3.1沉降分离原理及设备
沉降分离原理及方法
沉降分离原理及方法沉降分离是一种常用的物理分离方法，主要用于将混合物中的固体颗粒或浮游生物从液体中分离出来。
沉降分离原理基于不同物质的密度差异，通过重力作用使得较重的固体或浮游生物颗粒沉降到液体底部，从而实现分离的目的。
下面将详细介绍沉降分离的原理和常用的方法。
1.原理：沉降分离的原理是基于斯托克斯定律，即在流体中，一个颗粒的沉降速度与其体积、形状、密度以及流体的粘度和密度有关。
根据斯托克斯定律，一个颗粒在一定重力下的沉降速度可以用以下公式表示：v=(2g(ρp-ρm)r^2)/(9η)其中，v代表沉降速度，g代表重力加速度，ρp代表颗粒的密度，ρm代表流体的密度，r代表颗粒的半径，η代表流体的粘度。
根据上述公式可以看出，颗粒的沉降速度与颗粒的体积、密度以及流体的粘度有关。
通常情况下，沉降速度较慢的颗粒会更容易分离出来。
因此，在进行沉降分离时，可以通过控制颗粒的大小、密度以及流体的粘度来实现理想的分离效果。
2.方法：沉降分离的方法有许多种，下面介绍其中几种常见的方法。
（1）重力沉降：重力沉降是最基本也是最常用的沉降分离方法。
它利用物体在重力作用下向下沉降的特性，将混合物在重力的作用下静置一段时间，使得较重的固体颗粒沉降到液体底部。
然后通过倾倒或抽取的方式将上层液体倒掉，即可将固体与液体分离。
（2）离心沉降：离心沉降是通过离心力的作用加速沉降的过程。
离心沉降可以将颗粒分离得更彻底，分离速度更快。
离心沉降是利用离心机的转速和半径控制离心力的大小，通过调整离心机的参数，可以实现对不同颗粒的分离。
（3）沉降澄清：沉降澄清是通过调控液体的流速和流向，使颗粒在液体中进行不同速度的沉降，从而实现分离。
沉降澄清通常使用的装置是沉降澄清池或沉降澄清罐。
在这些装置中，通过设计合理的流场，使得颗粒在不同区域以不同的速度沉降，最终实现分离。
（4）浮选法：浮选法是通过将颗粒与空气或气泡结合在一起，使得颗粒浮在液体表面或高于液体表面，实现沉降分离的一种方法。
生物分离-第三章-离心与沉降
离心过滤
离心过滤就是应用离心力代替压力差作为过滤推动力的分离方法， 也称为过滤式离心机。 左图为工业上常用的篮式过滤离心 机，过滤离心机的转鼓为一多孔圆 筒，圆筒转鼓内表面铺有滤布。 操作时，被处理的料液由圆筒口连 续进入筒内，在离心力的作用下， 清液透过滤布及鼓壁小口被收集排 出，固体微粒则被截留于滤布表面 形成滤饼
沉降设备的分类：
• • • • 矩形水平流动池 圆形水平流动池 垂直流动式圆形池 方形池
传统
沉降设备
新型 • 斜板式沉淀池 • 斜管式沉淀池
矩形水平流动池： 沉降特性好，池壁可两池共 用，节省费用
圆形水平流动池： 截面是圆形，高径比小，但 处理量较大，液体从中进入， 向外筒壁流动，通过溢流堰 排出
v0-泵送作用下的液体流速，m/s vc- 粒子在离心力作用下的运动速度， m/s 在多数场合下，vo随r的变化而变化，即r减小时，vo增大，因碟片 间的环隙通道截面积随r减小而缩小。且vo还是微粒位置的y坐标的
函数，即在碟片表面v0=0。 vo可表示为：
Q---为离心机泵送液体的流量，m3/s
n—碟片间隙数
μ—介质黏度，Pa〃s；
v —微粒运动速度，m/s。
这个等式仅当球形微粒较小时方能成立，即：
如果Re>1时，阻力为 f—摩擦系数 当球形粒子在介质中运动时速度较小，因此作用其上的阻力也 较小，当阻力与浮力平衡时，微粒加速度为零。联立方程 3.1 和3.2，得到下式， 此式给出了微粒稳定状态和最终速度
单位面积上的过滤体积可改写为
可得近似离心式过滤机由开始操作至滤饼厚度为(R0-Rc)时的过滤时 间
从一种发酵液中分离提取类固醇，类固醇晶体的 浓度为16kg/m3，料液密度为1000kg/m3.在过滤分 离小试中，处理0.25L发酵液需32min，实验室装 置的过滤面积为8.3· 10-4m2，过滤压降为105Pa， 所得滤饼密度为1090kg/m3，过滤介质阻力可忽 略。扩大实验使用篮式过滤离心机处理发酵液， 离心机转鼓内径为1.02m，高0.45m，转速为 530r/min，在过滤转速时，测知转鼓内的液层和 滤饼的厚度之和为0.055m。求处理1.6m3这种发 酵液所需的分离时间
