固液分离技术5沉降分离.ppt
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1、,5.1 沉降分离的理论 5.1.1 概述 根据固体颗粒所受到力场的不同,沉降可以分为重力沉降和离心沉降。 例:重力除尘过程中,气体从降尘室入口流向出口,气体中的粉尘颗粒随气体向出口流动,同时向下沉降。,Chapter 5 沉降分离,,固液分离中的,重力沉降是利用固体与液体的密度差,颗粒受自身重力作用沉降,使悬浮液分为澄清液和浓浆,最终达到固液分离目的。 在沉降过程中,不仅较粗粒级容易沉降,而且微细物料可以通过凝聚或絮凝也能够达到较好的沉降效果。 离心沉降是利用固液两相的密度差,将分散在悬浮液中的固相颗粒于离心力场中进行固液分离。,,如图所示,在浓密机中进行沉降浓缩时,整个作业空间可以分为五个
2、区。,A区为澄清区: 得到的澄清液作为溢流产物从溢流堰排出;,B区为自由沉降区: 需要浓缩的悬浮液(给料)首先进入B区,固体颗粒依靠自重迅速沉降,进入压缩区D;,压缩区D: 在该区,悬浮液中的固体颗粒已经形成较紧密的絮团,沉降继续进行,但其速度已较缓慢;,,5.1.2 重力浓缩理论及浓密机的计算 5.1.2.1 重力浓缩过程,E区为浓缩物区: 设有旋转刮板(该区的一部分呈浅锥形表面),浓缩物中的水分在刮板的挤压作用下渗出,悬浮液浓度进一步提高,最终由浓密机底口排出,成为浓密机的底流产品;,自由沉降区B和压缩区D之间,有一个过渡区C,此区中,部分颗粒由于自重作用沉降,部分颗粒则受到密集颗粒的阻碍
3、,呈现出干涉沉降的特征,故称为干涉沉降区。,,5.1.2.2 重力浓缩模型 可以分为静态模型和动态模型两类。主要讨论静态模型。 A 科-克来文杰(coe-clevenger)稳态沉降模型(简称C-C模型)及C-C法 1916年,科-克来文杰提出了浓密机稳态沉降模型,主要论点是:,1)自由沉降区的浓度等于进入浓密机的悬浮液的初始浓度; 即B区固体浓度等于进料悬浮液中固体的浓度。,2) 在自由沉降区内颗粒呈群体以相同速度沉降,称之为区域沉降,以区别于两相流中的固体颗粒的自由沉降;,3 )区域沉降的特点是区内每一个截面均以同一速度下降,同一层的颗粒应当以同一速度下降,而且各层均相同;,4 )悬浮液在
4、自由沉降区(B区)的沉降速度只是该区浓度的函数,而与颗粒大小、密度无关(一般可通过沉降试验获得)。,,科-克来文杰通过推算,得出 令 称为浓密机的固体通量(单位面积上的固体质量流量),则有 上式就称为科-克来文杰方程式,用于计算浓密机面积时称为C-C法。 采用C-C法计算浓密机面积时,需要做一系列不同浓度的悬浮液的沉降试验,浓度范围在浓密机的给料和底流浓度之间。 该方程可以用于计算浓密机的面积,但一般结果偏小。,,B 凯奇(kynch)沉降模型及T-F法、奥特曼(oltmann)法 凯奇(kynch)沉降模型 1951年凯奇引入了特征浓度(characteristic concentratio
5、n)的概念。 在悬浮液中固体颗粒沉降过程中,一定发生浓度分层,下层的高浓度浆体必定向上层低浓度层进行扩散,其扩散速度为浓度的函数,每个浓度均有其相应的扩散速度,凯奇把这种浓度称为特征浓度。 把特征浓度向上扩散的轨迹,即随时间的变化线称为特征浓度线。可用H=u(MSX)t(式5-4)表示。,,因为每个浓度均有其相应的扩散速度,所以每条特征浓度线都是直线。 当初始料浆浓度较稀时,特征浓度线可以认为是类似oD的一条直线。因为扩散现象实际上自悬浮液开始沉降便已出现,所以每条特征浓度线均发出于沉降曲线的原点,即H=0处,且特征浓度线上的每一点的悬浮液浓度均相等。如图5-2。,,由左图中可以看出,D点为自
6、由沉降与干涉沉降的分界点,P点为干涉沉降与压缩区的分界点,U点以后为底流浓度。 在沉降过程中,速度限制层首先在底部形成,再逐渐向上推移,因此速度限制层是向上扩散的。所以悬浮液在沉降过程中存在着一个向上的流速和一个向下的沉速,其相对速度为两者的代数和。,,假设沉降筒的横截面积为A,悬浮液高度为H0,初始浓度为MS0,则筒中固体总质量为H0 MS0A。 在沉降中,速度限制层逐渐向上扩散,假设它一直扩散到沉降层界面,所需要的时间为tX,此时,通过该层的固体量应为 MSX(ux+vx)tXA,而该量应该等于筒中全部的固体量 即: MSX(ux+vx)tXA= H0 MS0A 由图5-2可知,向下的沉降
