固液分离技术5沉降分离概要.ppt

Chapter 5 沉降分离 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。 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区。 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 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： 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 ①凯奇（kynch）沉降模型 1951年凯奇引入了特征浓度（characteristic concentration）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)·tX·A，而该量应该等于筒中全部的固体量 即： MSX·(ux+vx)·tX·A= H0 MS0A 由图5-2可知，向下的沉降速度为曲线的斜率，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 MSX·HZ=MS0·H0 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； ②T-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 MSX·HZ=MS0·H0= 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