环境工程原理：6.沉降(2).ppt

第六章 沉 降 净化气体净化液体含尘气体含悬浮物液体uilbh沉淀池或降尘室工作过程示意图dc位于沉淀池（降尘室）最高点的颗粒沉降至池底需要的时间为 ：                                          流体通过沉淀池（降尘室）的时间为:  为满足除尘或悬浮物要求， t停t沉即：流体中直径为dc的颗粒完全去除的条件 第二节 重力沉降第二节 重力沉降6.7 降尘室是从气体中除去固体颗粒的重力沉降设备，气体通过降尘室具有一定的停留时间，若在这个时间内颗粒沉到室底，就可以从气体中去除，如图所示现在用降尘室分离气体中的粉尘（密度为4500kg/m3），操作条件是：气体流量为6m3/s，密度为0.6kg/m3，粘度为3.0×10-5Pa·s，降尘室高2m，宽2m，长5m求能被完全去除的最小尘粒的直径       含尘气体净化气体vut降尘室第二节 重力沉降解：设降尘室长为L，宽为B，高为H，则颗粒的停留时间为沉降时间为                  ，当             时，颗粒可以从气体中完全去除                   对应的是能够去除的最小颗粒，即因为                      ，所以                                            m/s      假设沉降在层流去，应用斯托克斯公式，得                                                                                                                     m               μm检验雷诺数                                                                 在层流区。

所以可以去除的最小颗粒直径为85.7μmv气体通过降尘室的速度不应过高，一般应保证气体流动的雷诺准数处于层流状态，气速过高会干扰颗粒的沉降或将已沉降的颗粒重新扬起一般降尘室内气体速度应不大于3m/s，具体数值应根据要求除去的颗粒大小而定，对于易扬起的粉尘（如淀粉、炭黑等），气体速度应低于1m/s1）降尘室的设计要求：）降尘室的设计要求：v被处理的含尘气体中的颗粒大小不均，沉降速度ut应根据需完全分离的最小颗粒尺寸计算第二节 重力沉降（（2）降尘室的适用特点：）降尘室的适用特点：v降尘室结构简单，流体阻力小，但体积庞大，分离效率低，通常只适用于分离粒度大于50 mm的粗粒，一般作为预除尘使用v多层降尘室虽能分离较细的颗粒且节省占地面积，但清灰比较麻烦第二节 重力沉降   由以上计算知，直径为40 μ m的颗粒的沉降必定在滞流区，其沉降速度可用斯托克斯公式计算   假设颗粒在降尘室入口处的炉气中是均匀分布的，则颗粒在降尘室内的沉降高度与降尘室高度之比约等于该尺寸颗粒被分离下来的百分率      由于各种尺寸颗粒在降尘室内的停留时间均相同，故40μm颗粒的回收率也可用其沉降速度u't与69.1μm颗粒的沉降速度ut之比来确定，在斯托克斯定律区则为即33.54％ （2）粒径为40μm的颗粒回收百分率第二节 重力沉降（3）欲完全回收直径为10μm的颗粒应设置的水平隔板数•从以上计算知，直径为10μm的颗粒的沉降在滞流区内，故m/s 第二节 重力沉降ü沉降槽又称为增浓器和澄清器，利用重力沉降分离悬浮液的设备。

