重力沉降规律及设备
重力沉降规律及其设备
摘要：介绍了重力沉降的规律以及重力沉降的四种类型，对一些常用的重力沉降设备进行了总结。
关键词：重力沉降规律；设备
1.重力沉降
利用分散介质与分散物密度的差异，在重力作用下，使之得到分离的过程。重力沉降原理：固体颗粒在做同一水平运动的同时做向下的沉降运动，由于颗粒密度的不同，导致沉降速度不同。密度大的先沉降，密度小的后沉降，因此使之分离。沉降类型有自由沉降、絮凝沉降、成层沉降和压缩沉降。
1.1自由沉降
废水中的悬浮固体浓度不高，而且凝聚性时发生自由沉降。固体颗粒不改变形状和尺寸，不互相粘和，各自独立地完成沉降过程。发生自由沉降的颗粒的沉降速度在经过一定的沉降时间后保持不变，现象是水从上到下逐步变清。在沉砂池和初沉池的初期沉降类型是自由沉降。
1.2絮凝沉降
固体浓度也不高（ss为50-100mg/L），但具有凝聚性时发生絮凝沉降。在发生絮凝沉降的过程中，颗粒互相碰撞、粘合，结合成较大的絮凝体而沉降；沉降的过程中颗粒尺寸不断变化；颗粒的沉降速度是变化的。水是逐步变清的，但可观察到颗粒的絮凝现象。在初沉池的后期和二沉池的初期沉降类型为絮凝沉降。
1.3成层沉降
废水中的悬浮颗粒物的浓度提高到一定程度时（ss大于500mg/L）发生成层沉降。沉降过程中每个颗粒的沉降将受到其周围颗粒存在的干扰，沉降有所降低，在聚合力的作用下，颗粒群结合成为一个整体，各自保持相对不变的位置共同下沉。可观察到水与颗粒群之间有明显的分界面，沉降的过程实际上是该界面下沉的过程。在二沉池的后期和浓缩池的初期发生成层沉降。
1.4压缩沉降
废水中悬浮物的浓度很高时发生压缩沉降。沉降时固体颗粒互相接触，互相支撑，在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间隙中的液体被挤出界面，固体颗粒群被浓缩。颗粒群与水之间有明显的界面，但颗粒群部分比成层沉降时密集，界
面的沉降速度很慢。在浓缩池的后期发生压缩沉降。
四种沉降类型与固体浓度和凝聚性的关系如下图所示：
2.沉降设备
2.1沉砂池
位于泵站之前或初沉池之前用以分离水中较大位于泵站之前或初沉池之前用以分离水中较大的无机颗粒。以使水泵、管道免受磨损和阻塞的无机颗粒。以使水泵、管道免受磨损和阻塞以减轻沉淀池的无机负荷，改善污泥的流动性以减轻沉淀池的无机负荷，改善污泥的流动性，以便于排放、输运。分类：按池内水流方向的不同，可分为平流式、旋流式、曝气式等。
平流式沉砂池截留无机颗粒较好，工作稳定，构造简单，排砂方便；缺点是表面附着15%有机物的沉砂容易发生腐败，需进一步进行洗砂处理。
图1 平流式沉砂池
曝气式沉砂池中含有机物的量低于5%，且具有预曝气、脱预曝气、脱臭、防止污水厌氧分解、除泡臭、防止污水厌氧分解、除泡作用及加速污水中作用及加速污水中油类的分离等作用。为长形渠道，沿池壁一侧的整个长度上距池底60-90cm处设曝气装置，池底设集砂槽，池底坡度为坡度为0.1-0.5。缺点是由于旋流速度在实际操作中很难测定，只能通过调节曝气量来控制，但气量调节却难以掌握，此外由于曝气可能导致的出水溶解氧含量较高对生物处理的厌氧及缺氧生物处理产生影响。
图2 曝气式沉砂池简图
2.2沉淀池
沉淀池是应用沉淀作用去除水中悬浮物的一种构筑物。沉淀池在废水处理中广为使用。它的型式很多，按池内水流方向可分为平流式、竖流式和辐流式三种。
平流式沉淀池由进、出水口、水流部分和污泥斗三个部分组成。平流式沉淀池多用混凝土筑造，也可用砖石圬工结构，或用砖石衬砌的土池。平流式沉淀池构造简单，沉淀效果好，工作性能稳定，使用广泛，但占地面积较大。若加设刮泥机或对比重较大沉渣采用机械排除，可提高沉淀池工作效率。
图3平流式沉淀池
竖流式沉淀池池体平面为圆形或方形。废水由设在沉淀池中心的进水管自上而下排入池中，进水的出口下设伞形挡板，使废水在池中均匀分布，然后沿池的整个断面缓慢上升。悬浮物在重力作用下沉降入池底锥形污泥斗中，澄清水从池上端周围的溢流堰中排出。溢流堰前也可设浮渣槽和挡板，保证出水水质。这种池占地面积小，但深度大，池底为锥形，施工较困难。
图4 竖流式沉淀池
辐流式沉淀池池体平面多为圆形，也有方形的。直径较大而深度较小，直径为20～100米，池中心水深不大于4米，周边水深不小于1.5米。废水自池中心进水管入池，沿半径方向向池周缓慢流动。悬浮物在流动中沉降，并沿池底坡度进入污泥斗，澄清水从池周溢流入出水渠。
图5 辐流式沉淀池
近年设计成的新型的斜板或斜管沉淀池。主要就是在池中加设斜板或斜管，可以大大提高沉淀效率，缩短沉淀时间，减小沉淀池体积。但有斜板、斜管易结垢，长生物膜，产生浮渣，维修工作量大，管材、板材寿命低等缺点。正在研究试验的还有周边进水沉淀池、回转配水沉淀池以及中途排水沉淀池等。
2.3浓缩池
浓缩池按其运转方式可以分为连续式和间歇式两种。连续式主要用于大，中型污水处理厂，间歇式主要用于小型污水处理厂或工业企业的污水处理厂。重力浓缩池一般采用水密性钢筋混凝土建设，设有进泥管，排泥管和上清液管，平面形式有圆形和矩形两种，一般多采用圆形。连续式重力浓缩池的进泥与出水都是连续的，排泥可以是连续的，也可以是间歇的。当池子较大时采用辐流式浓缩池，当池子较小时采用竖流式浓缩池。竖流式浓缩池采用重力排泥，辐流式浓缩池多采用刮泥机排泥，有时也可以采用重力排泥，但池底应做成多斗。
图6辐流式浓缩池简图
参考文献
[1]李圭白,张杰主编. 水质工程学. 北京：中国建筑工业出版社,2005.
