沉降槽设计说明书

一、沉降槽概念
（1）沉降原理
在重力作用下，由于固体与液体的密度差，固体沉于底部，清液从槽上部沿周边溢流排出。

最适合于处理固液密度差比较大，固体含量不太高，而处理量比较大的悬浮液。

(2)沉降目的
浓缩：目的是将悬浮液增稠
澄清：从比较稀的悬浮中除去少量的悬浮物
(3)沉降设备
（1）间歇式沉降槽：完成间歇沉降操作的设备.特点是清液和沉渣是经过一段时间后才能产出。

（2）连续沉降槽：保持沉降槽内的各个区域，即连续加入悬浮液，并连续产生清液和沉渣的沉降槽。

（4）液固分离方法
固相颗粒分散在液体中所形成的物系称作悬浮液。

将分散的粉粒聚集并与液体分离的操作，称为液固分离，其方法有重力沉降、离心沉降和过滤等。

重力沉降适于处理固、液相密度差比较大，固体含量不太高，而处理量比较大的悬浮液。

工业上的沉降操作一般分为浓缩和澄清两大类。

前者主要是为了将悬浮液增稠，后者主要是为了从比较稀的悬浮液中除去少量悬浮物，用于浓缩操作的设备称为增稠器，又叫沉降槽；用于澄清操作的设备称为澄清槽。

（5）干扰沉降
工业上，悬浮液中固体含量较高，颗粒的沉降多属于干扰沉降。

干扰沉降情况与自由沉降有明显区别：
1）干扰沉降时，每个颗粒因受到附近颗粒的干扰，故受到比自由沉降时更大的阻力；
2）干扰沉降中，大颗粒是相对于小颗粒的悬浮体进行沉降，所
以介质的有效密度和有效粘度都大于纯净液体，有斯托克斯公式
可知，d、p，一定时，介质的密度与粘度越大，沉降速度便越小。

因此，大颗粒在有小颗粒存在的悬浮液中的沉降速度，比在澄清
液中速度小；
3）干扰沉降中，悬浮液中的小颗粒有被沉降较快的大颗粒向下拖拽的趋势。

即小颗粒在悬浮液中沉降速度比在澄清液中速度大。

总之，干扰沉降时，悬浮液中大颗粒的沉降速度减慢而小颗粒加快。

实验表明，对于粒度差别不超过6:1的悬浮液，所有粒子都以大体相
同的速度沉降。

悬浮液的沉降过程，可以通过间歇沉降试验来观测，
实验中可取得的表观沉降速度与悬浮液浓度的关系，以及沉降浓度
与压紧时间的关系数据。

（6）沉降槽
生产中普遍应用是单层连续沉降槽，是一个底部稍带锥形的大直径圆筒形槽。

料浆经中央下料筒送至液面以下0.3~1米出，即要插到悬浮液区。

清液由槽壁顶端周圈上的溢流堰连续流出，称为溢流。

颗粒下沉，沉渣由缓慢转动的耙集中到底部中央的卸渣口排出，称为底流。

在连续沉降槽中，上部的悬浮液很稀，颗粒的沉降速度快，而底部的密度和浓度都很高，虽然每一个颗粒的沉降终速很小，但单位时间单位面积上固体颗粒通过的总量要比槽的中部的多，因此，在连续沉降过程中，会出现一个质量速率为最小值的平面，它对沉降槽固体的产量起控制作
用，称为极限平面。

（7）影响沉降速度的因素
4）干扰沉降；
5）端效应；
6）分子运动；
7）颗粒形状的影响；
8）连续介质运动。

二、原始数据
（1）车间年产量为36万吨氧化铝；
（2）反向洗涤，即往最后一个洗涤沉降槽内加水，而往其他洗涤沉降槽内加下一次洗涤的洗水；
（3）整个分离沉降槽系统的料浆温度不低于95℃；
（4）每生产1吨氧化铝，进入分离沉降槽的稀释后溶出浆液质量是17518.03kg，其中，铝酸钠溶液为16668.92kg，铝酸钠溶液苛性比a k=1.5，铝酸钠溶液中含有：
Al2O3 Na2O k Na2O c H2O CO2
2305.55kg 2032.30kg 142.62kg 12063.54kg 124.74kg （5）每生产1吨氧化铝，赤泥中未洗净的苛性碱与碳酸碱浓度之和不行超过
4.5kg（氧化铝同样不能超过4.5kg）。