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•第三章、非均相混合物 分离及固体流态化
•3.1 沉降分离原理及设备 •3.1.1 颗粒相对于流体的运动
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•一、颗粒的特性
•1. 球形颗粒：球形颗粒的尺寸由直径d确定。
体 积 表面 积 比表面 积
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•二、重力沉降设备
• 位于降尘室最高点的颗粒沉降到室底所需的时间为
•气体通过降尘室的时间为
•降尘室 高
•沉降速 度
•降尘室 长
欲使颗粒被分离出来，则
•气流水平通 过降尘室速
度
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或
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•二、重力沉降设备
根据降尘室的生产能力，气体在降尘室内的水平 通过速度为
•降尘室生 产能力
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•概述
机械分离方法，即利用非均相混合物中两 相的物理性质（如密度、颗粒形状、尺寸等） 的差异，使两相之间发生相对运动而使其分离。
机械分离方法
沉降 过滤
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•概述
•非均相混和物分离的应用： •（1）收集分散物质。 •（2）净化分散介质。 •（3）环境保护。
•三、 阻力系数（曳力系数）
•滞流区 •过渡区 •湍流区
•表面摩擦阻力 •形体阻力
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•四、 影响沉降速度的因素
•自由沉降
• 沉降过程中，任一颗粒的沉降不因其它颗 粒的存在而受到干扰 •干扰沉降
• 如果分散相的体积分率较高，颗粒间有明 显的相互作用，容器壁面对颗粒沉降的影响不可 忽略，这时的沉降称为干扰沉降或受阻沉降。
沉降分离原理及方法
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 =-- 22u AF d ρζ=或a d u d g d g d s s ρπρπζρπρπ3223362466=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--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=at u u =——沉降速度“终端速度”推导得()ρζρρ34-=s t gd u0=a()ρρπρπζ-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛s g d u d 322624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 ps 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<<-tRe24=ζ ()μρρ182g d u s t -= 斯托克斯公式过渡区 310Re 1<<t 6.0Re5.18=ζ ()27.06.0Re t s tg d u ρρρ-= 艾仑公式湍流区 53102Re 10⨯<<t 44.0=ζ ()ρρρgd u s t -=74.1 牛顿公式μρt t du =Re该计算公式（自由沉降公式）有两个条件：1.容器的尺寸要远远大于颗粒尺寸（譬如100倍以上）否则器壁会对颗粒的沉降有显著的阻滞作用，（自由沉降—是指任一颗粒的沉降不因流体中存在其他颗粒而受到干扰。
自由沉降发生在流体中颗粒稀松的情况下，否则颗粒之间便会发生相互影响，使沉降的速度不同于自由沉降速度，这时的沉降称为干扰沉降。
简述离心沉降与离心分离的原理和主要设备。
简述离心沉降与离心分离的原理和主要设备。
离心沉降和离心分离是常用的分离技术，它们广泛应用于生物化学、环境工程、制药、食品工业等领域。
