环境工程第八章沉降(极力推荐)
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沉降过滤及设备PPT课件
998 .2
3.96 10 5
1
计算结果表明，与假设相符，故算得的 ut 2.66 10 6 m s 1 正确。
这是利用沉降速度计算式，计算液—固沉降的例子。
•15
❖降尘室
•16
用于分离气固悬浮物系，如图所示：
气体通过降尘室的停留时间， ，s； l u
颗粒在降尘室的沉降时间， t ，s；
•14
【例 3-1】 有一玉米淀粉水悬浮液，温度 200 C ，淀粉颗粒平均直径为15μm ，淀粉颗粒吸水后的
密度为1020 kg m3 ，试求颗粒的沉降速度。
解：先假定沉降在层流区进行，故可以用式 (II) 计算，即
ut
d 2(s 18
)g
已知： d p 15μm 15106 m, s 1020kg m3 ，查出 200 C 的水的
❖ 将上式与式（Ⅱ）相比可知，同一颗粒在同种介质中的离心 沉降速度与重力沉降速度的比值，称为分离因数：
❖
ur ut
uT 2 gR
Kc
对于本节将要讨论的旋风分离器与旋液分离器来说，
分离系数虽不如离心机的那么大，但其效果已远较重力沉降
设备为高。譬如，当旋转半径R＝0.4m、切向速度=20时，
分离因数为：
0
2
解得离心沉降速度为：
ur
4d (s ) uT 2
3
R
……………… (VI)
在离心沉降时，如果颗粒与流体的相对运动属于滞流，阻力系数也符合斯托克斯定律：
24 24 ， 代入式 (VI) 得： Rer dur
ur
d 2 (s ) uT 2
18
R
…………… (VII)
离设心计分计离算的过效程能是是经沉验降型分。离所的以几课十堂倍上，讲旋的风不分多离。器几乎是覆盖了所有气—固分离场所。因•其23
沉降的应用环境工程原理
沉降的应用环境工程原理1. 概述沉降是指土地或建筑物由于地下挖掘、填筑或负荷变化等原因而产生的下沉现象。
在应用环境工程中，沉降是一个重要的考虑因素，因为它可能会导致建筑物、道路和其他基础设施的结构破坏或功能受损。
本文将介绍沉降的应用环境工程原理，并通过列举相关原因和影响，帮助读者更好地理解沉降问题。
2. 沉降的原因沉降可以由各种原因引起，包括地下水位变化、地下挖掘、填土压实和荷载变化等。
以下是一些常见的导致沉降的原因：•地下水位变化：当地下水位发生变化时，土壤的含水量和密度也会发生变化，从而导致沉降。
例如，当地下水位下降时，土壤会失去水分，导致其体积缩小，进而引起沉降。
•地下挖掘：地下挖掘工程如地铁建设、隧道开挖等，会改变土体的力学性质，进而引起沉降。
•填土压实：在建设过程中，为了加固地基或填平地面，可能需要进行填土压实。
这样的过程会改变土壤的结构和性质，导致沉降。
•荷载变化：当建筑物或其他结构的荷载发生变化时，土壤会承受不同的力，从而引起沉降。
3. 沉降的影响沉降对应用环境工程有着重要的影响。
以下是一些常见的沉降影响：•结构破坏：沉降可能导致建筑物结构的破坏，例如裂缝、倾斜或坍塌等。
这对建筑物的安全性和使用寿命都会造成威胁。
•功能受损：沉降还可能影响到基础设施的功能，例如道路、桥梁和管道等。
沉降导致的地面不平度会影响交通流畅性，甚至会导致管道断裂或水流中断等问题。
•土壤液化：当土壤所受荷载达到一定程度时，可能会发生液化现象。
液化会导致土壤失去支撑力，从而进一步加剧沉降问题。
•环境影响：沉降还可能对环境造成一定的影响，例如地下水位的变化、土壤污染的扩散等。
4. 沉降的监测和预测沉降的监测和预测是应对沉降问题的重要手段。
以下是一些常见的监测和预测方法：•实地观测：通过在沉降区域设置监测点，并采用测量设备进行实时监测，可以获取沉降的变化情况。
•数值模拟：借助计算机模拟技术，可以预测在不同条件下的沉降情况。
4000立方米每小时 重力沉降室 环境工程原理大型作业 课程设计