三、准备计算（产一吨氧化铝，送沉降的稀释液中赤泥的量）
沉降时水的蒸发量=16668.92*0.326%=54.34kg；
16668.92kg铝酸钠溶液中固含=1.6668.92*0.200%=33.34kg；
又损失0.05kg，则这三项合计87.73kg；
每生产一吨氧化铝沉降槽产出赤泥量=17518.03-16668.92-87.73=761.38kg 四、洗涤次数
（1）假设采用三次洗涤
1）加水量计算
进水量：
液固比为3的底流带入水量=3*761.38=2284.14kg
加入到最后一台的水量为x kg，总计（2284.14+x）kg
耗水量：
液固比为2.5的弃赤泥带走的液量=761.38*2.5=1903.45kg
送稀释的一次洗液带走量=6639.55kg
总计：6639.55+1903.45=8543kg
由进水量与耗水量相等可得：
2284.14+x=8543
X=6258.86kg=6.259t
可见，生产一吨氧化铝需要在最后一台洗涤沉降槽内加入6.259t 水。

表（1）用于计算沉降槽的数据
2）检验洗涤次数
从分离沉降槽排入第1台洗涤沉降槽的底流量
G沉=761.38*3.0=2284.14kg=2.284t
从第1台洗涤沉降槽排入第2台洗涤沉降槽的底流量
G1=761.38*2.85=2169.93kg=2.170t
从第2台洗涤沉降槽排入第3台洗涤沉降槽的底流量
G2=761.38*2.7=2.056t
从第3台洗涤沉降槽排出的溶液量
G3=761.38*2.5=1.903t
根据每台洗涤沉降槽的液相平衡方程计算溢流量，其液相平衡方程为：
用于第3台洗涤沉降槽的溢流量
S3=x+ G2- G3=6.259+2.056-1.903=6.412t
用于第2台洗涤沉降槽的溢流量
S2= S3+ G1- G2=6.412+2.170-2.056=6.526t
用于第1台洗涤沉降槽的溢流量
S1= S2+ G沉- G1=6.526+2.284-2.170=6.64t
进入第二台洗涤沉降槽的泥浆和溢流合量
G3+ S1=1.903+6.64=8.543t
采用三次洗涤是每台洗涤沉降槽中Na2O t浓度计算
计算按照1吨溶液进行。

每台洗涤沉降槽中Na2O t浓度：C沉、C1、C2、C3
C沉=（2032.5+140.62）/16668.92=0.130
碱平衡方程：
1）G沉C沉+S2C2=S1C1+G1C1即2.284*0.130+6.526C2=8.81C1
2）G1C1+S3C3=S2C2+G2C2 即2.17C1+6.412C3=8.582C2
3）G2C2+X*0=S3C3+G3C3 即2.056C2=8.316C3
解得C3=0.00336
G3C3=0.006394t=6.394kg
生产一吨氧化铝得损失Na2O t约为6.394kg＞4.5kg，所以三级洗涤
沉降槽不符合要求。

（2）假设采用四次洗涤
表（2）用于计算沉降槽的数据
1）检验洗涤次数
从分离沉降槽排入第1台洗涤沉降槽G 沉=761.38*3=2.284t 从第1台带入第2台： G 1=761.38*2.875=2.189t 从第2台带入第3台： G 2=761.38*2.75=2.094t 从第3台带入第4台：
G 3=761.38*2.625=1.999t 从第4台带入赤泥堆积厂：
G 4=761.38*2.5=1.903t
根据每台洗涤沉降槽的液相平衡方程计算。