ü沉降槽可间歇操作也可连续操作ü在沉降槽的增浓段中，大都发生颗粒的干扰沉降，所进行的过程称为沉聚过程 2 2．沉降槽．沉降槽第二节 重力沉降沉降过程：沉降过程： 第一阶段：沉降槽上部，颗粒浓度低，近似自由沉降；　　第二阶段：沉降槽下部，颗粒浓度大，属于干扰沉降沉降速度：沉降速度：通常由实验来确定 第二节 重力沉降•利用不同粒径或不同密度的颗粒在流体中的沉降速度不同这一原理来实现它们的分离的设备称为分级器•密度相同、粒径不同的两种颗粒•密度不同、粒径相同的两种颗粒•密度、粒径均不同的a、b两种颗粒3 3 分级器分级器 第二节 重力沉降1、颗粒的沉降速度、颗粒的沉降速度一．重力沉降分离一．重力沉降分离小结小结第二节 重力沉降沉降速度的计算方法：沉降速度的计算方法：（（1）试差法）试差法 先假设流型 计算ut 检验（（2）无因次判别因子）无因次判别因子（（3）摩擦数群法）摩擦数群法：：求求u ut t查出得查出得查出得查出得ReReReRet t t t：：：：求d:查出得查出得查出得查出得ReReReRet t t t：：：：第二节 重力沉降理论上，沉降室的生产面积只与其沉降面积bl及颗粒的沉降速度Ut有关，而与降尘室的高度H无关（（1）单层降尘室）单层降尘室2、重力沉降设备、重力沉降设备第二节 重力沉降一般应保证气体流动的雷诺准数处于层流状态（Re≤2100），（（2）多层降尘室）多层降尘室ü利用重力沉降可将悬浮液中不同粒度的颗粒进行粗略的分离，ü将两种不同密度的颗粒进行分类。

3）沉降槽）沉降槽第二节 重力沉降（（4）） 分级器分级器 沉降槽又称为增浓器和澄清器，利用重力沉降分离悬浮液的设备(1)简要分析颗粒在重力沉降过程中的受力情况2)层流区颗粒的重力沉降速度主要受哪些因素影响3)影响层流区和湍流区颗粒沉降速度的因素有何不同，原因何在4)列出你所知道的环境工程领域的重力沉降过程5)分析说明决定降尘室除尘能力的主要因素是什么6)介绍下计算沉降速度的几种方法本节思考题第二节 重力沉降第三节 离心沉降 一、离心力场中颗粒的沉降分析 二、旋流器工作原理三、离心沉降机工作原理本节的主要内容第三节 离心沉降 将流体置于离心立场中，依靠离心力的作用来实现颗粒物从流体中沉降分离的过程称为离心沉降旋流器：设备静止，流体在设备         中旋转运行而产生离心作用，         可用于气体和液体非均相混         合物的分离离心沉降机：通常用于液体非均         相混合物的分离，其特点是         装有液体混合物的设备本身         高速旋转并带动液体一起旋          转，从而产生离心作用旋风分离器旋流分离器气体液体分为两大类一、离心力场中颗粒的沉降分析  r颗粒与流体之间产生相对运动，颗粒还会受到来自流体的阻力（曳力）FD的作用。

……CD与Re有关 第三节 离心沉降 浮力(向心力)Fb惯性离心力Fc如果这三项力能达到平衡du/dt=0 重力沉降•  沉降方向不是向下，而是向外，即背离旋转中心•  由于离心力随旋转半径而变化，致使离心沉降速度也随粒径所处的位置而变•  离心沉降速度在数值上远大于重力沉降速度颗粒在此位置上的离心沉降速度： （6.3.4）第三节 离心沉降 离心加速度与重力加速度的比值（离心分离因素）Kc 大小可以人为调节离心沉降分离设备有两种型式：旋流器和离心沉降机旋流器的特点：设备静止，流体在设备中作旋转运行而产生离心作用Kc 一般在几十～数百离心沉降机的特点：装有液体混合物的设备本身高速旋转并带动液体一起旋转，从而产生离心作用Kc可以高达数十万 第三节 离心沉降 （6.3.5）•旋风分离器：用于气体非均相混合物分离•旋流分离器：用于液体非均相混合物分离（一）旋风分离器 •旋风分离器在工业上的应用已有近百年的历史•旋风分离器结构简单、操作方便，在环境工程领域也应用广泛•在大气污染控制工程中，作为一种常用的除尘装置，主要用于去除大气中的粉尘，常称为旋风除尘器 二、旋流器工作原理第三节 离心沉降 第三节 离心沉降 1. 基本操作原理 ui旋风分离器中的惯性离心力是由气体进入口的切向速度ui产生的。