《环境工程原理》大型作业题目：4000重力降尘室的初步设计学院：环境科学与工程学院专业名称：学号：学生姓名：指导教师：目录一、前言 3二、设计条件 4三、设计任务 4四、设计说明 41、重力沉降的说明42、重力沉降的原理53、重力沉降室的结构 54、沉降时间和（最小粒径时的）沉降速度65、沉降室的尺寸66实际性能和测试6五、工艺计算71、降尘室尺寸的设计72、沉降原理73、沉降流型的判断和最小颗粒直径的计算84、颗粒回收的百分率85、降尘室隔板数的设置9六、主要符号说明10七、总结10八、参考文献10一、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。
二、设计条件、含尘气体成分：炉气和矿石；2、气体密度：3、矿石密度：；4、粘度：；5、气体流量：三、设计任务1、设计方案确定（长宽高）；2、矿尘颗粒沉降流型判断；3、理论上能完全捕集的最小颗粒直径。
4、降尘室的隔板数。
5、重力沉降室的工艺尺寸计算。
四、设计说明1.重力沉降的说明一种使悬浮在流体中的固体颗粒下沉而与流体分离的过程。
化工原理课件 沉降
t
1 8
1 8 1 .0 0 5 1 0 3
3
计算Rep，核算流型：
R epdpu95 10 61 .9 0 .0 75 9 7 1 0 1 0 3 3 998.20.92442
假设正确，计算有效。
（2）在20 ℃的空气中： 20 ℃空气的密度为1.205kg/m3，粘度为18.1×10-6 Pas
。 m3 / s
，实际上为避免已沉下的尘粒重新被扬起， 往往
u m/ s 取更低 u qV 。降尘室一般用于分离
的粗颗粒。
BH
u
u0.5m/s
dP 50m
• A—降尘室底面积， 。
m2
ABL
u m/ s u •
—颗粒的沉降速度， 。 应根据要分离的最小 颗粒直径 决定。
t
t
d P ,min
5.3.1 重力沉降设备
T↑，气体μ↑，阻力↑ ，除沉不利
T↑，液体μ↓，阻力 ↓，除沉有利
液体粘度约为气体粘度的50倍，故颗粒在液体中的沉降速度比在气体中的小很多。
5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降
3）当流体做水平运动时：
4）当流体以一定的速度向上运动时： 当u>ut时，颗粒向上运动 当u<ut时，颗粒向下运动 当u=ut时，颗粒悬浮在流体中
5.2.1 流体对固体颗粒的绕流
流体与固体颗粒之间的相对运动可分为以下三种情况：
①颗粒静止，流体对其做绕流；
②流体静止，颗粒作沉降运动；
③颗粒与流体都运动，但保持一定的相对运动。
FD
u
流体绕过颗粒的流动
5.2.1 流体对固体颗粒的绕流 （1）两种曳力—表面曳力和形体曳力
5.2.1 流体对固体颗粒的绕流
环境工程基础课件_沉淀详解
度； ③悬浮颗粒沉到池底后即认为已被去除。
第二篇 水污染治理
理想沉淀池分为流入区、沉淀区、流出区和污泥区4个部分。 由A点进入的颗粒的运动轨迹是水平流速v和沉降速度u的矢量和。
第二篇 水污染治理
第二篇 水污染治理
颗粒中必然存在某一粒径的颗粒，沉降速度为u0，刚好 沉至池底
tLH vu
式中，t——污水停留时间，h； L——沉淀区长度，m； H——沉淀区水深，m； v——污水的水平流速，即颗粒的水平分速。
第二篇 水污染治理
沉淀的容积V：
V Qt HA
式中，Q——污水进水流量，m3/s；
Q A
H t
u0
q
q——表面负荷或溢流率，表示单位时间内通过沉淀池 单位表面积的流量，单位m3/m2·s或m3/m2·h
第二篇 水污染治理
实际沉淀池
q实
(1 1.25
1 1.75
)q0
t实 (1.5～2.0)t
度很高，颗粒相互之间已挤集成团块结构，互相接触，互相支承， 在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间的水被挤出，使污泥层被 浓缩。
由于污水中悬浮颗粒的大小、形状和密度的差异性，通常通过沉 淀试验得到确定其沉降性能，然后根据实验数据，求得沉降时间 和沉降速度两个基本设计参数。