[2]张自杰主编. 排水工程（下册）（第四版）. 北京：中国建筑工业出版社,2000.
重力沉降规律及设备
重力沉降规律及其设备 摘要：介绍了重力沉降的规律以及重力沉降的四种类型，对一些常用的重力沉降设备进行了总结。 关键词：重力沉降规律；设备 1.重力沉降 利用分散介质与分散物密度的差异，在重力作用下，使之得到分离的过程。重力沉降原理：固体颗粒在做同一水平运动的同时做向下的沉降运动，由于颗粒密度的不同，导致沉降速度不同。密度大的先沉降，密度小的后沉降，因此使之分离。沉降类型有自由沉降、絮凝沉降、成层沉降和压缩沉降。 1.1自由沉降 废水中的悬浮固体浓度不高，而且凝聚性时发生自由沉降。固体颗粒不改变形状和尺寸，不互相粘和，各自独立地完成沉降过程。发生自由沉降的颗粒的沉降速度在经过一定的沉降时间后保持不变，现象是水从上到下逐步变清。在沉砂池和初沉池的初期沉降类型是自由沉降。 1.2絮凝沉降 固体浓度也不高（ss为50-100mg/L），但具有凝聚性时发生絮凝沉降。在发生絮凝沉降的过程中，颗粒互相碰撞、粘合，结合成较大的絮凝体而沉降；沉降的过程中颗粒尺寸不断变化；颗粒的沉降速度是变化的。水是逐步变清的，但可观察到颗粒的絮凝现象。在初沉池的后期和二沉池的初期沉降类型为絮凝沉降。 1.3成层沉降 废水中的悬浮颗粒物的浓度提高到一定程度时（ss大于500mg/L）发生成层沉降。沉降过程中每个颗粒的沉降将受到其周围颗粒存在的干扰，沉降有所降低，在聚合力的作用下，颗粒群结合成为一个整体，各自保持相对不变的位置共同下沉。可观察到水与颗粒群之间有明显的分界面，沉降的过程实际上是该界面下沉的过程。在二沉池的后期和浓缩池的初期发生成层沉降。 1.4压缩沉降 废水中悬浮物的浓度很高时发生压缩沉降。沉降时固体颗粒互相接触，互相支撑，在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间隙中的液体被挤出界面，固体颗粒群被浓缩。颗粒群与水之间有明显的界面，但颗粒群部分比成层沉降时密集，界
重力沉降速度的基本方程式
重力沉降速度的基本方程式 若球形颗粒的直径为d(m)，密度为， 在密度为 的气体中沉降时，其在沉降 （铅直）方向下受到： 重力 浮力 阻力 由于重力沉降速度为颗粒作等速运动时相对应的速度，t u u =因此上述三力在铅直方向上的合力为零，故 0=--d b g F F F 代入并化简得： 上式即为重力沉降速度的基本方程式。 说明： １．式中ξ称为阻力系数。它可表示为颗粒与流体相对运动时的雷诺数Ret 的函数，即)(R e t f =ξ，其中 ２．对于球形颗粒（球形度0.1=s φ）， 可由下列公式计算： 滞流区 1R 10 e 4 <<-t
过渡区 3 e 10R 1< ='(a) V s= F bHu u 将式(a)改写为 (b) m3 式中，Vs——含尘气体处理量，/s m F——沉降室的水平截面积，又称沉降面积(F=bl), 2 m F’——沉降室的横截面积，F’=bH, 2 说明： １．Vs一定时，根据待处理固体颗粒的最小直径求出ut，然后利用式(a)或式(b)可确定出沉降室的最小长度l（Ｈ一定时）或最小宽度b（l 一定时）； ２．降尘室的处理能力（Vs）仅与沉降面积有关，而与降尘室高度Ｈ无关。为提高降尘室的降尘室的捕集效率，可从降低气流速度u，降低降尘室的高度Ｈ及增大降尘室长度l或(或宽度b)方面入手。 ３．为了防止粉尘的二次飞扬，保证颗粒在滞流状态下自然沉降，气流通过降尘室的实际速度应在0.2~0.8m/s范围内选取。 若设法使得气流带着颗粒作旋转运动，由于颗粒的密度大于流体的密度，惯性离心力便会将颗粒沿切线方向甩出，使颗粒在径向与流体了生相对运动而飞离中心。另一方面，颗粒周围的流体对颗粒有一个指向中心的作用力，此作用力恰好等于同体积流体维持圆周运动所需的向心力，若与重力声的情况相比，此作用力与颗粒在重力场中所受到的流体的浮力是相当的。此外，由于颗粒在半径方向上与流体有相对运动，也就会受到阻力作 第二节 沉降分离原理及方法 3.2.1 重力沉降 一、球形颗粒的自由沉降 工业上沉降操作所处理的颗粒甚小，因而颗粒与流体间的接触表面相对甚大，故阻力速度增长很快,可在短暂时间内与颗粒所受到的净重力达到平衡，所以重力沉降过程中，加速度阶段常可忽略不计。 ma F F F d b g =-- 2 2 u A F d ρζ= 或a d u d g d g d s s ρπρπ ζρπ ρπ 3 2 2 3 3 62 466=??? ? ??-- 当颗粒开始沉降的瞬间：0=u 因为0=d F a 最大 ↑u ↑d F ↓a 当0=a t u u =——沉降速度“终端速度” 推导得 ()ρζ ρρ34-= s t gd u 0=a ()ρρπρπ ζ-=??? ? ??s g d u d 3 2 2 62 4 式中： t u ——球形颗粒的自由沉降速度，[]s m ; d ——颗粒直径，[]m ; s ρ——颗粒密度，[]3m kg ; ρ——流体密度，[]3m kg ; g ——重力加速度[] 2s m ; ζ——阻力系数， 无因次， ()et s R f .φζ= s φ——球形度 p s s s = φ 综合实验结果，上式为表面光滑的球形颗粒在流体中的自由沉降公式。 滞留区 1Re 104 <<-t Re 24=ζ ()μρρ182g d u s t -= 斯托 克斯公式 过渡区 3 10Re 1< 一、填空题 1．