本文将分别介绍离心沉降和离心分离的原理及主要设备。
一、离心沉降的原理和设备离心沉降是利用物质不同密度和形态的差异，在离心力的作用下使其沉降速度不同，从而实现分离的过程。
常用的离心沉降设备有旋转式离心机和管式离心机。
旋转式离心机是利用来自电机的动力旋转离心轴，产生离心力将样品沉淀预处理和离心分离，从而获得相应分离物的仪器设备。
旋转离心机适用于离心样品量小，操作简便，但离心速度和离心时间比较低，难以获得高分离效率。
管式离心机是在旋转离心机的基础上发展而来，由储液离心、分离离心和预冷离心三部分构成。
离心样品在离心过程中，通过离心管与离心机离心转子的分类，得到不同的离心位置与离心堆积痕迹。
同时该设备离心放大比例可高达20000倍，非常适用于样品的分离、纯化与富集。
二、离心分离的原理和设备离心分离是指根据不同物质的离心系数不同，在离心力的作用下使样品中的物质分离开来，从而实现纯化、富集和分析的一种方法。
常用的离心分离设备有密度梯度离心机和磁珠分离离心机。
密度梯度离心机利用高分子、高糖等某种材料，根据其密度差异构成了密度梯度离心分离设备，便于不同物质在不同密度梯度中进行分离与纯化，从而实现了单细胞分离和混合杂交。
磁珠分离离心机是利用磁性材料的特性，配合外加磁场实现离心分离的一种方法。
它是以磁性材料与样品中特定成分的磁性微珠结合后，利用磁珠在离心过程中的可控性和特殊结构，从而实现离心分离的一种设备。
离心沉降和离心分离的原理都是基于材料的密度、形态、尺寸等因素对离心力的差异响应分离方法，虽然两种设备的使用场景、原理、特点不同，但在样品分离方面都发挥着重要作用。
离心沉降和离心分离广泛应用于生物化学、生物医学、制药、食品工业、环境工程等领域。
下面分别从这几个领域具体涉及的离心沉降和离心分离的实际应用进行简要介绍：1. 生物化学领域离心沉降技术在生物化学领域中的一个重要应用是蛋白质分离。
沉降式离心机
沉降式离心机化机2010 张华学号2010207416摘要：阐述了沉降离心机的结构、工作原理及用途，并对螺旋卸料式、三足沉降式、管式、碟式沉降离心机就各自的结构、应用场合、分离能力做了较为详细的介绍。
结果表明，单从分离能力比较，管式最大，然后依次是碟式，螺旋卸料式，三足沉降式。
关键词：沉降式离心机；螺旋卸料式；三足式；管式；碟式；分离能力。
1概述1.1概念及存在意义沉降式离心机鼓壁上无孔，受离心力作用，混合物内的相按密度或粒度大小分层。
密度或粒度大者富集于鼓壁，密度或粒度小者富集于中央，从而实现物料的分离。
当离心过滤中因固体颗粒易堵塞过滤介质而过滤阻力过大时或细颗粒漏失过多时，过滤式离心机就无法达到理想的分离效果，此时沉降式离心机就具有了过滤式不可比拟的优势。
利用离心沉降原理，可以把粒径很小的固相颗粒从液相中分离开来。
1.2工作原理及用途加入转鼓中的悬浮液在离心力作用下形成环状液层，其中的固体颗粒沉降到转鼓壁上，形成沉渣。
澄清的液体经转鼓溢流口或吸液管排出，称分离液。
分离结束时用人工或机械方法卸出沉渣。
固体颗粒在向转鼓壁沉降的过程中，还随液体流作轴向运动，进料量过大时，随液体流动至溢流口，而尚未沉降到鼓壁的细颗粒则随分离液排出转鼓，使分离液混浊。
对固液相密度差小、固体颗粒小或液体粘度大的难分离悬浮液应选择分离因数高的沉降离心机，延长悬浮液在转鼓中停留的时间（例如减小进料量或采用长转鼓等），方能保证分离液澄清。
沉降离心机用途较广，尤其适用于离心过滤中因固体颗粒易堵塞过滤介质而过滤阻力过大时或细颗粒漏失过多时的悬浮液分离，但沉渣的含湿量偏高。
沉降离心机可用于结晶、化学沉淀物、煤粉等悬浮液的分离、各种污水污泥的脱水以及动植物油的除渣澄清等。
1.3几种类型本论文主要讲螺旋卸料式离心机，三足式沉降离心机，管式离心机，碟式分离机这四种沉降式离心机。
其中螺旋卸料式属于连续式离心机，三足式、管式、碟式属于间歇式离心机。
稀油站的工作原理
稀油站的工作原理标题：稀油站的工作原理引言概述：稀油站是一种用于处理稀油的设备，其工作原理基于分离、加热和压缩等过程。
本文将详细介绍稀油站的工作原理，包括分离过程、加热过程、压缩过程、控制系统以及应用领域。
一、分离过程：1.1 沉降分离：稀油进入稀油站后，首先通过沉降分离过程，利用重力作用使得油水两相分离。