 离心加速度为rm2＝ui2/rm，其中rm为平均旋转半径分离因数为：其大小为5～2500，一般可分离气体中直径为5～75m的粉尘  外圆筒外圆筒内圆筒内圆筒锥形筒锥形筒切向入口切向入口关风器关风器(防止空气进入防止空气进入)含尘气体含尘气体固相固相净化气体净化气体外螺旋外螺旋内螺旋内螺旋DB 气体在旋风分离器内的运动情况气体在旋风分离器内的运动情况Ø   把下行的螺旋形气流称为外旋流，上行的螺旋形气流称为内旋流(又称气芯)Ø外旋流的上部分是主要除尘器Ø上行的内旋流形成低压气芯，其压力低于气体出口压力，要求出口或集尘室密封良好，以防气体漏入而降低除尘效果第三节 离心沉降 2. 主要分离性能指标表示旋风分离器的分离性能的主要指标有临界直径和分离效率1) 临界直径临界直径是指在旋风分离器中能够从气体中全部分离出来的最小颗粒的直径，用dc表示 为分析简单，对气体和颗粒在筒内的运动作如下假设： ①气体进入旋风分离器后，规则地在筒内旋转N圈后进入排气筒，旋转的平均切线速度等于入口气体速度ui ②颗粒在筒内与气体之间的相对运动为层流 ③颗粒在沉降过程中所穿过的气流最大厚度等于进气口宽度B   第三节 离心沉降 根据颗粒离心沉降速度方程式，假设气体密度<<颗粒密度P，相应于临界直径dc的颗粒沉降速度为： 根据假设③，颗粒最大沉降时间为： 第三节 离心沉降 （6.3.7）若气体进入排气管之前在筒内旋转圈数为N，则运行的距离为2rmN，故气体在筒内的停留时间为 一般旋风分离器以圆筒直径D为参数，其它参数与D成比例，B=D/4。

D增加，dc增大，分离效率减少第三节 离心沉降 令t沉=t停，得： 〖讨论〗〖讨论〗nD↑D↑，，B=D/4↑B=D/4↑，，d dC C↑↑，，η↓η↓ 故故设设备备尺尺寸寸不不能能太太大大，，当当气气体体处处理理量量大大时时，，使使用用若若干干小小尺尺寸旋风分离器并联使用，以维持较高的分离效率寸旋风分离器并联使用，以维持较高的分离效率nu ui i↑↑，，d dC C↓↓，，η↑η↑ 说说明明提提高高进进口口气气速速可可提提高高分分离离效效率率，，但但进进口口阻阻力力增增加加，，同同时湍流状况增大，易带起灰尘，所以一般不采用此法时湍流状况增大，易带起灰尘，所以一般不采用此法n 上式中只要给出合适的上式中只要给出合适的NeNe值，即可计算值，即可计算d dC C 一般情况：一般情况：Ne=0.5Ne=0.5－－3.03.0；； 标准型：标准型：Ne=5.0Ne=5.0第三节 离心沉降 (2) 分离效率①总效率：指进入旋风分离器的全部粉尘中被分离下来的粉尘的质量分率1，  2分别为旋风分离器入口和出口气体中的总含尘量  （6.3.10）第三节 离心沉降 总效率表示旋风分离器的分离效果，总的除尘效果。