某颗粒的重力沉降服从斯托克斯定律，若在水中的沉降速度为u 1,在空气中为u 2，则u 1 u 2；若在热空气中的沉降速度为u 3，冷空气中为u 4，则u 3 u 4。(＞，＜，＝) 答：μρρ18) (2-= s t g d u ，因为水的粘度大于空气的粘度，所以21u u < 热空气的粘度大于冷空气的粘度，所以43u u < 2．用降尘室除去烟气中的尘粒，因某种原因使进入降尘室的烟气温度上升，若气体质量流量不变，含尘情况不变，降尘室出口气体含尘量将 （上升、下降、不变），导致此变化的原因是1） ；2） 。 答：上升， 原因：粘度上升，尘降速度下降； 体积流量上升，停留时间减少。 3．含尘气体在降尘室中除尘，当气体压强增加，而气体温度、质量流量均不变时，颗粒的沉降速度 ，气体的体积流量 ，气体停留时间 ，可100%除去的最小粒径min d 。（增大、减小、不变） 答：减小、减小、增大，减小。 ρξρρ3)(4-= s t dg u ，压强增加，气体的密度增大，故沉降速度减小， 压强增加， p nRT V = ，所以气体的体积流量减小， 气体的停留时间 A V L u L t s /= = ，气体体积流量减小，故停留时间变大。 最小粒径在斯托克斯区 )(18min ρρμ-= s t g u d ，沉降速度下降，故最小粒径减小。 4．一般而言，同一含尘气以同样气速进入短粗型旋风分离器时压降为P 1，总效率为1η，通过细长型旋风分离器时压降为P 2，总效率为2η，则：P 1 P 2， 1η 2η。 答：小于，小于 5．某板框过滤机恒压操作过滤某悬浮液，滤框充满滤饼所需过滤时间为τ，试推算下列情况下的过滤时间τ'为原来过滤时间τ的倍数： 1）0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ； 2）5.0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ； 3）1=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ； 1）0. 5；2）0.707；3）1 s p -?∝1)/(1τ，可得上述结果。 6．某旋风分离器的分离因数k=100，旋转半径R=0.3m ，则切向速度u t = m/s 。 答：17.1m/s 7．对板框式过滤机，洗涤面积W A 和过滤面积A 的定量关系为 ，洗水走过的 距离w L 和滤液在过滤终了时走过的距离L 的定量关系为 ，洗涤速率（W d dV )θ和终了时的过滤速率E d dV )( θ的定量关系为 。 答案： A A w 21= ；L L w 2=; (W d dV )θ=E d dV )(41θ 8．转筒真空过滤机，转速越大，则生产能力就越 ，每转一周所获得的滤 第三章重力沉降法 第一节概述 在重力作用下，使悬浮液中密度大于水的悬浮固体下沉，从而与水分离的水处理方法，称为重力沉降法。重力沉降法的去除对象，主要是悬浮液中粒径在１０um以上的可沉固体，即在２h 左右的自然沉降时间内能从水中分离出去的悬浮固体。 按照处理目的不同，重力沉降法可分为以获得澄清水位目的的沉淀（当悬浮物为絮凝产物时习称为澄清）和以获得高浓度污泥为目的的浓缩。它既可以作为唯一的处理工序，用于只含悬浮固体的废水处理，也可以作为处理系统中的某一工序，于其它处理单元配合使用。 根据水中悬浮固体浓度的高低、固体颗粒絮凝性能（即彼此粘结、团聚的能力）的强弱，沉降可分为以下四种类型。 1.自由沉降自由沉降也称为离散沉降。这是一种非絮凝性或弱絮凝性固体颗粒在稀悬浮液中的沉降。由于悬浮固体浓度低，而且颗粒之间不发生聚集，因此在沉降过程中颗粒的形状、粒径和密度都保持不变，互不干扰地各自独立完成匀速沉降过程。固体颗粒在沉沙池及初次沉淀池内的初期沉降就属于这种类型。 2.絮凝沉降这是一种絮凝性固体颗粒在稀悬浮液中的沉降。虽然悬浮固体浓度也不高，但颗粒在沉降过程中接触碰撞时能互相聚集为较大的絮体，因而颗粒粒径和沉降速度随沉降时间的延续而增大。颗粒在初次沉降池内的后期沉降及生化处理中污泥在二次沉淀池内的初期沉降，就属于这种类型。 3.成层沉降成层沉降也称集团沉降、区域沉降或拥挤沉降。这是一种固体颗粒（特别是强絮凝性颗粒）在较高浓度悬浮液中的沉降。由于悬浮固体浓度较高，颗粒彼此靠的很近，吸附力将促使所有颗粒聚集为一个整体，但各自保持不变的相对位置共同下沉。此时，水于颗粒群体之间形成一个清晰的泥水界面，沉降过程就是这个界面随沉降历时下移的过程。生化处理中污泥在二次沉淀池内的后期沉降和在浓缩池内的初期沉降就属于这种类型。 4.压缩（沉降）当悬浮液中的悬浮固体浓度很高时，颗粒之间便互相接触，彼此上下支承。在上下颗粒的重力作用下，下层颗粒间隙中的水被挤出，颗粒相对位置不断靠近，颗粒群体被压缩。生化污泥在二次沉淀池和浓缩池内的浓缩过程就属于这种类型。 第三章 非均相混合物的分离 一、前言：(本章:本质上讲:属于流体流动过程,从方法或手段上讲:属于非均相分离过程,下册讲的 蒸馏、吸收、萃取等单元操作都是均相分离过程)。 1、相：体系中具有相同组成，相同物理性质和相同化学性质的均匀物质。相与相之间有明确的 界面。 例如：气、液、固称为三态，每一态又称为一相。再例如：空气（或溶液）虽是混合物，但 由于内部完全均匀，所以是一个相。