重油沉降到底部，水分则上浮到顶部。
1.2 离心分离：接下来，通过离心分离技术，将混合物中的固体颗粒和重油分离出来。
离心分离器通过高速旋转，将固体颗粒和重油离心到离心分离器的壁面，然后排出。
1.3 气体分离：在分离过程中，还需要将气体分离出来。
通过气体分离器，将气体从混合物中分离出来，以便进一步处理。
二、加热过程：2.1 热交换器：稀油进入热交换器，与高温热媒介进行热交换。
热媒介的热量传递给稀油，使其温度升高。
2.2 蒸发器：在蒸发器中，稀油被加热至其沸点以上，使得其中的轻质组分蒸发出来。
蒸发后的轻质组分被收集起来，以便后续利用。
2.3 冷凝器：在冷凝器中，将蒸发后的轻质组分冷却，使其凝结成液体。
冷凝后的液体被回收，可以进一步处理或者用于其他用途。
三、压缩过程：3.1 压缩机：稀油中的气体组分需要通过压缩机进行压缩。
压缩机通过提高气体的压力和温度，使其体积减小，从而增加密度和储存能力。
3.2 压缩系统：稀油站中的压缩系统包括多级压缩和冷却装置。
多级压缩可以提高压缩效率，冷却装置则用于降低压缩过程中产生的热量。
3.3 储存：经过压缩后的稀油被储存在储罐中，以备后续运输或使用。
四、控制系统：4.1 传感器：稀油站中的控制系统依赖于各种传感器，用于监测和测量关键参数，如温度、压力和流量等。
4.2 控制器：根据传感器的反馈信息，控制器对稀油站的各个过程进行控制和调节，以确保工作的稳定和高效。
4.3 自动化：稀油站的控制系统通常采用自动化技术，可以实现远程监控和操作，提高工作效率和安全性。
五、应用领域：5.1 石油工业：稀油站广泛应用于石油勘探、开采和加工过程中，用于处理稀油和提取有价值的成分。
事故油池工作原理
事故油池工作原理引言概述：事故油池是一种用于处理事故现场的油污染物的设备。
它通过分离和过滤的过程，将油污染物与水分离，从而达到净化水体的目的。
本文将详细介绍事故油池的工作原理，包括分离原理、过滤原理、处理效果以及应用范围。
一、分离原理：1.1 重力分离：事故油池利用油水比重差异，通过重力作用将油污染物与水分离。
油污染物的密度较大，会沉降到事故油池的底部，而清水则会流向事故油池的上部。
1.2 惯性分离：当油水混合物进入事故油池时，由于事故油池内部结构的设计，使得流体方向发生改变，从而产生惯性力，将油污染物分离出来。
1.3 表面张力分离：事故油池内部设置了一些特殊的材料，能够增加油水界面的张力，使得油污染物会萃在事故油池的表面，便于后续的分离处理。
二、过滤原理：2.1 滤网过滤：事故油池内部设置了一些滤网，用于过滤油污染物中的固体颗粒。
这些滤网具有不同的孔径，可以根据需要选择合适的滤网来过滤不同尺寸的固体颗粒。
2.2 活性炭吸附：事故油池还可以通过添加活性炭等吸附剂，吸附油污染物中的有机物质。
活性炭的大孔结构能够有效吸附有机物质，提高处理效果。
2.3 膜过滤：事故油池中还可以采用膜过滤技术，通过膜的微孔来过滤油污染物中的弱小颗粒和胶体物质，提高过滤效果。
三、处理效果：3.1 油污染物分离率高：事故油池采用多种分离和过滤的原理，能够高效地将油污染物与水分离，分离率通常可以达到90%以上。
3.2 水质净化效果好：经过事故油池处理后的水质能够达到国家相关标准，可以直接排放或者进一步处理。
3.3 可循环利用：事故油池处理后的油污染物可以进行进一步的处理，如油水分离、油品回收等，实现资源的循环利用。
四、应用范围：4.1 事故现场应急处理：事故油池常用于处理事故现场的油污染物，能够快速有效地清除现场的污染物，减少环境影响。
4.2 工业生产废水处理：事故油池也可以应用于工业生产废水处理中，对废水中的油污染物进行处理，达到排放标准。
环境工程原理 第五章 沉降
1 P 2 ut gd P 18
斯托克斯（Stokes）公式
第二节 重力沉降
（2）过渡区：2<ReP<103
18.5 CD 0.6 ReP
ut 0.27
0.6 ( P ) gd P ReP
艾仑(Allen)公式 CD = 0.44
第三节 离心沉降
（二）旋流分离器
• 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，有利于提高分离效 果。