第二篇 水污染治理
3.1.2理想沉淀池 ①沉淀池中各过水断面上各点的流速均相同； ②沉降过程中悬浮颗粒以等速下沉，颗粒的水平分速等于水流速
第二篇 水污染治理
(a)
u
g
18
(s
)d 2
9.8 (2.05 1) 103 (0.3 103)2 18 102 105
0.05m / s
(b)
u
g
第二篇 水污染治理
理想沉淀池分为流入区、沉淀区、流出区和污泥区4个部分。 由A点进入的颗粒的运动轨迹是水平流速v和沉降速度u的矢量和。
第二篇 水污染治理
第二篇 水污染治理
颗粒中必然存在某一粒径的颗粒，沉降速度为u0，刚好 沉至池底
tLH vu
式中，t——污水停留时间，h； L——沉淀区长度，m； H——沉淀区水深，m； v——污水的水平流速，即颗粒的水平分速。
第二篇 水污染治理
沉淀的容积V：
V Qt HA
式中，Q——污水进水流量，m3/s；
Q A
H t
u0
q
q——表面负荷或溢流率，表示单位时间内通过沉淀池 单位表面积的流量，单位m3/m2·s或m3/m2·h
第二篇 水污染治理
实际沉淀池
q实
(1 1.25
1 1.75
)q0
t实 (1.5～2.0)t
度很高，颗粒相互之间已挤集成团块结构，互相接触，互相支承， 在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间的水被挤出，使污泥层被 浓缩。
由于污水中悬浮颗粒的大小、形状和密度的差异性，通常通过沉 淀试验得到确定其沉降性能，然后根据实验数据，求得沉降时间 和沉降速度两个基本设计参数。
第二篇 水污染治理
3.1.2理想沉淀池 ①沉淀池中各过水断面上各点的流速均相同； ②沉降过程中悬浮颗粒以等速下沉，颗粒的水平分速等于水流速
第二篇 水污染治理
(a)
u
g
18
(s
)d 2
9.8 (2.05 1) 103 (0.3 103)2 18 102 105
0.05m / s
(b)
u
g
沉降过程原理及计算(精)
4
2
三力平衡时：
6
d 3s
ut 3 ut u d d 2 r 0 r 6 r 4 2
2 2 2
ur
4 d ( s ) ut 3 r
2
与重力沉降速度相比： ur 不是颗粒的实际运动速度，只是径向上的分量 ur 随r而变，而重力沉降速度是定值。
d 2 ( s ) ut 层流区： ur 18 r
2
一、球形颗粒的自由沉降
Fg Fb Fd ma
匀速沉降阶段：
3 3 2 u 2 d s g d g d ( )0 6 6 4 2
4d ( s ) g ut 3
二、阻力系数 (Drag Coefficient)
通过因次分析可知， f (Ret , s )
24 Re t
18.5 0.6 Re t
湍流(Newton定律)区（ 103＜Ret＜2×105 ）：
0.44
将上述各式代入
ut
ห้องสมุดไป่ตู้
4d ( s 得：
)g
3
层流区：
d 2 (s ) g ut 18
过渡区：
ut 0.27
d ( s ) g 0.6 Ret
Re t
dut
S s Sp
球形颗粒
非球形颗粒
S — 与该颗粒相等的圆球的表面积
Sp—颗粒的表面积
对于非球形颗粒： 实验结果见下图：
6 de Vp π
3
5
对于球形颗粒（Φs=1）
层流(Stokes定律)区（Ret＜1）：
（沉降操作一般在层流区）
环境工程第八章沉降(极力推荐)
5.2 10
d c Pui ut 0.29 m/s 5 18 rm 18 3 10 0.15 d c ut 5.2 10 6 0.29 0.6 ReP 0.03 2 5 3 10
2 2 6 2
DB 3 D 0.15 m 检验： rm 2 8
ut
位于沉淀池（降尘室）最高点的颗粒沉降至池底需要的时间为
t沉=H/ut
流体通过沉淀池（降尘室）的时间为: t停=l/v, or V/Q
为满足除尘或悬浮物要求， t停t沉
第三节 离心沉降
一、离心力场中颗粒的沉降分析
浮力(向心力)Fb
1 3 Fb d P r 2 6