水和冰共存时，其组成虽同是O H 2，但因有不同的物理性质，所以是两个相；水、冰和蒸汽共存时是三个相。两块晶体相同的硫磺是一个相，两块晶体不同的硫磺（如 斜方硫和单斜硫）是两个相。 2、均相：凡物系内部各处物理料质均匀而不存在相界面者，称为均相混合物或均相物系。溶 液及混合气都是均相混合物。 3、非均相：凡物系内部有隔开两相的界面存在，而界面两侧的物料性质截然不同者，称为非 均相混合物或非均相物系。 非均相??? ?? ?? 属于气体非均相间煤气中夹杂煤渣子）合成氨厂造气车（如尘气体气体与固体微粒组成含 沫液）（含有气泡的液体即泡液态非均相 ）（如碎木屑放在水面上浮液液体与固体离子组成悬 ,:,,, 非均相物系里，处于分散状态的物质称为分散物质（或分散相），包围着分散物质而处于 连续状态的流体，称为分散介质（或连续相）。如:浮悬液中的固体颗粒，称为分散物质，液体是分散介质。 4、非均相物系的分离：通过机械方法分离非均相物系的单元操作。具体点讲机械方法:沉降和过滤。 二、工业上非均相物系分离的目的 1、 收取分散物质：如从催化反应器出来的气体中，往往带有催化剂颗粒，必须把这些有 价值的颗粒回收利用。 2、 净化分散介质：合成氨生产，半水煤气中含有2CO 、S H 2灰尘等杂质，为了防止合成触媒中毒，必须将这些杂质一一去除，以保证触媒的活性。 3、 环境保护：对三废：废气、废液、废渣的处理，地球由于被污染加剧,环保越来越受 到人们的重视。综上所述,非均相物系分离的目的是除害收益。 第一节 沉降 沉降：依靠某种力的作用，利用分散物质与分散介质密度差异使之发生相对运动而分离的过程。 3.1.1 重力沉降 一、球形颗粒的自由沉降 工业上沉降操作所处理的颗粒甚小，因而颗粒与流体间的接触表面相对甚大，故阻力速度增长很快,可在短暂时间内与颗粒所受到的净重力达到平衡，所以重力沉降过程中，加速度阶段常可忽略不计。 解决方案编号：LX-FS-A86664 沉降分离过程的安全分析标准范本 In the daily work environment, plan the important work to be done in the future, and require the personnel to jointly abide by the corresponding procedures and code of conduct, so that the overall behavior or activity reaches the specified standard 编写：_________________________ 审批：_________________________ 时间：________年_____月_____日 A4打印/ 新修订/ 完整/ 内容可编辑 沉降分离过程的安全分析标准范本 使用说明：本解决方案资料适用于日常工作环境中对未来要做的重要工作进行具有统筹性，导向性的规划，并要求相关人员共同遵守对应的办事规程与行动准则，使整体行为或活动达到或超越规定的标准。资料内容可按真实状况进行条款调整，套用时请仔细阅读。 如前所述，沉降是借助于某种外力作用，使两相发生相对运动而实现分离的操作。根据外力的不同，沉降又分为重力沉降、离心沉降和惯性沉降。 一重力沉降分离过程 在重力作用下使流体与颗粒之间发生相对运动而得以分离的操作，称为重力沉降。重力沉降既可分离含尘气体，也可分离悬浮液。重力沉降广泛应用于化工生产过程的除尘技术。 (一) 自由沉降速度 自由沉降与自由沉降速度根据颗粒在沉降过程中是否受到其他粒子、流体运动及器壁的影响，可将 沉降法粒度测试原理——Stokes 定律 沉降法是通过测量颗粒在液体中的沉降速度来反映粉体粒度分布的一种方法。我们知道，在液体中大颗粒沉降速度快，小颗粒沉降速度慢。沉降速度与粒径的数量关系， 我们可以从下面的Stokes 定律的数学表达式得到： 从上式可以看到，颗粒的沉降速度与粒径的平方成正比，可见在重力沉降中颗粒越大沉降速度越快。比如在相同条件下，两个粒径比为10：1，那么这两个颗粒的沉降速度之比为100：1。这样通过测量颗粒的沉降速度就可以得到它的粒径了。 为了加快细颗粒的沉降速度，缩短测试时间，提高测试精度，许多沉降仪引入了离心沉降手段来加快细颗粒的沉降速度。离心状态下，粒径与沉降速度的关系如下： 这就是离心状态下的Stokes 定律。其中ω为离心机角速度，r 为颗粒到轴心的距离。由于离心机转速较高，ω2r 远远大于重力加速度g ，因此同一个颗粒在离心状态下的沉降速度V c 将远远大于重力状态下的沉降速度V ，这就是离心沉降可以缩短测试时间的原因。 从Stokes 定律可以看出，只要测出颗粒的沉降速度，就可以得到该颗粒的粒径。但在实际粒度测量过程中，液体中的颗粒数量很多，大小不同，因此直接测量每一个颗粒沉降速度是很困难的，因此用透过悬浮液的光强隨时间的变化率来间接地反映颗粒的沉 降速度。光强与粒径之间的数量关系可以用比尔定律来描述： 通过比尔定律，我们通过测量不同时刻的光强得到光强的变化率，可以求得粒度分布。 2 18)(D g V f s ηρρ-=2 218)(D r V f s c ηωρρ-=dD D D n k I I i ?∞ -=020)()lg()lg( 重力沉降法测定沉淀碳酸钙的粒径 赵家文 金晟化工有限公司(镇江212008) 摘要从原理、分析方法等几方面入手,介绍如何利用颗粒的重力沉降来测定其粒径。