨赤泥）排出的溶液量 G3=761.382.5=1.903 t 根據(jù)每臺洗滌沉降槽的液相平衡方程計(jì)算溢流量，其液相平衡方程為： 用于第3臺洗滌沉降槽的溢流量 S3=x+G2-G3=6.259+2.056-1.903=6.412 t 用于第2臺洗滌沉降槽的溢流量 S2=S3+G1-G2=6.412+2.170-2.056=6.526 t 用于第1臺洗滌沉降槽的溢流量 S1=S2+G沉-G1=6.526+2.284-2.170=6.64 t 進(jìn)

10、入第2臺洗滌沉降槽的泥漿和溢流合量 G3+S1=1.903+6.64=8.543 t 采用三次洗滌是每臺洗滌沉降槽中Na2Ot濃度計(jì)算 計(jì)算按照1噸溶液進(jìn)行。 每臺洗滌沉降槽中Na2Ot濃度：C沉、C1、C2、C3 C沉=（2032.5+140.62）/16668.92=0.130 堿平衡方程： G沉C沉+S2C2=S1C1+G1C1即2.2840.130+6.526C2=8.81C1 G1C1+S3C3=S2C2+G2C2 即2.17C1+6.412C3=8.582C2 G2C2+x0=S3C3+G3C3 即2.056C2=8.316C3 解得C3=0.00336 G3C3=0.006394

11、 t=6.394 kg 生產(chǎn)一噸氧化鋁得損失Na2Ot約為6.394 kg4.5 kg，所以三級洗滌沉降槽不符合要求。 2）假設(shè)采用四次洗滌表（2）用于計(jì)算沉降槽的數(shù)據(jù)沉降槽分離沉降槽一級洗滌沉降槽二級洗滌沉降槽三級洗滌沉降槽四級洗滌沉降槽固液比3.02.8752.752.6252.5溢流速度/m·s-10.400.400.400.400.40 驗(yàn)算洗滌次數(shù) 從分離沉降槽排入第1臺洗滌沉降槽G沉=761.383=2.284 t 從第1臺帶入第2臺： G1=761.382.875=2.189 t 從第2臺帶入第3臺： G2=761.382.75=2.094 t 從第3臺帶入第4臺： G

12、3=761.382.625=1.999 t 從第4臺帶入赤泥堆積廠： G4=761.382.5=1.903 t 根據(jù)每臺洗滌沉降槽的液相平衡方程計(jì)算，其平衡方程為： 用于第4臺洗滌沉降槽：S4=x+G3-G4=6.355 t 用于第3臺洗滌沉降槽：S3=S4+G2-G3=6.45 t 用于第2臺洗滌沉降槽：S2=S3+G1-G2=6.545 t用于第1臺洗滌沉降槽：S1=S2+G沉-G1=6.64 t采用四次洗滌是每臺洗滌沉降槽中Na2Ot濃度計(jì)算 計(jì)算按照1噸溶液進(jìn)行，每臺洗滌沉降槽中Na2Ot濃度：C沉、C1、C2、C3 、C4 堿平衡方程： G沉C沉+S2C2=S1C1+G1C1 即2.

13、2840.130+6.545C2=8.829C1 G1C1+S3C3=S2C2+G2C2 即2.189C1+6.45C3=8.639C2 G2C2+S4C4=S3C3+G3C3 即2.094C2+6.355C4=8.449C3 G3C3+x0=S4C4+G4C4 即1.999C3=8.258C4 故C3=4.131C4，C2=13.633C4，C1=41.631C4，C4=0.001067 G4C4 =2.031 kg 生產(chǎn)一噸氧化鋁得損失Na2Ot約為2.031 kg4.5 kg，所以四級洗滌沉降槽符合要求，假設(shè)合理。 Al2O3濃度 同理，為濃度 =2305.55/16668.92=0.1

14、38 =0.04713，=0.01543，=0.004676，=0.001132 （2）溶液濃度計(jì)算 Na2Oc所占比例=142.62/（462.62+2032.3）100%=6.56% Na2Ok所占比例=1-6.56%93.44%表（3）由此得出洗滌沉降槽各組分濃度（%）洗滌沉降槽1234Na2OT4.4421.4550.44080.1067Na2Ok4.1511.3600.4190.0997Na2Oc0.29140.09540.02890.0070Al2O34.7131.5430.46760.1132式中：a，NcAl2O3和Na2Oc的濃度，%； 苛性鈉溶液密度，； 代入數(shù)據(jù)得 第1臺

15、洗滌沉降槽： =1.086+（1.097-1.086）（4.442-4.325）/(5.10-4.325)=1.088 g/cm3 =1.088+0.009×4.713+0.00425×0.2914=1.132 g/cm3 第2臺洗滌沉降槽： =1.027+(1.102-1.091) （1.445-0.929）/（1.704-0.929）=1.034 g/cm3 =1.034+0.0091.543+0.004250.0954=1.048 g/cm3 由推知其余各臺洗滌沉降槽中溶液近似為1.000 . （3）沉降槽主要尺寸計(jì)算 1）沉降槽面積計(jì)算。沉降槽的面積采用下式計(jì)算：式