其平衡方程为： 用于第4台洗涤沉降槽：S 4= x+ G 3- G 4 =6.355t 用于第3台洗涤沉降槽：S 3= S 4+ G 2- G 3 =6.45 t 用于第2台洗涤沉降槽：S 2= S 3+ G 1- G 2 =6.545 t 用于第1台洗涤沉降槽：S 1= S 2+ G 沉- G 1 =6.64 t
采用三次洗涤是每台洗涤沉降槽中Na 2O t 浓度计算 计算按照1吨溶液进行。

每台洗涤沉降槽中Na 2O t 浓度：C 沉、C 1、C 2、C 3 、C 4 碱平衡方程：
1）G 沉C 沉+S 2C 2=S 1C 1+G 1C 1即2.284*0.130+6.545C 2=8.829C 1 2）G 1C 1+S 3C 3=S 2C 2+G 2C 2 即2.189C 1+6.45C 3=8.639C 2 3）G 2C 2+ S 4C 4=S 3C 3+G 3C 3 即2.094C 2+6.355 C 4=8.449C 3 4）G 3C 3+ X*0=S 4C 4+G 4C 4 即1.999C 3=8.258C 4
故C 3=4.131 C 4，C 2=13.633C 4，C 1=41.631 C 4，C 4=0.001067 G 4C 4 =2.031kg
生产一吨氧化铝得损失Na 2O t 约为2.031kg ＜4.5kg ，所以四级洗涤沉降槽符合要求，假设合理。

2）23Al O 浓度
同理
C ’沉，1C ’，2C ’，3C ’，4C ’。

为23Al O 浓度。

C ’沉=2305.55/16668.92=0.138
1C ’=0.04713，2C ’=0.01543，3C ’=0.004676，4C ’=0.001132
五、溶液浓度计算
Na 2
O c
所占比例=142.62/（462.62+2032.3）*100%=6.56%
Na 2O k 所占比例=1-6.56%-93.44%
表（3）由此得出洗涤沉降槽各组分浓度（%）
N c =+0.009a+0.00425N ρρ液
式中：a ，Nc ——Al 2O 3和Na 2O c 的浓度，%；
N ρ——苛性钠溶液密度，3g /cm ；
代入数据得
第1台洗涤沉降槽：
N ρ=1.086+（1.097-1.086）⨯（4.442-4.325）/(5.10-4.325)=1.0883/g cm
ρ1液=1.088+0.009*4.713+0.00425*0.2914=1.132 3/g cm 第2台洗涤沉降槽：
N ρ=1.027+(1.102-1.091) ⨯（1.445-0.929）/（1.704-0.929）=1.0343/g cm
ρ2液=1.034+0.009*1.543+0.00425*0.0954=1.048 3/g cm 由ρ2液推知其余各台洗涤沉降槽中溶液ρ液近似为1.0003g /cm .
六、沉降槽主要尺寸
（1）沉降槽面积计算。

沉降槽的面积采用下式计算：
=0.0417G /F θθωρ-沉稀浓干赤泥液（）
N c =+0.009a+0.00425N ρρ液
式中：F 沉——沉降槽的面积，2m ；
θ稀，θ浓——沉降槽进出浆液固液比；
ω——沉降槽流出液占流入液的比例，根据浆液的可沉降性在0.2~0.3之间取值，在此取0.4；
ρ液——沉降槽流出液的密度，3g /cm ； a ，Nc ——Al 2O 3和Na 2O c 的浓度，%；
N ρ——苛性钠溶液密度，3g /cm 。