关键词沉淀碳酸钙重力沉降Sto kes定律当量球体直径粒径x-ray 前言 碳酸钙是用途最广的无机填料之一,目前在无机盐工业中它的产量位居第三位,是橡胶、塑料、造纸、建材、医药、日用化工等行业中不可缺少的无机填料。随着我国工业的高速发展,对碳酸钙的质量品种等均提出了新的要求。沉淀碳酸钙以石灰为原料,经消化、碳酸化制得碳酸钙,根据工艺控制的不同,可以制得不同晶形,粒径及性能的碳酸钙。沉淀碳酸钙标准HG2226未对沉淀碳酸钙的晶形、粒径等特性进行技术规范、质量分级,只简单地对12L m、45L m的筛余物有分级要求。笔者认为,碳酸钙的粒径分布及大小对其使用性能有极大影响,是评价其性能的重要指标,应当考虑在标准中有所体现。对各生产企业而言,面对广阔的市场,不同的市场需求,激烈的行业竞争,如何摆脱产品一贯/大路货0的老面孔,如何提高产品的质量档次,如何利用产品自身的质量特性满足顾客的特殊需要,凭借产品的质量、品种优势在市场上立足、发展,显得至关重要。因此有必要对沉淀碳酸钙的粒径进行准确测定,本文将介绍如何用重力沉降法测定碳酸钙的粒径,为评价沉淀碳酸钙的质量特性提供一种手段,也为同行朋友对沉淀碳酸钙的粒径评价提供一个方法选择。 一、方法原理 静止流体中,固体颗粒在重力作用下自由沉降时受到三种力的作用)))重力、浮力和曳力,其运动方程为: mg-m0g-F D=m dv dt 式中,m为固体颗粒的质量,m0为与固体颗粒体积相同的液体的质量,F D为曳力, g为重力加速度。 对小颗粒而言,沉降加速阶段很短,加速阶段所经历的距离也很小,因此小颗粒的加速阶段可以忽略,而近似地认为颗粒始终以速度V沉降,此速度称为颗粒的沉降速度或终端速度,即 dv dt 为零。 以直径为D、密度为Q的球体颗粒在密度为Q0的流体中的运动方程则为: F D= P 6 (Q-Q0)gD3 根据实验测定显示,曳力系数C D与Reynold系数Re在Stokes区的关系为: C D= 24 Re 通过对C D与Rey的特性分析,最终可以得到: D2= 18v G (Q-Q0)g 或D=K V 1 2 此式即为Stokes定律方程式,该方程式揭示了颗粒匀速沉降时其运动速度v与颗粒直径D的关系,Stokes定律是重力沉降测定沉淀碳酸钙粒径的理论基础。 二、方法介绍 沉淀碳酸钙的晶体形状有纺锤形、立方体、片状等等,而无实际球形晶体,Stokes定律则是以球形颗粒为研究对象而得出的结 1 化工标准化与质量监督2000年第12期 《环境工程原理》 大型作业 题目：3000m3/h重力降尘室的设计 学院：环境科学与工程学院 专业名称：环境监测与治理技术 学号：201230310100 学生姓名： 指导教师：陶敏 2013年12 月15 日 目录 一、前言 (3) 二、设计条件 (4) 三、设计要求 (4) 四、设计说明 (4) 1、重力降尘室的工作原理 (4) 2、重力降尘室的类型 (5) 3、实际性能和测试 (5) 五、工艺计算 (5) 1、设计降尘室尺寸 (5) 2、沉降时间和沉降速度 (5) 3、颗粒回收百分率 (6) 4、降尘室的隔板数 (7) 六、总结 (7) 七、参考文献 (7) 一、前言 大型作业是《环境工程原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。 大型作业不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，大型作业是培养学生独立工作能力的有益实践。 通过大型作业,学生应该注重以下几个能力的训练和培养： 1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力； 2. 树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力； 3. 迅速准确的进行工程计算的能力； 4. 用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。 学习情境4沉降过程与操作 学习要求 知识目标： 1. 了解重力沉降及离心沉降基本知识。 2. 掌握旋风分离器、油水分离设备工作原理。 能力目标： 1. 能使旋风分离器平稳运行。 2. 能使油水分离设备平稳运行。 学习情境4.1常压塔顶回流罐的油水分离 【教学内容】 化工生产中需要将混合物加以分离的情况横多，大致说来，混合物可分为两大类，即均相混合物和非均相混合物，详细内容下表。 均相：内部各处均匀不存在相界面的物系称为均相物系。如溶液、混合气体及少量混合液体。 非均相：由具有不同物理性质（如密度和粒径）的分散物质和连续介质所组成的物系称非均相物系。 均相物系的分离属于传质内容，均相物系中的“固一固”物系不在讨论之列；非均相 物系可以借助沉降、过滤、筛分等手段，利用物系中两相间的物性（如p或d）差，实现 两相间的相对运动达到分离的目的。这些属于机械分离，操作遵循流体力学的基本规律。 在非均相物系中，处于分散状态的物质称“分散相”；包围它的物质称“连续相” （即分散介质）。 沉降是将混合物置于力场中，在力场作用下，使分散相与连续相发生相对运动，密度大的物质定向地移向收集面，实现分离。 力场沉降类型物系 重力场重力沉降 自由沉降 气一固、液一固气一液、液一液 干扰沉降 离心力场离心沉降同上 电场电沉降 电除尘器 颗粒极微者 电捕焦油器 固一固物系往往要借助流体，使固固两相间的运动产生速度差。