第三章 第2节 重力沉降分离设备

（qVs）总＝5.6×25＝140（m3/s）
（5）有关降尘室的几点说明 ①气体在降尘室内流通截面上的均布非常重要，分
布不均必然有部分气体在室内停留时间过短，其中
所含颗粒来不及沉降而被带出室外。为使气体均布
，降尘室进、出口通常都做成锥形；
锥形进、出口
降 尘 室 实 物 图
②为防止操作过程中已被除下的尘粒又被气流重新 卷起，降尘室的操作气速往往很低（一般不超过 3m/s）； ③为保证分离效率（临界粒径小），室底面积也必 须较大。因此，降尘室是一种庞大而低效的设备； ④通常只能捕获粒径大于50μm的粗颗粒。要将更细 小的颗粒分离出来，就必须采用更高效的除尘设备
同，所以水在三
者中流速逐渐减
小。
【分级原理】 （1）将沉降速度（密度）不同 的两种颗粒倾倒到向上流动的
水流中；
（2）水的速度调整到在两者的 沉降速度之间； （3）沉降速度（密度）较小的 那部分颗粒便被漂走分出，沉
降速度（密度）较大的则被截
留下来。
【例如】石英和方铅矿的混合球形颗粒在水力分级
器中进行分离。两者的密度分别为2650kg/m3和
（如旋风除尘器、电除尘器等）。
空气
硫铁矿 焙烧炉 降尘室 旋风分离器
去转化器
电除尘器
泡沫塔
二氧化硫除尘净化工艺流程简图
3、增稠器（沉降槽、澄清器） 【定义】通过沉降的方法分离悬浮液（液固混合物
）的设备。
（1）沉降槽的作用 ①提高悬浮液浓度（增稠器）； ②得到澄清液体（澄清器）。 （2）沉降槽的分类 分为间歇沉降槽和连续沉降槽。 工业过程中一般采用连续沉降槽。
【例】某降尘室长3米，在常压下处理2500m3/h含尘
气体，设颗粒为球形，密度为2400 kg/m3，气体密度
为1 kg/m3，粘度为2×10-5Pa.s，现要求该降尘室能
够除去的最小颗粒直径为4×10-5 m，计算降尘室宽
度为多少？
例 题 解 答
【解】据：
qVs bL utc
设降尘室内颗粒沉降时处于层流区（斯托克斯定
③絮凝剂的种类 凡能促进溶胶中微粒凝聚的物质皆可作为絮凝剂 ，常用的絮凝剂有以下几种： A.电解质：如明矾、三氯化铝等； B.高分子化合物：如聚丙烯酰胺等；
C.表面活性剂。
化盐水
聚丙烯酰胺
原盐
粗盐水
化盐桶
精制折流槽
至电解槽
清盐水
砂滤器
澄清槽
盐水生产工艺流程简图
料井
转耙
澄 清 器 的 倒 喇 叭 形 料 井
【说明】料浆进入倒喇叭形料井后，流速减小，以免将沉降到 底部的固体颗粒卷入液相中。
变速齿轮
进料管
电机
通常小槽耙的转速为1r/min，大槽的约为0.1r/min左右。
（3）沉降槽的工作原理
料浆经料井送到液 面以下0.3～1.0m处 。迅速分散到整个 横截面上；
降尘室
（2）降尘室的工作原理
H 沉降速度
L 结论
水平运 动速度
如果气体的停留时间（L/u ）≥颗粒的沉 降时间（H/ut），尘粒便可分离出来。
（3）降尘室的性能及工艺参数 降尘室的工艺参数及性能指标主要有以下几项： ①临界粒径（分离效果）； ②临界沉降速度； ③最大处理量（生产能力）。
①能被除去的最小颗粒直径——临界粒径（dpc） 【定义】对于一定的设备（L、b、H）、一定的处理 量（qVs ）下，能100％被除去的最小颗粒直径称为
固体颗粒下沉至底 部，槽底的转耙将 沉渣缓慢地聚拢到 底部中央的排渣口 连续排出。排出的 稠浆称为底流。
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；
（4）沉降槽的特点 【优点】结构简单，操作连续，处理量大且增稠物 的浓度均匀。 【缺点】设备庞大，占地面积大，分离效率底。 【应用】连续沉降槽适用于处理量大而浓度不高，
（3）连续沉降槽的构造 ①底部略成锥状的大直径圆槽； ②直径小者为数米，大者可达数百米； ③高度为2.5~4m； ④槽底有一个徐徐转动的搅拌耙，由顶部的电机通 过减速机带动。通常小槽耙的转速为1r/min，大槽的
约为0.1r/minHale Waihona Puke Baidu右。
连续沉降槽结构示意图
园槽
锥形底部
澄 清 器 的 内 部 结 构
①含尘气体的最大处理量是与某一粒径对应的，是 指这一粒径及大于该粒径的颗粒都能100%被除去时 的最大气体量（粒径越大，处理量越大）；
②最大的气体处理量不仅与粒径相对应，还与 降尘室底面积（A0）有关，底面积越大处理量
越大，但处理量与高度无关。为此，降尘室都
几 点 说 明 做成扁平形；
③为提高气体处理量，室内以水平隔板将降尘
d pc
qVs 18 g P A0
Ⅱ、用已知尺寸（bL）的降尘室处理含尘气体时， 计算要求完全除去直径dpc 的尘粒时所能处理的气体 流量（最大处理量qVs ）。
qVs A0utc
式中：
u tc
2 gd pc P
18
【例】有一降尘室长为4m，宽为2m，高为2.5m， 内部用隔板分成25层。进入降尘室的炉气密度为 0.5kg/m3，粘度为0.035cP，尘粒密度为4500kg/m3。
Hu Hbu qVs utc L bL A0
A0——降尘室的底面积，m2； b——降尘室的宽度，m。
其中 qVs——以气体体积流量表示的处理量，m3/s；
【临界沉降速度的计算】 【方法】临界沉降速度可根据临界粒径计算获取。
一般情况下，因为考虑的是最小颗粒直径，沉降
速度很小，所以可以认为沉降运动处于层流区。据
斯托克斯公式：
utc
2 gd pc P
18
——层流区临界沉降速度计算式
③最大处理量——降尘室的生产能力 【定义】对于一定的沉降设备和分离要求，所能处
理的最大含尘气体量，m3/s。
由式 可知：
Hu HWu qVs u tc L WL A0
qVs A0 utc
——最大处理量计算式
现用此降尘室分离100μm以上的颗粒，试求可处理
的炉气流量。
例 题 解 答
【解】设沉降处在斯托克斯区。
依题意知 ρP=4500kg/m3 ρ=0.5kg/m3
dPC=100×10－6m μ=0.035×10－3Pa.s
据 ∴ 而
2 gd Pc ( P ) utc 18
2 9.81 100 10－6） 4500－0.5） （ （ utc ＝0.（m / s) 7 －5 18 3.5 10
∵
Re
d P utc