ρ沉=1.187+0.009*1.383+0.00425*0.853=1.315
每生产1吨氧化铝产出赤泥761.38kg ，每天赤泥量，
G 干赤泥=0.76138*300000/365=625.79 t/d
每小时 G 干赤泥=625.79/24=26.07 t/h θ稀=16668.92/761.38=21.89 θ浓=3.0
F 分=0.0417*（21.89-3）*26.07/（1.315*0.4）=39.04
分离沉降槽利用系数η=0.95时，必需的沉降面积为
F 分=39.04/0.95=41.09 2m
计算得洗涤沉降槽 1θ稀=11.60 θ稀2=11.35
θ稀3=11.10 θ稀4=10.85
洗涤沉降槽利用系数η=0.98 1F 洗=0.0417*（11.60-2.875）*26.07/（0.4*1.132*0.98）=21.38
F 洗2=0.0417*（11.35-2. 75）*26.07/（0.4*1.048*0.98）=22.76
F 洗3=0.0417*（11.10-2.625）*26.07/（0.4*1.000*0.98）=23.50 F 洗4=0.0417*（10. 85-2. 5）*26.07/（0.4*1.000*0.98）=21.16
D 分
= 7.23 取D 分=8 m
1D 洗
D 洗2
= 5.38 D 洗3
D 洗4
所以4台洗涤沉降槽直径取6 m ，另外，生产中需要备用一台。

共记5台直径6 m 的洗涤沉降槽。

1台直径8 m 的分离沉降槽。

（2） 其他尺寸
1）沉降槽高度
沉降槽高度可按压缩区的容积等于底流体积流量与压缩时间的乘积求得，即
1/(1)s s L
L S Q h F ρτ
ρρ⋅=+
126070221003
(1)39.0421001315
h ⨯⨯=
+⨯= 3.68 m
式中：1h ——槽的压紧区高度，m ；
Q ——沉降槽的固相处理量，/kg h ；
τ——矿浆在槽内的停留时间，h ； F ——沉降槽的面积，2m ；
s
ρ
——底流密度，3kg /cm ；
L ρ——清液密度，3kg /cm ；
/L S ——清液与底液的流比。

大型沉降槽的清液区高度2h ，加料区高度3h 和过渡区高度4h 按经验
取值，通常为0.5~1 m
则槽的总高度为：
1234H h h h h =+++=3.68+0.5+0.5+0.5=5.18故取高度为6m
2）溢流堰：
其尺寸通常按经验取值，溢流堰截面尺寸为300mm*300mm 。

3）排泥口
通常按经验取值，排泥口截面尺寸为 φ400 mm 。

七、热损失的计算
按照经验观点，单层沉降槽的外表面积是沉降面积的2.7 3.0倍，此
处取2.7，则
222
F =3.14D /4=3.148/450.24m ⨯=沉
222
F =3.14D /4=3.146/428.26m ⨯=洗
混合槽的直径设为：D=4m ；H=6m,
此时 S 混=3.14D （H+D/2）=3.14⨯3⨯(6+4/2)=100.482
m S 总=S 沉+4S 洗+4S 混
=50.24⨯2.7+4⨯28.26⨯2.7+4⨯100.48 =842.7762
m
根据实践数据设饲料箱和溢流箱以及矿浆管道的表面积，占分离沉降槽、洗涤沉降槽和混合槽总表面积的6.5％。