在这里我们重点学习重力沉降，其沉降方向垂直向下。 沉降速度 ㈠球形颗粒的自由沉降 自由沉降一一颗粒沉降中不受外界的任何影响。 将一粒表面光滑的刚性球形颗粒置于静止的流体中，颗粒p S＞液体的p ,于是颗粒受到的力分别为：重力Fg、浮力Fb、阻力Fd,其作用方向如图示。 当颗粒和流体的种类确定后，仅于p s、d和p有关的重力及浮力便为常量；阻力则 随着颗粒运动的速度的变化而变化。 直径为d的颗粒，所受三力表示为（向下为正）：j 三力之和，使颗粒产生加速度： a =du/d 0 图4-1受力分析 第三章重力沉降法 1.沉淀有哪几种类型？各有何特点？说明各种类型的联系和区别以及适用范围。 2.水的沉淀法处理的基本原理是什么？影响沉淀的因素有哪些？ 3.沉砂池的作用是什么？曝气沉砂池的工作原理与平流式沉砂池有何区别？ 4.平流式、竖流式、辐流式沉淀池各有何优缺点？ 5.何为理想沉淀池？如何从理想沉淀池的理论分析得出斜板（管）沉淀池的原理？ 6.试推导下向流、横向流的斜板沉淀池设计计算方法。 7.水中油珠的密度ρs=800kg/m3,直径d=50μm，求它在20℃水中的上浮速度？ 8.现有一坐沉沙池能除去水中直径为0.15mm、比重为1.2的球形颗粒。试计算在相同理想条件下，该沉沙池对直径为0.08mm，比重为1.5的球形颗粒的去除率是多少？ 9.某废水的静置沉降试验数据如下表，试验有效水深H=1.8m，污水悬浮物浓度C0=300mg/L，试求u0=2.0cm/min颗粒的总去除率。 10.在有效高度为1.5m的沉降柱中点取样，得到高炉煤气洗涤水的沉降实验结果如下表。试绘制该种废水的E-t、E-u和ET-t、Er-u沉降曲线，并比较用 和H=H0-Δhi计算工作水深的结果。 11.悬浮物浓度为430mg/L的有机废水进行絮凝沉降试验，试验数据如下表，试求沉降时间为60min、深度为1.8m时的悬浮物总去除率。 12.由原始水深为1.5m的沉降柱中点，得到沉降实验的结果如上表。试确定表面负荷为200m2/m2d的平流沉淀池对悬浮液中固体颗粒的沉降效率。 13.在一个设有三个取样口的沉降柱中对某种废水作絮凝沉降实验，得到下表所示的结果。试确定该废水在沉淀池中沉降25min和50min时，水中SS在2m 水深处所能达到的沉降效率Et和总沉降效率ET。 14.已知生活污水流量为500m3/d ，污水性质与沉淀试验数据同第七题，若标悬浮物去除率为65%，污泥含水率为95%，试设计平流式沉淀池。 15.以本章例题3-2的数据和图表为基础，绘制1.5m水深处的ET-t和ET-u沉降曲线。 16.有一合流制下水道，雨季最大流量为3.0m3/h，旱季最枯月的最大流量为1.4m3/s。现用曝气沉沙池除沙，试计算其各部尺寸。 17.已知平流式沉淀池的长度L=20m，池宽B=4m，池深H=3m，现欲改为斜板沉淀池，板间水平间距为10cm，斜板长度为1m，斜板倾角为60? ，若不考虑斜板厚度，则当废水中悬浮颗粒的截留速μ0=1m/h 时，试求改装后的斜板沉淀池的处理能力比原沉淀池提高多少倍？并说明其原因。 关于沉降平衡高度分布定律的修正讨论 王文亮201517111012 山东大学化学与化工学院 摘要：溶胶达到沉降平衡时满足以下关系式ln(c1/c2)=LV/RT*(ρ-ρ0)(h2-h1)g，其中L是阿伏伽德罗常数，V是粒子体积，ρ是粒子密度，ρ0是溶剂密度。几乎所有物化课本上都会给出这一公式，但是参考了老师ppt上的推导步骤后，我认为这个公式不是太准确，本文将从两个思路来讨论这个公式的修正。 关键词：沉降平衡；高度分布定律；公式修正 1引言 在这一部分中我们将讨论三个物理情形。 1.关于浮力和密度的关系：将两个相同的实心铁块分别扔进一杯纯水和一杯盐水中，我们会发现铁块将下沉并静止在杯底，但是铁块所受的杯子对它的支持力并不相同，这是因为溶液对铁块的浮力F=ρgV中ρ并不相同。类似地，将两个木块分别放入一杯纯水和一杯盐水中，木块下沉高度并不相同，这也是因为溶液密度的不同。 2.关于溶液密度和浓度的关系：考虑一个简单的物理情形，现有一杯稀溶液，不考虑溶剂溶质偏摩尔体积的影响，即假定溶质的加入不改变溶液的整体体积。慢慢加入溶质，由于ρ溶液=(m溶剂+m溶质)/V，所以溶液密度和溶质的加入量必然存在线性关系，即ρ溶液=ρ0+kc，式中ρ0是溶剂密度，k是比例常数，和加入的溶质种类有关，c是溶质的浓度。 3.关于沉降平衡高度分布定律的经典推导：在重力和粒子布朗运动产生的扩散的综合影响下，溶胶粒子在达到平衡时必然会存在以一稳定的浓度梯度，现对图1所示的分散体系选一微元段进行分析： 图1. 溶胶分散体系 设溶液在aa’处的浓度为c，bb’处的浓度为(c-dc)。