• 在水处理中，旋流分离器又称为水力旋流器，可用于高浊 水泥沙的分离、暴雨径流泥沙分离、矿厂废水矿渣的分离等。
utc
4( P )d P r 2 3 CD
4( P )d P g 重力沉降 ut 3 CD
• 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。 • 离心沉降速率在数值上远大于重力沉降速率。
第三节 离心沉降
π 2 u 2 FD CD dP 4 2
CD与Re有关
第三节 离心沉降
F Fc Fb FD
2 1 3 π u 2 πd P ( P )r 2 CD d P 6 4 2 du m dt 颗粒在此位置上的离心沉降速度：
如果这三项力能达到平衡 du/dt=0
2 CD与ReP的关系曲线转换成 CD ReP 与ReP的关系曲线。
第二节 重力沉降
CDReP－1（不包含颗粒直径的摩擦数群） 由颗粒直径计算沉降速度 由颗粒直径和其他参 数，计算摩擦数群。
沉降过滤式离心脱水机工作原理
沉降过滤式离心脱水机工作原理
沉降过滤式离心脱水机是一种常用于固液分离的设备，通过离心力和过滤技术来将悬浮物从液体中分离出来。
工作原理如下：
1. 液体进料：被处理的悬浮液体通过进料管道进入机器的进料腔体。
2. 离心力产生：当液体进入进料腔体后，离心机通过旋转运动产生一定的离心力，将悬浮物质分离出来。
3. 悬浮物质分离：离心力使得悬浮物向离心机的外缘移动，并且在离心力的作用下沉降到静止液面上形成沉淀层。
4. 液体排出：由于产生的离心力，液体中的较重固体颗粒将被迅速分离出来，将干净的液体通过出料管道排出。
5. 沉淀物排出：当悬浮物沉淀在离心机的静止液面上后，可通过卸渣器将其排出。
通过这种方式，沉降过滤式离心脱水机可以有效地实现悬浮液体的固液分离。
它在水处理、矿业、食品加工等领域中广泛应用，可以快速处理大量的固体悬浮物质，使液体更清澈、干燥，提高生产效率和产品质量。
非均相分离设备讲解
旋风分离器
B
排气 进气
出灰口
旋风分离器示意图
旋风分离器 含尘气体由矩形 进口管沿切向进入器 内,在器壁的作用下作 圆周运动。颗粒被惯 性离心力抛至器壁， 并汇集于锥形底部的 集尘斗（灰斗）中。 净化了的气体从中央 排气管离去。旋风分 离器一般可分离5～ 75m的细小尘粒。
多级旋风分离器
二、过滤
① 生产能力大；② 塔板效率高；
③ 具有适当的操作弹性；
④ 塔板阻力小；
⑤ 塔结构简单，易于加工制造， 维修保养。
常用塔板类型：
（1）泡罩塔 组成：升气管和泡罩
优点：塔板操作弹性大，塔效率也比较高，不易堵。 缺点：结构复杂，制造成本高，塔板阻力大但生产能力不大。
圆形泡罩
泡罩塔
条形泡罩
（2）筛板塔板
S b H
集尘斗 气体入口
气体出口
降尘室
H bu
含 尘 气 体
净 化 气 体
颗粒
降尘室操作示意图
颗粒的停留时间
颗粒的沉降时间
L LHb u qV
② 颗粒分离(沉降)条件
H t ut
含尘气体
ut
u
净化气体
停留时间 沉降时间 t
L H 即： u ut
③ 生产能力 (可处理的尘气体积流量q V)
结构和工作原理
滤框、 滤板— 洗涤板，非洗涤板
1钮
2钮
3钮
料液通道 洗涤液通道
非洗涤板
框
洗涤板
板框压滤机
排列方式：Leabharlann 、框交替，个数可调。操作方式：间歇操作
操作周期：组装→过滤→洗涤→卸渣→整理。
过滤过程：
滤浆
滤液
化工原理第三章沉降3-1
由此可知：
一定粒径的颗粒，沉降室的生产能力只与与底面积WL和 utc 有关，而与H无关。
故沉降室应做成扁平形，或在室内均匀设置多层隔板。
气速u不能太大，以免干扰颗粒沉降，或把沉下来的尘粒重新 卷起。一般u不超过3m/s。
降尘室
结构：入口截面为矩形气体
进口
思考1：为什么气体进入降尘 室后，流通截面积要扩大？
2.停留时间与沉降时间
L W
气体出口
降尘室底面积：A0＝W×L
气体入口
H
含尘气流通截面积：S＝ W×H 颗粒因沉降被除去的条件： 停留时间＞沉降时间 停留时间：t ＝L/u 沉降时间：0＝H/ut
集尘斗 净 化 气 体
颗粒
含 尘 气 体 降尘室操作示意图
L H u ut
3.临界粒径dpc（critical particle diameter）： 临界粒径:能100％除去的最小粒径。
