固液分离技术5沉降分离

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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。Chapter5沉降分离www.whut.edu.com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。www

2、.whut.edu.com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。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；www.whut.edu.com5.1.2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

3、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，呈现出干涉沉降的特征，故称为干涉沉降区。www.whut.edu.com5.1.2.2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

4、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）。www.whut.edu.com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

5、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。www.whut.edu.comB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（characteristicconcentration）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(MS

6、X)t（式5-4）表示。www.whut.edu.com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。www.whut.edu.com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

7、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。www.whut.edu.com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H0MS0A。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=H0MS0A由图5-2可知，向下的沉降速度为曲线的斜率，即vX=(HZ-HX)/tX向上的扩散速度为uX=HX/tX综合以

8、上公式可以得出MSX·HZ=MS0·H0凯奇第三定律www.whut.edu.com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；