由于取一微元段，浓度在dh范围内视为 I C S19.120 A28 中华人民共和国国家标准 G B/T26645.4 2018/I S O13317-4:2014 粒度分析液体重力沉降法 第4部分:天平法 P a r t i c l e s i z e a n a l y s i s G r a v i t a t i o n a l l i q u i d s e d i m e n t a t i o nm e t h o d s P a r t4:B a l a n c em e t h o d (I S O13317-4:2014,D e t e r m i n a t i o no f p a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o nb yg r a v i t a t i o n a l l i q u i d s e d i m e n t a t i o nm e t h o d s P a r t4:B a l a n c em e t h o d,I D T) 2018-07-13发布2019-02-01实施 国家市场监督管理总局 目 次 前言Ⅲ 引言Ⅳ 1 范围1 2 规范性引用文件1 3 术语和定义1 4 符号1 5 方法原理2 6 测量装置3 7 测量方法4 8 准确度7 9 粒径测量范围7 10 测量报告7 附录A (资料性附录) 矩阵法数据处理9 参考文献13 前言 G B/T26645‘粒度分析液体重力沉降法“分为如下部分: 第1部分:通则; 第2部分:固定移液管法; 第3部分:X射线重力法; 第4部分:天平法三 本部分为G B/T26645的第4部分三 本部分按照G B/T1.1 2009给出的规则起草三 本部分使用翻译法等同采用I S O13317-4:2014‘液体重力沉降法测定粒度分布第4部分:天平法“三 与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下: G B/T15445.1 2008粒度分析结果的表述第1部分:图形表征(I S O9276-1:1998,I D T); G B/T20099 2006样品制备粉末在液体中的分散方法(I S O14887:2000,I D T); G B/T26645.1 2011粒度分析液体重力沉降法第1部分:通则(I S O13317-1:2001,I D T)三 本部分还做了下列编辑性修改: 修改了标准名称三 本部分由全国颗粒表征与分检及筛网标准化技术委员会(S A C/T C168)提出并归口三 本部分起草单位:国家非金属矿深加工产品质量监督检验中心二安徽国泰众信检测技术有限公司二机械科学研究总院青岛分院有限公司二中国计量大学二北大先行科技产业有限公司二中机生产力促进中心二安徽省质量和标准化研究院二北京市理化分析测试中心二中国科学院过程工程研究所三本部分主要起草人:汪瑞俊二方勤二陈洪周二孙振田二马飞二朱培武二张立新二史永安二宋正启二周恒辉二侯长革二吴倩二周素红二李兆军三 卧式重力沉降装置设计 装备11011班邹宝应 201106080530 摘要 在现代工业生产过程中,需要将不同种类的物质分开,根据属性的不同,可以用物理的方法分离,也可以用化学的方法分离.我们主要用的分离方法有沉降,过滤，吸收，蒸馏等方法。在化工生产行业，吸收和蒸馏应用及其广泛，而在其他行业沉降和过滤则相对应用广泛。例如在水泥的制造过程中必须要对气体中的颗粒进行沉降处理，不然会造成周边环境的污染，不符合可持续性发展，不利于生产生活，还有在石油的开采过程中肯定伴随着气体和水等杂质参合，必须将其除去，考虑到实用性和经济性的原则，采用沉降是最好的一种除去方式，所以在油田上多采用重力沉降装置将其油气和杂质分离，这种方法不仅简单，更重要的是有效降低含水量，很好的控制了在运输过程中由于水造成的腐蚀问题和运输成本，所以在油田使用的沉降装置的开发是很有必要的。今天大量的沉降设备应用于各个行业当中，也起到了相当重要的作用，为我们的生活和生产带来了方便和利益。因此，我将对沉降的原理，设备以及效果，通过本文进行简单的介绍和分析。其按原理可分为离心式和重力式沉降机构，本文主要对重力式沉降机 构的设计和原理的一个简单介绍。 第一章沉降的条件 1.1非均相物系的分离 沉降是对非均相的一种分离手段，所以分离的物质必须是非均相，例 如气体中的尘粒，悬浮液中的颗粒以及乳浊液中的液滴。分离的目的有以下3点。 ⑴回收分散物质，例如从结晶器中结晶出的晶粒。 ⑵净制分散介质，例如除去气体中的尘粒。 ⑶劳动保护和环境的保护等。因此，非均相物系的分离意义重大。非均相物质的分离方式有过滤和沉降两种，沉降主要应用于气体中小颗粒的分离以及部分液体中小颗粒的分离，而过滤则是根据颗粒的大小只能部分除掉气体中或液体中一定尺寸的颗粒，因此不是太彻底，而且操作费用比较高。 我们在本片文章中主要介绍沉降的原理以及设备的运行过程。 1.2颗粒与流体的相对运动和所受阻力 颗粒在流体运动中的运动，可以看做是流体相对于颗粒的运动。为了方便起见先假象为球型的。若流体如图1-1的理想流所示，所谓理想流体就是流体的粘度为零，对颗粒不产生力。若为不可压缩流体，则在球体所有各点的动压头和静压头之和为一个常数，在前后、上下两点完全对称。如果流体沿着球面的速度方向和大小都是变化的。球型颗粒的前点和后点的流体属于静止状态，其速度为零，而在上下两点的速度最大。 重力沉降规律及设备 摘要：重力沉降不仅应用于水处理中，也用于大气中来分离尘粒。本文介绍了重力沉降的规律，以及一些常用的重力沉降设备。 关键词：重力沉降；规律；设备 1.重力沉降 在重力场中，利用连续相与分散相的密度差异，使之发生相对运动而实现非均相混合物分离的操作过程，称为重力沉降。 沉降原理：体颗粒在做同一水平运动的同时做向下的沉降运动，由于颗粒密度的不同，导致沉降速度不同。密度大的先沉降，密度小的后沉降，因此使之分离。 单颗粒（或充分分散、互不干扰的颗粒群）在流体中借助于重力而产生沉降，称为自由沉降。