ut非球<ut球
。
对于细微颗粒(d<0.5m)，应考虑分子热运动的影响，不能用 沉降公式计算ut；
沉降公式可用于沉降和上浮等情况。
(2) 壁效应 (wall effect) ： 当颗粒在靠近器壁的位置沉降时，由于器壁的影响，其沉 降速度较自由沉降速度小，这种影响称为壁效应。
（3）干扰沉降（hindered settling）：
第三章 沉降与过滤
重点：过滤和沉降的基本理论、基本方程
难点：过滤基本方程的应用、过滤设备
概 述
一、非均相物系的分离 混合物有： 均相混合物(物系)：物系内部各处物料性质均匀，无相界面。 例：混合气体（天然气）、 溶液（石油）
非均相混合物(物系)：物系内部有隔开的相界面存在，而在相
沉降槽分离的基本原理
沉降槽分离的基本原理沉降槽是一种用于分离固液混合物的设备，其基本原理是利用重力将固液混合物分离开来。
沉降槽分离的过程包括混合物的进料、沉降分离、沉渣底出、清液出口、澄清液出口等。
沉降槽内的分离主要是通过重力沉降原理实现的。
当固液混合物进入沉降槽时，由于重力的作用，固体颗粒会沉降到槽底，而液体则向上浮起。
这是因为固体颗粒的密度通常大于液体，所以受到的重力也更大，从而使得固体沉降到底部。
在沉降槽中，根据固液混合物的密度差异以及固体颗粒的大小、重力作用的大小等因素，可以实现不同粒度、不同密度的颗粒的分离过程。
较小的固体颗粒会更容易随着液体一起上升，而较大的固体颗粒则会更容易沉降到底部。
根据固液混合物的具体情况，可以通过合理设置沉降槽的尺寸、倾斜角度、进料方式等参数，来控制分离过程中固液分离的效果。
沉降槽的沉渣底出口通常设置在槽底，固体颗粒沉降到底部后，通过底部出口进行排出。
清液出口则设置在槽顶，用于排出上浮的液体。
澄清液出口一般位于干区，并且比清液出口要高，用于排出在上浮过程中被带到干区的细小颗粒。
在实际应用中，为了提高分离效果，常常采用改变沉降槽的结构，如设置分隔板、增加滤料等。
分隔板的作用是防止上升液体中的固体颗粒再次下沉，从而提高澄清液的纯度。
滤料的作用是过滤掉较小的固体颗粒，使得澄清液更加清澈。
除了基本的分离原理，沉降槽的使用还需要注意以下几点：首先，沉降槽中的进料速度应适中，过大或过小都会影响分离效果。
其次，沉降槽应定期清理，避免积累过多颗粒导致分离效果下降。
同时，沉降槽的结构也需要合理设计，以提高分离效果。
总之，沉降槽的分离原理基于重力沉降，通过固液混合物的重力分离实现固液分离。
通过合理设置沉降槽的参数和结构，可以提高分离效果，满足不同颗粒的分离需求。
在实际应用中，需要根据具体情况进行合理操作和维护，以达到良好的分离效果。
沉降分离原理及方法
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 =-- 22u AF d ρζ=或a d u d g d g d s s ρπρπζρπρπ3223362466=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--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=at u u =——沉降速度“终端速度”推导得()ρζρρ34-=s t gd u0=a()ρρπρπζ-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛s g d u d 322624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 ;——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 ps 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<<-tRe24=ζ ()μρρ182g d u s t -= 斯托克斯公式过渡区 310Re 1<<t 6.0Re5.18=ζ ()27.06.0Re t s tg d u ρρρ-= 艾仑公式湍流区 53102Re 10⨯<<t 44.0=ζ ()ρρρgd u s t -=74.1 牛顿公式μρt t du =Re该计算公式（自由沉降公式）有两个条件：1.容器的尺寸要远远大于颗粒尺寸（譬如100倍以上）否则器壁会对颗粒的沉降有显著的阻滞作用，（自由沉降—是指任一颗粒的沉降不因流体中存在其他颗粒而受到干扰。