惯性离心力Fc
1 3 Fc mr d P P r 2 6
②颗粒在筒内与气体之间的相对运动为层流。
③颗粒在沉降过程中所穿过的气流的最大厚度等于进气口宽度B。
根据颗粒离心沉降速度方程式，假设气体密度<<颗粒密 度P，相应于临界直径dc的颗粒沉降速度为：
1 P Pd c ui 2 2 ut rm d P 18 18rm
2
2
根据假设③，颗粒最大沉降时间为：
（1）层流区：ReP2 CD=24/ReP
1 P 2 ut gdP ……斯托克斯（Stokes）公式 18
（2）过渡区：2<ReP<103
18.5 CD 0.6 Re P
ut 0.27 ( P ) gd P Re P
0 .6
……艾仑(Allen)公式
（3）紊流区：103<ReP<2105
d P g
3
du Fg Fb m dt
沉降区域培训教材
控制范围 控制范围 140-150g/l 85－100g/l ≤0.25g/l 1.5-2.0 1.5-1.8 ≤1.5 ≤10g/l ≥90℃ 固含450g/l ≤1g/l ≥95℃ ≤0.2g/l
赤泥滤饼水分
≤33％
5.1溶出 矿浆稀释的作用 5.1.1降低溶液浓度便于晶种分解 高压溶出后的铝酸钠溶液浓度很高，如 Al2O3浓度高达250克/升以上。高浓度的铝酸 钠溶液很稳定，不能直接进行晶种分解，必须 进行稀释后使Al2O3浓度降低到中等浓度，使 溶液稳定性降低，从而使分解速度加快，分解 槽产能得以提高，并且可以达到较高的分解率， 使拜耳法循环效率也提高。另一方面，赤泥洗 液中含有相当数量的Al2O3和NaO2，因此用洗 液来稀释压煮矿浆能够使其得以回收。
?由主液压缸带动连杆机头将压滤机各滤室闭合压紧待分离的赤泥浆液在进料泵的推动下经止推板的进料口进入各滤室内滤浆借助进料泵产生的压力进行固液分离由于过滤介质滤布的作用使得大部分溶液通过滤布从滤板的沟槽间流出汇集到滤液管中排出赤泥被滤布阻挡在滤室内形成滤饼从而达到液固分离的目的
培训教材
1、沉降区域在氧化铝生产过程中的作用 2、沉降区域生产工艺流程简述 3、沉降区域主要设备工作原理 4、沉降区域主要工艺技术指标 5、沉降区域工艺知识 6、沉降区域生产中常见的事故原因及处理
将溶出后的矿浆用一次洗液进行稀释，稀 释矿浆用稀释泵送到分离沉降槽进行沉降分离，分 离沉降槽的溢流（粗液），经溢流管送到控制过滤 粗液槽，分离沉降槽底流用底流泵送入洗涤沉降槽 进行五次反向洗涤，进一步回收其中的氧化铝和氧 化钠。一次洗涤沉降槽的溢流（一次洗液），用一 次洗液泵送到稀释槽稀释溶出矿浆，底流用泵送入 二洗槽，底流依次向后，溢流依次向前。热水站的 热水用热水泵加入末次洗涤沉降槽。末次底流经底 流泵送入赤泥浆液调配槽，用赤泥输送泵输送到赤 泥储槽，再用喂料泵送入压滤机进行压榨过滤后， 经皮带输送至堆场堆放。压榨过滤得到的滤液经滤 液泵送回赤泥浆液调配槽及末次洗涤沉降槽。在赤 泥分离洗涤过程中配制合格的絮凝剂用泵计量后， 根据生产要求分别加入分离和洗涤沉降槽（见下工 艺流程图）
环境工程学实验讲义
实验一离心沉降法测定粉尘粒径分布一、实验目的离心沉降法是采用重力沉降、离心沉降以及二者结合等多种沉降方式测定粉尘粒径分布和除尘装置的分级除尘效率。
离心沉降式粒度分布仪是这种粉尘粒径分布使用的基本仪器。
通过本实验希望达到以下目的：1、了解沉降法测定粉尘粒度分布的原理和操作2、测定粉尘的粒径分布二、实验原理根据stokes定律和仪器的要求，在测试前应先将待测样品置于某种液体中制成一定浓度的悬浮液，经过适当的分散处理后取适量悬浮液到样品池中测试。
在测试过程中，颗粒在重力（或离心力）的作用下沉降。
根据stokes定律，颗粒的沉降速度与其粒径的平方成正比，即粒径大的沉降速度快，粒径小的沉降速度慢。
在测试过程中悬浮液的浓度逐渐发生变化，透过悬浮液的光逐渐增强。
1、重力沉降原理在悬浮液中，悬浮在介质中的颗粒同时受到重力、浮力以及粘滞阻力的作用，其运动方程如下：V=（ρs-ρf）gD2/（18μ）这就是stokes定律。
