固液分离技术5沉降分离.ppt

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。5.1.1概述
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。
在离心力场中进行非均匀物系的离心分离是一种非常有效的分离方法。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
如P194图5-1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。5.1.2.2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
（5-2）
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
（5-3）
式（5-3）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（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(MSX)t（式5-4）表示。①凯奇（kynch）沉降模型
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。①凯奇（kynch）沉降模型
由图5-2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。①凯奇（kynch）沉降模型
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+x)·tX·A，而该量应该等于筒中全部的固体量，
即式MSX·(ux+x)·tX·A=H0MS0A（5-4a）；
由图5-2可知，向下的沉降速度为曲线的斜率，即
X=(HZ-HX)/tX（5-4b）;
向上的扩散速度为
uX=HX/tX（5-4c）;
综合（5-4a，b，c）
可以得出
MSX·HZ=MS0·H0（5-5）凯奇第三定律
①凯奇（kynch）沉降模型
凯奇第三定律表明：
1）在沉降筒的任何一个截面处，其浓度可由式（5-5）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为
（5-9）
由于Asp是标量，故在式前加“-”符号。②T-F法
采用T-F法的具体步骤是
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Msu，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。③奥特曼（oltmann）法
针对T-F法的