但并不能准确地代表旋风分离器的分离效率总效率相同的两台旋风分离器，其分离性能却可能相差很大②②分效率分效率(粒级效率粒级效率) ηi•按各种粒度分别表明其被分离下来的质量百分率即：按各种粒度分别表明其被分离下来的质量百分率即： 式中：式中：  1i1i、、  2i2i－－粒径为粒径为d di i的颗粒在旋风分离器进口、出口气体的颗粒在旋风分离器进口、出口气体中的含尘浓度，中的含尘浓度，g/mg/m3 3粒级效率更能准确地表示旋风分离器的分离效率 分效率的表示方法：分效率的表示方法： η ηo o～～d di i曲线曲线 称粒级效率曲线称粒级效率曲线 第三节 离心沉降 第三节 离心沉降  实际上上：：ddc的的颗粒粒也有部分未被分离下来其原因：也有部分未被分离下来其原因： nd

度nd>dc的的颗粒粒因因受受气气体体涡流流的的影影响响而而未未到到达达壁壁面面，，或或者者沉沉降降后后又被气流重新卷起而又被气流重新卷起而带走￿ ￿有时把旋风分离器的粒级效率绘成dp/d50的函数曲线d50是粒级效率为50%时的颗粒直径，称为分割粒径对于标准旋风分离器来说，d50可用下式计算：第三节 离心沉降 ③总效率与粒级效率之间的关系：xi为粒径di的颗粒占总颗粒的质量分率 第三节 离心沉降 a. 直入切向进入式直入切向进入式 b. 蜗壳切向进入式蜗壳切向进入式 c. 轴向进入式轴向进入式旋旋风除除尘器器类型型1 1、进气方式分、进气方式分                        切向进入式切向进入式轴向进入式轴向进入式第三节 离心沉降 螺旋面进口：结构复杂，设计制造不方便螺旋面进口：结构复杂，设计制造不方便蜗壳形进口：结构简单，减小阻力蜗壳形进口：结构简单，减小阻力第三节 离心沉降 轴向进口：常用于多管式旋风分离器轴向进口：常用于多管式旋风分离器第三节 离心沉降 2 2、按除尘效率和处理风量分：、按除尘效率和处理风量分： 高效旋高效旋风除除尘器器高流量旋高流量旋风除除尘器器通用旋通用旋风除除尘器器筒筒体体直直径径较较小小（（<900mm）），，效效率率高高：：>95%。

K=6~13.5直直径径较较大大（（1.2~3.6m1.2~3.6m）），，处处理理流流量量大大除除尘尘效效率率：：50~80%50~80%K<3K<3K=4~6，， 除除 尘尘 效效 率率 ：：80~90%相对截面比（相对截面比（K K）：）： 筒体截面面积和进气口截面面积之比筒体截面面积和进气口截面面积之比第三节 离心沉降 3、按结构形式分：、按结构形式分： 由由多多个个相相同同构构造造形形状状和和尺尺寸寸的的小小型型旋旋风风除除尘尘器器（（又又叫叫旋旋风风子子））组组合合在在一一个个壳壳体体内内并并联联使使用用具具有有处理风量大处理风量大, , 除尘效率较高的特点除尘效率较高的特点1 1）多管旋风除尘器）多管旋风除尘器）多管旋风除尘器）多管旋风除尘器 多多管管旋旋风风除除尘尘器器第三节 离心沉降  设设有有旁旁路路分分离离室室, , 利利用用上上旋旋涡涡分分离离粉粉尘尘, , 从从而而提提高高除除尘尘效效率率. . 为为了了使使除除尘尘器器顶顶部部空空间间形形成成明明显显的的上上旋涡旋涡, , 进气口上沿离顶盖要相距一定的距离进气口上沿离顶盖要相距一定的距离。