其中：D：颗粒粒径；ρs：样品密度；ρf：介质密度；g：重力加速度；μ：介质粘度；V：颗粒的沉降速度。
2、离心沉降原理为了加快细颗粒的沉降速度，缩短测试时间，BT-1500采用离心沉降的手段来加快细颗粒的沉降速度。
离心沉降时颗粒的运动方程如下：VC=（ρs-ρf）D2ω2R/（18μ）其中，VC：颗粒在离心状态下的速度；ω：离心机转速；R：颗粒到轴心的距离。
3、光透法原理：一束光强为I0的平行光，透过悬浮液后，其光强将因颗粒的阻挡、吸收等作用而衰减为Ii，这时I0与Ii的关系如下：logIi=log（I0）-K∫nxD2Dd其中，K为仪器常数；nx为光路中存在的颗粒为D的颗粒数；I0为透过介质的光强；Ii为透过悬浮液的光强。
三、实验仪器和试剂1、BT-1500离心沉降式颗粒分度仪2、超声清洗槽3、烧杯、量筒、洗瓶四、实验步骤1、仪器及用品准备（1）仔细检查粒度仪、计算机、显示器、打印机等的连线是否连接好，放仪器的工作台是否牢固，并将仪器周围的杂物清理干净。
化工原理-沉降
2
例3.2
1）理论最小沉降颗粒直径（临界粒径）
18
（斯托克斯区）
d pc
多级降尘室的dpc更小 多级降尘室的水平隔板数 = N-1
qv NWLut
三、离心沉降
惯性离心力实现的沉降过程
离心沉降速度
切向速 度=rw
4d p ( p ) ui 2 ur 3 r
4d p ( p ) g 3
一、球形颗粒的自由沉降 ----重力沉降
沉降颗粒的受力情况： 重力
Fg
曳力Fd
浮力
曳力
Fb
6
6
d p pg
3
d p 3 g
Fd Ap
曳力 系数
u
2
2
牛顿第二定律
du d p ( p )g d p ( ) ma p d 6 dt 6 4 2 加速段 u 曳力
重力沉降速度的计算
假设沉降 试差法： 属于某一 流型
先假设处于 斯托克斯区 Re＜2 Re > 2
计算沉 降速度
核算 Re
dut Re
d 2 s ut g 18
ut 为所求 假设处于 阿伦区
例题： 3-1 再计算 p94 和判断
其它方法简介： 无因次判据法： 计算判据K 的值 由K值确 定沉降所 属区域
标准旋风 分离器： h=D/2， b=D/4， n=5， ξ=8
相关应用：
临界粒径、压强降的计算p100例 3-3
24 Re
10 Re
0.44
已知：
ut
4 gd p ( p ) 3
代入上式：
例3.2
1）理论最小沉降颗粒直径（临界粒径）
18
（斯托克斯区）
d pc
多级降尘室的dpc更小 多级降尘室的水平隔板数 = N-1
qv NWLut
三、离心沉降
惯性离心力实现的沉降过程
离心沉降速度
切向速 度=rw
4d p ( p ) ui 2 ur 3 r
4d p ( p ) g 3
一、球形颗粒的自由沉降 ----重力沉降
沉降颗粒的受力情况： 重力
Fg
曳力Fd
浮力
曳力
Fb
6
6
d p pg
3
d p 3 g
Fd Ap
曳力 系数
u
2
2
牛顿第二定律
du d p ( p )g d p ( ) ma p d 6 dt 6 4 2 加速段 u 曳力
重力沉降速度的计算
假设沉降 试差法： 属于某一 流型
先假设处于 斯托克斯区 Re＜2 Re > 2
计算沉 降速度
核算 Re
dut Re
d 2 s ut g 18
ut 为所求 假设处于 阿伦区
例题： 3-1 再计算 p94 和判断
其它方法简介： 无因次判据法： 计算判据K 的值 由K值确 定沉降所 属区域
标准旋风 分离器： h=D/2， b=D/4， n=5， ξ=8
相关应用：
临界粒径、压强降的计算p100例 3-3
24 Re
10 Re
0.44
已知：
ut
4 gd p ( p ) 3
代入上式：
《环境工程学》课后习题答案详解计算过程全
3.65
碳酸盐硬度=
1 2
1-3 取某水样 250mL 置于空重为 54.342 6 g 的古氏坩埚中，经过滤、105℃烘干、