自由沉降发生在流体中颗粒稀松的情况下，否则颗粒之间便会发生相互影响，使沉降的速度不同于自由沉降速度，这时的沉降称为干扰沉降。
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3.1.2 颗粒及颗粒群的特性
2. 颗粒的平均直径
根据比表面积相等的原则 比表面积平均直径
颗粒的平均直径
长度平均直径
d am
1 xi
di
d Lm
xi
d
2 i
/
xi
d
3 i
表面积平均直径
d Am
xi di
/
xi
d
3 i
体积平均直径
故降低粘度对操作有利。
Ø 对悬浮液的沉降过程应设法提高温度， Ø 对含尘气体的沉降应降低气体温度。
u 颗粒的体积分数
当颗粒的体积分数小于0.2%时，理论计算值的偏差在1%以内。 当颗粒体积分数较高时，由于颗粒间相互作用明显，便发生干扰沉降。
22
3.2.1 重力沉降（Gravity Settling）
《化工原理》
第3章 非均相物系分离
绪论与沉降分离
Settlement Separation
3.1 概述
Ø 学习目的与要求 u 掌握沉降、过滤等过程的原理和计算方法 u 了解典型设备的结构特性 u 能够根据生产工艺的要求，合理选择设备。
2
3.1.1 非均相混合物的分离方法
Ø 分类
混合物
均相混合物
溶液 混合气体
标系中，
如 P215 图3－3所示。
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3.2.1 重力沉降（Gravity Settling）
u 无量纲数群判别法
(1)已知d求ut
令K 3
d3 (s )g 2
滞流区：Re t
du t
d3 (s )g 182
K3 18
1
K 2.62
湍流区：Re t
dVm
1/
xi
d
3 i
12
3.2 沉降分离
根据外力场的不同，沉降分离可分为：
重力沉降 重力
离心沉降 惯性离心力
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3.2.1 重力沉降（Gravity Settling）
Ø 自由沉降速度
重力 Fg 浮力 Fb 阻力 Fd
Fg
mg
6
d 3s g
Fb
gV
6
d 3g
Fd
A
u 2 2
20
3.2.1 重力沉降（Gravity Settling）
Ø 影响自由沉降速度的因素
u 颗粒直径 d
ut
ut
4d s - g
3
滞流区，ut∝d2；过渡区ut∝d1.143；湍流区ut∝d0.5。即随着Ret的增加，其 影响减弱，在生产中对小颗粒的沉降采用添加絮凝剂来加速沉降。
单个颗粒在流体中的沉降过程分为两个阶段：加速段和等速段，对于小颗粒， 加速段极短，通常可以忽略，于是，整个沉降过程都可认为是匀速沉降。
du/d =0，u= ut
沉降速度为： ut
4d s - g
3
终端速度
15
3.2.1 重力沉降（Gravity Settling）
Ø 阻力系数 ξ Ø量纲分析可知
滞流区：Ret
du t
K' 0.0556
18u3t 2 18K' 1 (s )g
湍流区：Ret
du t
1.74 u3t 2 (s )g
1.74K' 103
K' 3027.6
过渡区：K' 0.0556 ~ 3027.6
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3.2.1 重力沉降（Gravity Settling）
某水泥厂厂房外粉尘
固液混合物
2.非均相混合物的分离方法
Ø 为什么要进行非均相物系分离？
目的：流体与固体颗粒分离
Ø 如何进行非均相物系分离？
机械分离：靠机械力的作用分离非均相 混合物的操作称为机械分离。
2014年昆山粉尘爆炸事故
沉降分离 颗粒相对于流体而运动 两相运动方式
过滤 流体相对于固粒而运动
职业病——肺尘病
滞流区： ut
d 2(s 18
)g
K 2.62 ~ 69.1
过渡区： ut 0.27
d(s
)g
Re
0.6 t
K 69.1
湍流区： ut 1.74