（（（（2 2 2 2）旁路式旋风除尘器）旁路式旋风除尘器）旁路式旋风除尘器）旁路式旋风除尘器 它它它它是是是是一一一一种种种种具具具具有有有有呈呈呈呈倒倒倒倒锥锥锥锥体体体体形形形形状状状状的的的的锥锥锥锥体体体体, , , , 并并并并在在在在锥锥锥锥体体体体的的的的底底底底部部部部装装装装有有有有反反反反射射射射屏屏屏屏的的的的旋旋旋旋风风风风除除除除尘尘尘尘器器器器. . . . 反反反反射射射射屏屏屏屏可可可可防防防防止止止止上上上上升升升升气气气气流卷起粉尘流卷起粉尘流卷起粉尘流卷起粉尘, , , , 从而提高除尘效率从而提高除尘效率从而提高除尘效率从而提高除尘效率 （（（（3 3 3 3）扩散式旋风除尘器）扩散式旋风除尘器）扩散式旋风除尘器）扩散式旋风除尘器第三节 离心沉降 4 4、按旋风除尘器排灰装置：、按旋风除尘器排灰装置： 锁气器锁气器 (a)双翻板式双翻板式 (b)回转式回转式第三节 离心沉降 标准型：标准型：结构简单、容易制造、处理量大；结构简单、容易制造、处理量大；适用于捕集密度大且颗粒尺寸大的粉尘。

适用于捕集密度大且颗粒尺寸大的粉尘标准型旋风分离器第三节 离心沉降 常用型式常用型式       标准型、标准型、CLT/A型、型、CLP型、扩散式等型、扩散式等CLT/A型：具有螺旋面进口，结构与标准型旋风分离器相似；型：具有螺旋面进口，结构与标准型旋风分离器相似；CLP型：蜗壳形进口，分为型：蜗壳形进口，分为A型和型和B型；型；扩散式：适用于净化颗粒浓度较高的气体扩散式：适用于净化颗粒浓度较高的气体第三节 离心沉降  含含尘尘气气体体的的分分离离系系统统>40~50  m >5  m，，dpc50=1~2  m 0.5  m达达90%灰尘灰尘含尘气体含尘气体净化气体净化气体灰尘灰尘灰尘灰尘重力沉降室重力沉降室旋风分离器旋风分离器袋滤器袋滤器离心风机离心风机第三节 离心沉降 第三节 离心沉降 第三节 离心沉降 • 旋流分离器用于分离悬浮液，在结构和操作原理上与旋风分离器类似 • 旋流分离器的特点：①形状细长，直径小，圆锥部分长，有利于颗粒分离②中心经常有一个处于负压的气柱，有利提高分离效果二）旋流分流器第三节 离心沉降 底流•在水处理中，旋液分离器又称为在水处理中，旋液分离器又称为水力旋流水力旋流器，器，可用于可用于悬浮液的增浓、分级，高浊水高浊水泥沙的分离、暴雨径流泥沙分离、矿厂废泥沙的分离、暴雨径流泥沙分离、矿厂废水矿渣的水矿渣的分离分离。

•还可用于不互溶液体的分离、气液分离以还可用于不互溶液体的分离、气液分离以及传热、传质和雾化等操作中，因而广泛及传热、传质和雾化等操作中，因而广泛应用于多种工业领域中应用于多种工业领域中第三节 离心沉降 Ø离心机是利用惯性离心力分离非均相混合物的机械Ø它与旋液分离器的主要区别在于离心力是由设备（转鼓）本身旋转而产生的Ø由于离心机可产生很大的离心力，故可用来分离用一般方法难于分离的悬浮液或乳浊液第三节 离心沉降 三、离心沉降机工作原理 离心沉降机的分离因素Kc的大小根据Kc的大小，离心机可分为：(1)常速离心机：Kc<3000 (2)高速离心机：300050000第三节 离心沉降  r2rr1h转鼓式离心机工作原理示意图 ui悬浮液悬浮液第三节 离心沉降 主体是上面带翻边主体是上面带翻边的圆筒，由中心轴的圆筒，由中心轴带动高速旋转，旋带动高速旋转，旋转速率为转速率为 悬浮液从底部以速悬浮液从底部以速率率ui进入，形成由进入，形成由下向上的液流下向上的液流悬浮液中的颗粒在悬浮液中的颗粒在向上流动时，在离向上流动时，在离心力的作用下向筒心力的作用下向筒壁沉降，如果颗粒壁沉降，如果颗粒在到达顶端以前沉在到达顶端以前沉降到筒壁，即可从降到筒壁，即可从液流分离，否则将液流分离，否则将随液流流出。