冷却后称其质量为 54.3998 g，再移至 600℃炉内灼烧，冷却后称其质量为 54.362
2 g。试求此水样的悬浮固体和挥发性悬浮固体量。
答：悬浮固体量
（54 .3998
-
54.3426） 1000 250
第一章水质与水体自净第二章水的物理化学处理方法18第三章水的生物化学处理方法37第四章水处理工程系统与废水最终处置51第五章大气质量与大气污染54第六章颗粒污染物控制55第七章气态污染物控制63第八章污染物的稀释法控制66环境工程学绪论01名词解释答
环境工程学
目录
绪论................................................................................................................................ 1 第一章 水质与水体自净 ..........................................................................................2 第二章 水的物理化学处理方法 ............................................................................18 第三章 水的生物化学处理方法 ............................................................................37 第四章 水处理工程系统与废水最终处置 ............................................................51 第五章 大气质量与大气污染 ................................................................................54 第六章 颗粒污染物控制 ........................................................................................55 第七章 气态污染物控制 ........................................................................................63 第八章 污染物的稀释法控制 ................................................................................66
环境工程原理 沉降与过滤
⑶旋风分离器类型与选用
①CLT/A型 采用倾斜螺旋面进口的 旋风分离器。
CLT/A型
②CLP型 CLP型是带有半螺旋 线和螺旋线的旁路分离室 的旋风分离器。
CLP/B型
③扩散式 它主要的特点是圆筒以
下部分的直径逐渐扩大，底 部有一刀锥体形、顶部有口 的反射屏，下沿有缝隙与集 灰斗相通。
扩散式旋风分离器
多层降尘室： 隔板间距一般为40～100nm 降尘室内设置n层水平隔板，
生产能力：
qv (n 1)blUt
2.沉降槽 沉降槽又称增浓器或澄清器，是利用重力沉降来提高悬 浮液浓度并同时得到澄清液的设备。
连续沉降槽
3.普通沉淀池 ⑴平流式沉淀池
设链带刮泥机的平流沉淀池
平流式沉淀池的优点是构造简单，效果良好， 工作性能稳定，但排泥较为困难。
（1）织物介质（又称滤布） 这类介质能截流颗粒
2.旋液分离器 利用离心沉降原理从悬浮液中分离固体颗粒的设备
第四节 过 滤
过滤是在外力作用下，使悬浮液中的液体通过多孔介质 的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固、液分离 的操作。
过滤操作示意图
推动力：压力差，离心力， 重力
阻 力：滤饼、过滤介质 阻力
一、过滤操作的基本概念 1.过滤介质
F
g
6
d