则S 总=1.065⨯842.776=897.5562
m ，取8982
m 。

1212()()
Q Q a a S t t =⨯+⨯⨯-
设1t =95℃，2t =25℃，那么无保温时： a 总=4.2⨯（8+0.05 1t ）=53.55 2KJ/cm h ⋅⋅℃
Q=53.55⨯898⨯(95-25)=3.37 ⨯6
10KJ/h
其中：
分离沉降槽：66
3.371050.24 2.7/8980.5110/KJ h ⨯⨯⨯⨯=⨯
洗涤沉降槽：663.37104 2.728.26/898 1.1510⨯⨯⨯⨯=⨯/KJ h
混合槽：663.37104100.48/898 1.5110/KJ h ⨯⨯⨯=⨯
管道：
650.51 1.15 1.51)10210/KJ h ---⨯=⨯（3.37 保温效率取90％，则热损失为：/KJ h
5=0.5110Q ⨯沉 5=1.1510Q ⨯洗 5=1.5110Q ⨯混 4=210Q ⨯管
5=3.3710Q ⨯总损
此种情况下生产1吨氧化铝得单位热损失（氧化铝每小时产能是
300000/(365⨯24)=34.247吨）是：
53q =0.5110/34.247 1.4910/KJ h ⨯=⨯沉
53q =1.1510/34.247 3.3610/KJ h ⨯=⨯洗
43q =1.5110/34.247 4.4110/KJ h ⨯=⨯混
42q =210/34.247 5.8410/KJ h ⨯=⨯管 53q =3.3710/34.2479.8410/KJ h
⨯=⨯总 矿浆因外界热损失的温度降低：
生产1吨氧化铝，进入沉降和洗涤系统的物料量：
进入分离沉降槽：Kg
稀释浆液带入的铝酸钠溶液：16668.92
干赤泥：761.38
进入洗涤沉降槽 ：
浓缩浆液带入的铝酸钠溶液：2284.41
干赤泥：761.38
热水：6258.86
溶液、赤泥和水的热容分别为：3.65、0.90、4.2 /()KJ Kg ⋅℃
则 C 沉=16668.92⨯3.65+761.38⨯0.9=61526.8KJ/℃
C 洗=2284.41⨯3.65+761.38⨯0.9+6258.86⨯4.2=35310.6 KJ/℃
则各部分的温度降低值为：
分离沉降槽：
3
T=/=1.4910/61526.8=0.024 q C⨯
沉沉
℃
洗涤沉降槽：
3
T=/=3.3610/35310.6=0.095 q C⨯
洗洗
℃
混合槽：
3
T=/=4.4110/35310.6=0.125 q C⨯
混混
℃
管道：T=/=581/35310.6=0.016 q C
管管
℃
所以总的温度降为：0.024+0.95 +0.125+0.016=0.260℃
因此，为使系统中所有地点的赤泥浆液的温度均不低于95℃，要求加入分离沉降槽的稀释料浆温度保持在100℃，而加入洗涤系统的热水温度应为96~97℃。

八、工作原理
(1)工作原理：
沉降槽的中央下料筒插入到悬浮液区，待分离的悬浮液（料浆）经中央下料筒送到液面以下0.1-1.0m处，在尽可能减小扰动的条件下，迅速分散到整个横截面上，液体向上流动，清液经由槽顶端四周的溢流堰连续流
出，称为溢流；固体颗粒下沉至底部，缓慢旋转的耙机（或刮板）将槽底的沉渣逐渐聚拢到底部中央的排渣口连续排出，排出的稠泥浆称为底流。

耙机的缓慢转动是为了促进底流的压缩而又不至于一起搅动。

料液连续加
入，溢流及底流则连续排出。

当连续式沉降槽的操作稳定之后，各区的高度保持不变，如下图（1）所示。

(2)使用条件：
1）处理单位固体量所需沉降面积为0.028-0.056)/(2d t m ⋅，甚至低于0.014)/(2d t m ⋅
2）末次洗涤清液固含不高于0.2g/L,末次洗涤底流固含为46％-53％，末次洗涤底流附碱不大于5kg/t
3) 测控系统的先进性
九、小结
通过查阅了相关的文献与资料，对沉降槽的原理、结构、特点有了一定的了解，明确了设计思路；学会了设计沉降槽的相关计算及计算时的注意事项；对于用CAD 画图有了一定的了解和掌握。

通过本次课程设计，掌握了设计沉降槽的一些能力和技巧，在以后的学习和工作中遇到相同的问题时，能借鉴此次设计的一些经验进行处理，对以后的学习和工作有很大帮助。

另外，课堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我作本次课程设计的第二大收获。

整个设计我基本上还满意，由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。

希望答辩时，老师多提些问题，由此我可用更好地了解到自己的不足，以便课后加以弥补。