16、中：沉降槽的面積，； ，沉降槽進(jìn)出漿液固液比；沉降槽流出液占流入液的比例，根據(jù)漿液的可沉降性在0.20.5之間取值，在此取0.4；沉降槽流出液的密度，；a，NcAl2O3和Na2Oc的濃度，%； 苛性鈉溶液密度， =1.187+0.0091.383+0.004250.853=1.315 g/cm3 每生產(chǎn)1噸氧化鋁產(chǎn)出赤泥761.38 kg， 每天赤泥量，=0.76138500000/335=1136.39 t/d 每小時(shí) =1136.39/24=47.35 t/h =16668.92/761.38=21.89，=3.0 F沉=0.0417（21.89-3）47.35/（1.3150.4）=7

17、0.91 m2 分離沉降槽利用系數(shù)=0.95時(shí)，必需的沉降面積為 F沉=70.91/0.95=74.64 計(jì)算得洗滌沉降槽 =11.60，=11.35 =11.10，=10.85 洗滌沉降槽利用系數(shù)=0.98 =0.0417（11.60-2.875）47.35/（0.41.1320.98）=38.82 m2 =0.0417（11.35-2. 75）47.35/（0.41.0480.98）=41.33 m2 =0.0417（11.10-2.625）47.35/（0.41.0000.98）=42.69 m2 =0.0417（10. 85-2. 5）47.35/（0.41.0000.98）=42.0

18、6 m2 = 9.75，取=10 m = 7.03 m = 7.25 m =7.37 m =7.32 m 所以4臺洗滌沉降槽直徑取8 m，另外，生產(chǎn)中需要備用一臺。共記5臺直徑8 m的洗滌沉降槽。1臺直徑10 m的分離沉降槽。 2）沉降槽高度 沉降槽高度可按壓縮區(qū)的容積等于底流體積流量與壓縮時(shí)間的乘積求得，即 m式中：槽的壓緊區(qū)高度，m； 沉降槽的固相處理量，； 礦漿在槽內(nèi)的停留時(shí)間，； 沉降槽的面積，； 底流密度，； 清液密度，； 清液與底液的流比。 大型沉降槽的清液區(qū)高度，加料區(qū)高度和過渡區(qū)高度按經(jīng)驗(yàn)取值，通常為0.51 m。 則槽的總高度為： =3.78+0.5+0.5+0.5=5.28

19、 m故取高度為6 m 3）溢流堰 其尺寸通常按經(jīng)驗(yàn)取值，溢流堰截面尺寸為300 mm300 mm。 4）排泥口 通常按經(jīng)驗(yàn)取值，排泥口截面尺寸為 400 mm。 5）錐角 錐角一般取2030°，此次設(shè)計(jì)取26° （4）熱損失的計(jì)算 按照經(jīng)驗(yàn)觀點(diǎn)，單層沉降槽的外表面積是沉降面積的2.73.0倍，此處取2.7，則 m2 m2 混合槽的直徑設(shè)為：D=4 m；H=6 m, 此時(shí)，S混=3.14D（H+D/2）=3.143(6+4/2)=100.48 S總=S沉+4S洗+4S混 =78.52.7+450.242.7+4100.48 =1156.46 根據(jù)實(shí)踐數(shù)據(jù)設(shè)飼料箱和溢流箱以及礦

20、漿管道的表面積，占分離沉降槽、洗滌沉降槽和混合槽總表面積的6.5。 則S總=1.0651156.46=1231.63 ，取1232 。 設(shè)=95 ，=25 ，那么無保溫時(shí)： a總=4.2（8+0.05 ）=53.55 kJ/cm2·h· Q=53.551232(95-25)=4.62 106 kJ/h 其中： 分離沉降槽： kJ/h 洗滌沉降槽： kJ/h 混合槽： kJ/h 管道： kJ/h 保溫效率取90，則熱損失為： kJ/h， kJ/h， kJ/h， kJ/h， kJ/h 此種情況下生產(chǎn)1噸氧化鋁得單位熱損失（氧化鋁每小時(shí)產(chǎn)能是500000/(33524)=62.1

21、9噸）是： kJ/h kJ/h kJ/h kJ/h kJ/h 礦漿因外界熱損失的溫度降低， 生產(chǎn)1噸氧化鋁，進(jìn)入沉降和洗滌系統(tǒng)的物料量： 進(jìn)入分離沉降槽： 稀釋漿液帶入的鋁酸鈉溶液：16668.92 干赤泥：761.38 進(jìn)入洗滌沉降槽 ： 濃縮漿液帶入的鋁酸鈉溶液：2284.41 干赤泥：761.38 熱水：6258.86 溶液、赤泥和水的熱容分別為：3.65，0.90，4.2 kJ/（kg·） 則C沉=16668.923.65+761.380.9=61526.8 KJ/ C洗=2284.413.65+761.380.9+6258.864.2=35310.6 KJ/ 則各部分的溫度降低值為： 分離沉降槽： 洗滌沉降槽： 混合槽： 管道： 所以總的溫度降為：0.021+0.092 +0.069+0.013=0.195 因此，為使系統(tǒng)中所有地點(diǎn)的赤泥漿液的溫度均不低于95 ，要求加入分離沉降槽的稀釋料漿溫度保持在100 ，而加入洗滌系統(tǒng)的熱水溫度應(yīng)為9697 。三、工作原理1工作原理：沉降槽的中央下料筒插入到懸浮液區(qū)，待分離的懸浮液（料漿）經(jīng)中央下料筒送到液面以下0.1-1.0 m處，在盡可能減小擾動(dòng)的條件下，迅速分散到整個(gè)橫截面上，液體向上流動(dòng)，清液經(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