自由沉降条件：颗粒为球形；颗粒彼此相距甚远，互不干扰；忽略容器壁面对颗粒的滞阻作用；颗粒直径不易太小。不满足上述条件的沉降称为干扰沉降，干扰沉降速度较自由沉降时小。 2.重力沉降设备 2.1降尘室 利用重力沉降分离气-固非均相混合物时，称为降尘室，是分离气体中尘粒的重力沉降设备。 分离原理主要是在气体从降尘室入口流向出口的过程中，气体中的颗粒随气体向出口流动，同时向下沉降。如颗粒在到达降尘室出口前已沉到室底的集尘斗内，则颗粒从气体中分离出来，否则将气体带出。 图1 降尘室 理论上降尘室的生产能力只与降尘室的长度、宽度及沉降速度有关，与降尘室高度无关，因此不必将设备做的太高。所以降尘室一般采用扁平的几何形状，也可以在室内加多层隔板，形成多层降尘室，常用的隔板间距为40-100mm。2.2沉降槽 利用重力沉降分离悬浮液的设备称为沉降槽。沉降槽通常只能用于分理处不很细的颗粒得到的是清液与含50%左右固体颗粒的增稠液，所以这种设备也称为增稠器。增稠器有澄清液体和增稠悬浮液的双重功能，清液产率取决于增稠器的直径，颗粒的停留时间取决于进口管以下增稠器的深度。 图2 沉降槽 沉降槽可以连续操作，也可以间歇操作。连续式沉降槽是一个大直径的浅槽，料桨由位于中央且伸入液面下的圆筒进料口送至液面以下，经一水平挡板折流后沿径向扩散，使之速度减慢。随着颗粒的沉降，液体缓慢向上流动，经溢流堰流出得到清液。颗粒则向下沉降至底部形成沉淀层，由缓慢转动耙将其排除。沉降槽一般均制造成大截面、低高度，一般用于大流量、低浓度悬浮液的处理，处理后沉渣中还含有越50%的液体，必要时再用过滤机等作进一步处理。 沉降槽中颗粒的沉降可分为两个阶段：第一阶段在沉降槽的上部，在此区域内，颗粒浓度较低，可近似按自由沉降处理；第二阶段处于沉降槽的下部，随着颗粒浓度的增大，颗粒浓度的影响及颗粒对流体性质的影响明显加大，属于干扰沉降。 为加速分离，常常需加入絮凝剂或聚凝剂，使小颗粒相互结合成大颗粒。聚凝是通过加入电解质，改变颗粒表面的电性，使颗粒相互吸引而结合；絮凝则是 知识点3-2 沉降分离 1 学习目的 沉降过程属于流体力学中的两相流动，通过本知识点学习，能够运用颗粒与流体之间的相对运动规律达到非均相混合物分离的目的。掌握沉降过程的有关计算，并根据工艺要求和物系特性进行沉降室设计和离心分离设备选型。 2 本知识点的重点 重点讨论固体颗粒从气流中沉降分离的过程，内容包括沉降分离的原理，过程计算，影响沉降分离的因素分析，沉降分离设备（包括沉降室、旋风分离器）的设计或选型。 对液态非均相物系应了解分离设备选型。 3．本知识点的难点 本知识点无难点 4．应完成的习题 3-3．密度为2650kg/m3的球形石英颗粒在20℃空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。 [答：d max=57.4μm，d min=1513μm] 3-4．在底面积为40m2的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。气体的处理量为3600m3/h，固体的密度ρs＝3000kg/m3,操作条件下气体的密度ρ＝1.06kg/m3，粘度为2×10-5Pa·s。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。 [答：d=17.5μm] 3-5．用一多层除尘室除去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为8 m，密度为4000kg/m3。除尘室长4.1m，宽1.8m，高4.2m，气体温度为427℃，粘度为3.4×10-5Pa·s，密度为0.5kg/m3。若每小时的炉气量为2160标准m3，试确定降尘室内隔板的间距及层数。 [答：h=80.8mm，n=51] 3-6．已知含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m3，气体流量为1000m3/h、粘度为3.6×10-5Pa·s、密度为0.674kg/m3，采用如图3-7所示的标准型旋风分离器进行除尘。若分离器圆筒直径为0.4m，试估算其临界粒径、分割粒径及压力降。 [答：d c=8.04μm，d50=5.73μm，Δp=520Pa] 3-7．某旋风分离器出口气体含尘量为0.7×10-3kg/标准m3，气体流量为5000标准m3/h，每小时捕集下来的灰尘量为21.5kg。出口气体中的灰尘粒度分布及捕集下来的灰尘粒度分布测定结果列于本题附表中： 习题 3-7附表 试求：（1）除尘效率；（2）绘出该旋风分离器的粒级效率曲线。（提示：作d i～ηp,i曲线） [答：（1）η0＝86％；（2）略] 沉降涉及由颗粒和流体组成的两相流动体系,属于流体相对于颗粒的绕流问题。流－固之间的相对运动有三种情况，即沉降分离原理及方法
非均相物系分离填空题某颗粒的重力沉降服从斯托克斯定律
重力沉降法
四重力沉降设备
沉降分离过程的安全分析标准范本
沉降法粒度测试原理——Stokes定律
重力沉降法测定沉淀碳酸钙的粒径
(新)环境工程原理大型作业--重力沉降室的设计
沉降过程与操作
重力沉降法
关于沉降平衡高度分布定律的修正讨论
粒度分析 液体重力沉降法 第4部分：天平法(标准状态：现行)
卧式重力沉降装置设计1
重力沉降规律
3-2 沉降分离