随液流流出离心沉降机主要用于悬浮液的固液分离在离心沉降机中离心力是靠设备本身的旋转而产生的假设层流，在距离中心为r处的颗粒的沉降速度为：ui假设某一粒径为dc的颗粒的临界沉降轨迹如图所示dc 为可以完全分离的最小颗粒粒径第三节 离心沉降 （6.3.14）又，流体在筒内的停留时间t停为式中qV为悬浮液的体积流量（m3/s）令t沉＝t停 颗粒在筒内的沉降时间为从r1到r2所需的时间，对上式进行积分 第三节 离心沉降 （6.3.15）（6.3.16）（6.3.17）第三节 离心沉降 第三节 离心沉降 蝶片式离心机：蝶片式离心机： 用用 途：途：分离乳浊液和从液体中分离少量极细的固体颗粒， 广泛用于润滑油脱水、牛乳脱脂、饮料澄清等 第三节 离心沉降 管式超速离心机：管式超速离心机：第三节 离心沉降 (1)简要分析颗粒在离心沉降过程中的受力情况2)比较离心沉降和重力沉降的主要区别3)同一颗粒的重力沉降和离心沉降速度的关系如何4)简要说明旋风分离器的主要分离性能指标5)标准旋风分离器各部位尺寸有什么关系6)旋风分离器和旋流分离器特点有何不同7)离心沉降机和旋流分离器的主要区别是什么。

本节思考题第三节 离心沉降 一、电沉降 二、惯性沉降本节的主要内容第四节 其它沉降如果电场强度很强，重力或惯性力可以忽略不计，荷电颗粒所受的作用力主要是静电力和流体阻力当在层流条件下，平衡时，终端电沉降速度ute一、电沉降 第四节 其它沉降（6.4.2）在电场中，荷电颗粒将会受到静电力Fe的作用：      q——颗粒的荷电量；E——颗粒所处位置的电场强度 （6.4.1）电除尘器的基本原理 放电电极（电晕极） 集尘极 不均匀电场未荷电尘粒 荷电尘粒 气体电离—粒子荷电—荷电粒子迁移—颗粒沉积与清除 去除去除0.10.1 m m以下的颗粒以下的颗粒第四节 其它沉降颗粒与流体一起运动时，如在流体中存在障碍物，流体沿障碍物产生绕流，而颗粒物由于惯性力的作用，将会偏离流线惯性沉降即是利用这种由惯性力引起的颗粒与流线的偏离，使颗粒在障碍物上沉降的过程能否沉降在障碍物上，取决于颗粒的质量和相对于障碍物的运动速度和位置，小颗粒或距离停滞流线较远的大颗粒均能绕开障碍物二、惯性沉降 31停滞流线停滞流线流体方向流体方向流体流线流体流线障碍物障碍物2第四节 其它沉降惯性除尘器：利用惯性沉降原理从气体中分离粉尘。

去除惯性去除惯性大的颗粒大的颗粒惯性离心力作用惯性离心力作用去除细尘粒去除细尘粒尘粒d2所受的离心力 粒径和气速愈大，气流旋转半径R2愈小，除尘效率愈高惯性除尘器能捕集10m以上的颗粒 第四节 其它沉降(1)电沉降过程中颗粒受力情况如何，沉降速度与哪些因素有关2)简述电除尘器的组成和原理3)电除尘器的优点是什么4)惯性沉降的作用原理是什么，主要受哪些因素的影响5)惯性沉降应用的优缺点是什么6)环境工程领域有哪些电除尘和惯性除尘过程本节思考题第四节 其它沉降。