d(s )g
28
3.2.1 重力沉降（Gravity Settling）
(2)已知ut求d
令K' u3t 2 (s )g
u 流体密度
ut
其它条件相同时，颗粒在空气较在水中易沉降。
u 颗粒密度 s
ut
其它条件相同时，密度大的颗粒先沉降。
3.2.1 重力沉降（Gravity Settling）
u 粘度的影响
ut
d 2 (s )g 18
滞流区阻力主要来自于流体粘性引起的表面摩擦力；沉降多在滞流区进行，
ut 1.74
d (s )g
18
3.2.1 重力沉降（Gravity Settling）
说明
滞流区：由流体粘性引起的表面摩擦阻力居主要地位。μ↑，ut↓
湍流区：流体在颗粒尾部出现边界层分离而形成漩涡，形体阻力居主要地位，μ对ut影响很小。
过渡区：表面摩擦力和形体阻力均不可忽略
Ø上式满足条件：(1)容器相对颗粒直径大得多(100倍以上) (2)颗粒不可过细，否则出现布朗运动(d>2μm)
u 器壁效应的影响 容器的壁面和底面均增加颗粒沉降时的阻力，使实际沉降速度降低。
当D/d>100时，器壁的影响可忽略。否则需考虑，在层流区器壁对沉降速度
的影响可表示为： u 颗粒形状的影响
u
' t
1
ut 2.1(
d
)
D
在体积相同时因圆球的表面积最小，故圆球下沉时受到的阻力最小。
通常s愈小，受到阻力愈大，
3
u
2 t
Re t
du t
Re
1 t
du t
Re
1 t
4d(s 3
)g
u
2 t
du t
4(s )g
3
2
u
3 t
计算步骤：
a.计算Re
-1 t
b.由图中查得Ret
c.由Re t
du t
反算u
t
以
Re
1 t
～
Re
t
作图，标绘在双对数坐
浮力 Fb 阻力 Fd
重力 Fg 颗粒在流体中沉降时
受力示意图
14
3.2.1 重力沉降（Gravity Settling）
Ø 根据牛顿第二运动定律，即 Fg Fb Fd ma
Ø 整理后可得
6
d 3s
- g
ut2
2
d 2
4
m du dt
Ø 随着颗粒向下沉降，u逐渐增大，du/d 逐渐减少。 Ø 当u增到一定数值ui时，du/d =0。颗粒开始作匀速沉降运动。
Ø适用条件：(1)颗粒静止，流体运动
(2)颗粒运动，流体静止
(3)颗粒流体作相反方向运动
(4)颗粒、流体作相同方向运动，但速度不同
19
3.2.1 重力沉降（Gravity Settling）
Ø 影响自由沉降速度的因素 自由沉降 沉降过程中，任一颗粒的沉降不因其他颗粒的存在而受到干扰。
干扰沉降
如果分散相的体积分率较高，颗粒间有明显的相互作用，容器 壁面对颗粒沉降的影响不可忽略，这时的沉降称为干扰沉降或受 阻沉降。
7
大气、河海等环境污染。
3.1.2 颗粒及颗粒群的特性
Ø 颗粒的特性
球形颗粒：球形颗粒的尺寸由直径d 确定。
体积
V πd 3
6
表面积
S πd 2
〖注〗
比表面积
a S 6 Vd
对一定直径的颗粒，比表面积一定；颗粒的直径愈小，比表面积愈大，因此
可以根据比表面积的大小，来表示颗粒的大小，特别是微小颗粒。
23
3.2.1 重力沉降（Gravity Settling）
Ø 沉降速度的计算
u 试差法 若ut未知→ Ret未知→ζ未知 →无法选择计算公式→无法计算ut， 此时可采用试差法。 计算步骤：
假设某种流型 用相应公式计算出ut 校核Ret
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3.2.1 重力沉降（Gravity Settling）
计算步骤：
1.计算K' u3t 2 (s )g
2.据K'选择公式计算d：
K' 0.0556
滞流区：d 18ut (s )g
K' 0.0556 ~ 3027.6
过渡区：d
ut 0.27
2
(s
)gRe0t .6
K' 3027.6
湍流区：d u t 2
物系内部各处物料性质均匀， 不存在相界面
悬浮液
非均相混合物
液态非均相 气态非均相
乳浊液 含尘气体
含雾气体
物系内部有隔开 的两相界面存在， 且界面两侧物料 性质截然不同
3
1.混合物的分类
具有不同物理性质(如密度差别)的分散物质和连续介质所组成的物系称为 非均相混合物或非均相物系,因此，受到外力作用时运动状态就不同。
s 1