固液分离教案2.doc

黑龙江科技学院备课笔记

第2次课授课时间：2004年3月5日
章节及主要内容：
第二章粗颗粒物料的处理
主要内容：分级的实质、分级原理、常用分级设备

重点内容：分级原理及分级的实质。

难点内容：分级原理。

参考资料：《重力选矿》、《分离技术》、《选矿手册》。

教学手段：面授。

扩展内容：

教学后记：作业：1、分级原理2、重力场常用分级设备

悬浮液的处理
粗颗粒悬浮液的处理
水力分级：根据颗粒在水介质中的沉降速度的不同，将宽级别粒群分成两个或多个粒度相近的窄级别的过程。
注意：分级与筛分作业的性质相同，但筛分是比较严格地按几何尺寸分开的，而分级则是按沉降速度差分开的。
一、分级的实质
颗粒在水介质中的自由沉降速度可按斯托克斯公式求得：
v0=d2(δ-ρ)gx/(18μ)
颗粒在悬浮液中的沉降为干扰沉降，其沉降速度可按利亚申柯分式计算：
vst=v0(1-λ)n
式中：v0—颗粒在水中的自由沉降速度，cm/s
vst—颗粒在悬浮液中的干扰沉降速度，cm/s
μ—常温下水的粘度，g/cm3
δ—颗粒的密度；
d—颗粒的粒度；
x—颗粒的还球形系数，一般取x=0.3；
ρ—水的密度，ρ=1g/cm3
n—实验指数，一般取n=5—6
λ—悬浮液的固体容积浓度（以小数表示），λ=1/（Rδ+1）；
R—悬浮液的液固比；
g—重力加速度，一般取g=981cm/s2
把上述的数值代入式中，可得vst=588.6（δ-1）d2（1-λ）n
从上式可以看出，取决于颗粒的粒度，颗粒的密度以及悬浮液的浓度。其中，vst与d2成正比。即颗粒的粒度对vst影响最大。而vst又决定分级，就可以说，对分级起主要作用的是颗粒的粒度，或者可以说粒度决定分级。而分级同时又受到密度与悬浮液的浓度的影响，在实际中应尽量克服两者的干扰。选煤厂分级设备的分级粒度应与主选设备的分选下限一致，因为分级的目的是把主选设备己完成分选的部分和未完成分选的部分区分开来，再分别进行处理。
二、分级原理
海伦模型（Haren）：悬浮液的颗粒和流动速度在整个水池断面上是均匀分布的并保持不变的；悬浮液在分级设备中的流动，是理想的缓慢流动，颗粒只要一离开流动层，即认为已经成为沉物。又称浅池原理。
若分级设备的长度为L、宽度为B、进入设备的悬浮液量为W。如果分级设备有足够的深度，悬浮液溢流从另一端排出时其上部有一流动层，厚度设为h，在流动层下部的悬浮液可认为静止的。
受力分析：受两个力的作用，其一为重力，使颗粒有一个下沉速度v；其二物料给入容器后有向前的推动力，因此有一水平速度u。所以颗粒在流动层中的运动轨迹是一条曲线。当入料量W一定时，曲线倾斜程度主要受颗粒大小的影响。按照海伦模型，颗粒从给料端运动到溢流端以前，不管在何处由于轨迹的偏移离开了流动层，那么该颗粒在流动层下部将继续下沉并最终作为沉物排出。反之成为溢流产品。
椐据上面的分析有如下关系：
悬浮液在设备中的水平流速u为：
u=W/（B×h）
颗粒从给料端运动到溢流端所需时间t1为：
t1=L/u=A·h/W
（式中：A为分级设备面积）
任一粒度为d的颗粒，其下沉速度为v，通过流
动层所需时间为t2：t2=h/v
如果某颗粒从给料端运动到溢流端所需时间t1大于其通过流动层时间t2，则该颗粒未达到溢流端时即成为沉物；反之，当t1小于t2时，颗粒达到溢流端时仍处在流动层中，则从溢流端排出而成为溢流产品；如果t1=t2，则该颗粒运动到溢流端时恰好在流动层的边界上，这种颗粒成为沉物和成为溢流的机会相等，有可能从溢流端排出也可能成为沉物，该颗粒被称为分级粒度。当t1=t2时，可得下式：W=A×v
该式为悬浮液流量、设备面积和分级粒度下沉速度之间的关系式。对固定的设备，不同的处理量可求出不同的v值，即有不同的分级粒度。当要求分级粒度一定时，所需要的分级面积A与悬浮液流量成正比。当悬浮液的流量一定时，所需的分级面积A与分级粒度的下沉速度成反比，即与分级粒度成反比。要求的分级粒度越细，所需要的分级设备面积则越大。因此，可以通过控制分级设备的面积来控制分级粒度。
通常，以每一平方米沉淀面积、每小时所以处理的矿浆量立方米数表示分级沉淀设备的能力，称为分级沉淀设备的单位负荷，用ω表示。
所以能有：W=v=ω该式说明分级粒度的下沉速度与分级设备的单位负荷在数值上是相等的。
分级面积的选取，在设计中常用沉淀设备的单位面积负荷来计算。该方法称为经验数据法。A=KW/ω
式中：K——均衡系数（悬浮液系统通常取1.25）
三、常用的分级设备
（一）重力场中的分级设备
1、角锥沉淀池
角锥沉淀池由若干个并列的底部为角锥形的钢筋混凝土容器组成，各分级室之间及其内部无隔板，角锥底部的倾角为65°—70°，