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固液分离技术5沉降分离选编
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
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