4 10－5 0.105 1 ＝0.21 2 －5 2 10
故假设成立，计算结果有效。 已知 qVs＝2500kg/h L＝3m 因此降尘室的宽度为：
qVs 2500 b ＝2.2(m) utc L 3600 0.105 3
②操作型计算 Ⅰ、用已知尺寸（WL）的降尘室处理一定量qVs含尘 气体时，计算可以完全除掉的最小颗粒的尺寸（临 界粒径dpc ）；
Re
d Pcutc

100 10－6 0.7 0.5 ＝ 2 1 －5 3.5 10
故假设成立，计算有效。
据 qVs=A0utc＝bLutc 已知 L=4m b=2m 故每层可处理的炉气流量为： qVs=2×4×0.7＝5.6(m3/s) 降尘室共有25层，则处理的总炉气流量为：
二、重力沉降分离设备
1、分级器 —— 将密度不同的颗粒分离的设备 【分离原理】利用不同密度的颗粒在流体中的沉降 速度不同这一原理来实现它们之间的分离。 【分离对象】不同种类（密度不同）的固体颗粒， 工业上的选矿便是利用此原理。
选矿工艺流程图
【分级器的结构】 【说明】1、2、3 号分级器直径逐 渐增大而三者中 上升水流量均相
且颗粒不甚细微的悬浮料浆，如烧碱生产中的盐水
精制过程就是一例。经过这种设备处理后的沉渣中
还含有约59%的液体。
（5）絮凝剂及其作用 ①液固混合物的两种类型
【悬浮液】颗粒直径较大，采用各种沉降设备即可
分离；
【溶 胶】颗粒直径较小，通常小于1μm 。通常情况
下难以沉降，须加入絮凝剂方可进行分离。
②絮凝剂的作用 【作用】使细小颗粒发生凝聚。 【凝聚】胶体颗粒失去稳定性的过程称为脱稳过程 。脱稳即意味着液体中原来均匀分散的固体微粒（ 溶胶）结合成了较大的颗粒，从液体中沉淀下来。 这种现象即称为凝聚 。
临界粒径。一般情况下可推得：
d pc qVs 18 ——层流区临界粒径计算式 g P A0
结论
能被完全（100%）除去的最小颗粒尺寸 不仅与颗粒和气体的性质有关，还与处
理量和降尘室底面积有关。
【层流区临界粒径计算式的推导】 由 L/u（停留时间）＝H/ut （沉降时间）
Hu Hbu qVs ut L WL A0
7500kg/m3。
纯方铅矿
方铅矿 及大颗 粒石英
小石英颗粒
1 2
3
【说明】利用面粉颗粒大小与蛋白质含量之间的关系，将面
粉按蛋白质含量高（低颗粒大小）分成几种不同部分。
面粉分级器工艺流程图
2、降尘室——分离气固混合物的设备 （1）降尘室的构造
含尘气体入口 降尘室 净化气体出口
尘粒出口
降 尘 室 实 物 图
2 gd P P ——斯托克斯（Stokes）定律 ut 18
d pc
qVs 18 g P A0
——层流区临界粒径计算式
②临界沉降速度 【定义】能100％被除去的最小颗粒所对应的沉降速
度称为临界沉降速度，用utc 表示。
由 则有 L/u（停留时间）＝H/utc （沉降时间）
律区），即：
2 gd Pc ( P ) utc 18
已知：dPc＝4×10－5m ρP＝2400kg/m3 ρ＝1kg/m3
μ＝2×10－5Pa.s ∴
2 9.81 4 10－5） 2400－1 （ （ ） u tc ＝0.105 m / s） （ －5 18 2 10
室分割成若干层，称为多层降尘室。
常用的隔板 间距为40～ 100mm
含尘气体
净化气体
隔板 调节阀门
（4）降尘室的计算 【降尘室的计算类型】设计型计算与操作型计算。
①设计型计算（由生产任务确定设备尺寸）
已知气体处理量qVs和除尘要求dpc ，求降尘室的大 小。（长度和宽度）
qVs bL utc