7、速度为曲线的斜率,即 v X=(HZ-HX)/tX 向上的扩散速度为 uX=HX/tX 综合以上公式可以得出 MSXHZ=MS0H0 凯奇第三定律,,凯奇第三定律表明: 1)在沉降筒的任何一个截面处,其浓度可由凯奇第三定律公式求出;,3)该公式考虑了在浓缩过程中底部高浓度料浆层向上扩展的影响,故更符合实际,有利于评估浓密机的实际生产能力。,2)在DP之间的过渡区内,浓度为MSX的悬浮液,其沉降速度 可由图5-2上x点的切线斜率求出,即 x=(Hz-Hx)/ tX,而不需要做沉降试验;,,T-F法 塔尔梅奇(Talmage)和菲奇(Fitch) 1955年推导出专门用于计算浓密机面积的公式,该方
8、法称为T-F法。 推导过程如下:设浓密机的底流浓度为Msu,相应的沉积层高度为Hu,由凯奇第三定律可有 MSXHZ=MS0H0= Msu Hu (5-6) 上式全部取倒数,则有 (5-7) 综合公式(5-3)(5-7),有 (5-8) 其中,“-”表示固体通量方向向下。 浓密机的单位处理量所需沉降面积Asp(比单位面积)为 (5-9) 由于Asp是标量,故在式前加“-”符号。,,T-F法 1)先做任一浓度的该悬浮液的静态沉降试验,根据试验数据作出静态沉降曲线,如图5-3所示。 2)从曲线找到压缩点P(一般通过直接观察或作对数曲线图)。 3)过压缩点P作曲线的切线。 假设要求浓密机底流浓度为Ms
9、u,可根据式(5-6)计算出Hu值,在沉降曲线上作直线H=Hu,与过压缩点P切线交于M(tu,Hu),便可根据式(5-9)及浓密机的生产能力,计算浓密机的面积。,优点:是只需要做一次静态沉降试验,根据沉降曲线,就可以求出Asp值。 缺点:是常常低估浓密机的处理能力,在实际设计中造成基建投资增加;并且当压缩点P不明显时难以应用。,,奥特曼(oltmann)法 针对T-F法的缺点,奥特曼对此作了改进,即取沉降曲线上直线H0P与底流浓度线H=Hu的交点N的横坐标tu作为浓缩时间(如图5-3所示)。计算时将(5-9)中的tu以 tu代替即可。,奥特曼(oltmann)法会高估浓密机的处理能力,因而计算
10、出的浓密机面积偏小,要乘以一个大于1的安全系数修正。,,5.1.3 浓密机参数的计算 5.1.3.1 浓密机深度H的计算 耙式浓密机深度H等于 H=H1+H2+H3+H4 其中H1澄清区高度,m;H2自由沉降区高度,m;H3压缩区高度,m;H4浓缩物区高度,m; 过渡区高度通常不单独考虑。 一般,澄清区高度在0.50.8m,自由沉降区高度0.30.6m。 H3= Vslt3=(1+R) t3/(slAsp) 浓缩区(锥底部分)高度H4可由下式计算 H4=Dtan1/2 一般情况下,不需要计算浓密机深度,因为浓密机深度都已经有定型系列。通过公式计算深度H可以作为复核检验的依据。,,课堂作业 下图
11、为某浓密机中料浆的沉降模型曲线,浓密机的底流口排出浓缩料浆的体积为10m3时,其中的固体质量为150kg, 浓缩料浆在压缩区内的密度为2500kg/m3, 澄清区高度为0.6m, 浓密机的比单位面积 为3.14m2,直径为2m, 锥底倾角30, 求浓密机的深度。,,解:浓密机深度H=H1+H2+H3+H4 (1分) 已知:H1=0.6m; SL=2500kg/m3; Asp=3.14m2;D=2m; =30 ; 由图中可知H2=0.6m;tU=120s;tP=70s;(2分) 根据料浆的体积为10m3时,其中的固体质量为150kg,浓缩料浆在压缩区内的密度为2500kg/m3;可以得出料浆的液
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- 分离 技术 沉降
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