3s
g
Fb
6
d 3g
Fd
A
su2
2
∴
Fg Fb Fd ma
6
d 3 (s
)g
d 2
4
su2
2
ma
⑵颗粒沉降过程分析
沉降过程可分为两个阶段: 第一阶段为加速运动，
第二阶段为匀速运动。
环境工程原理大型作业--重力沉降室的设计
《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。
二、设计条件1、含尘气体成分：炉气和矿石；2、气体密度：0.6kg/m³；3、矿石密度：4500kg/m³；4、黏度：3×10﹣5N·s/㎡；5、气体流量：3000m³/h三、设计要求1、设计方案确定（长宽高）；2、矿尘颗粒沉降流型判断；3、理论上能完全捕集的最小颗粒直径；4、降尘室的隔板数；5、重力降尘室的工艺尺寸计算。
化工原理 沉降
Ci进 Ci出 i 100% Ci进
Ci进、ci出为进、出口气体中粒径 dpi 的颗粒质量浓度g/m3
粒级效率可以准确表示旋风分离器的分离性能。 可以用 i ～ d pi d c 的函数曲线来表示粒级效率：
1.0 0.8 0.6
粒级效率
dc=d50:是粒级效
率恰为50％的颗
0.4
0.2
P P
—— 牛顿公式
沉降速度ut计算方法
计算ut时需先知道所在沉降区域──选择相应式计算。 试差法 设在层流区 计算ut 设在过渡区 no
Re判断
yes
结束
通常微小颗粒的沉降一般属层流区(Stokes区)
沉降速度的影响因素
（1）干扰沉降 发生于颗粒之间距离很小的情况下。多发生于非均 相物系的沉降过程（物系内部有两个以上相）。 当颗粒浓度↑，浮力 ↑ ── ut↓ （2）端效应（器壁效应） 容器壁对颗粒沉降有阻止作用 ，使实际沉降速度 ut<自由沉降速度。当D容器>100dp,可忽略影响。 （3）分子运动 当颗粒直径小到可与流体分子的平均自由程相比拟 时，颗粒可穿过快速运动的流体分子之间，沉降速 度可大于按斯托克斯定律的计算值。
Re<2， gd ——斯托克斯公式 u 18 ζ =24/Re，
2 P P t
过渡区(Allen区) ： 2<Re<500， ζ =18.5/Re 0.6
湍流区(Newton区) —— 颗粒较大时
500<Re<×105， ζ ≈0.44
u 1.74
t
d g
浮力
1 3 Fb g π dp g p 6
m
曳 力 FD Ap
Ci进、ci出为进、出口气体中粒径 dpi 的颗粒质量浓度g/m3
粒级效率可以准确表示旋风分离器的分离性能。 可以用 i ～ d pi d c 的函数曲线来表示粒级效率：
1.0 0.8 0.6
粒级效率
dc=d50:是粒级效
率恰为50％的颗
0.4
0.2
P P
—— 牛顿公式
沉降速度ut计算方法
计算ut时需先知道所在沉降区域──选择相应式计算。 试差法 设在层流区 计算ut 设在过渡区 no
Re判断
yes
结束
通常微小颗粒的沉降一般属层流区(Stokes区)
沉降速度的影响因素
（1）干扰沉降 发生于颗粒之间距离很小的情况下。多发生于非均 相物系的沉降过程（物系内部有两个以上相）。 当颗粒浓度↑，浮力 ↑ ── ut↓ （2）端效应（器壁效应） 容器壁对颗粒沉降有阻止作用 ，使实际沉降速度 ut<自由沉降速度。当D容器>100dp,可忽略影响。 （3）分子运动 当颗粒直径小到可与流体分子的平均自由程相比拟 时，颗粒可穿过快速运动的流体分子之间，沉降速 度可大于按斯托克斯定律的计算值。
Re<2， gd ——斯托克斯公式 u 18 ζ =24/Re，
2 P P t
过渡区(Allen区) ： 2<Re<500， ζ =18.5/Re 0.6
湍流区(Newton区) —— 颗粒较大时
500<Re<×105， ζ ≈0.44
u 1.74
t
d g
浮力
1 3 Fb g π dp g p 6
m
曳 力 FD Ap
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（2）过渡区：2<ReP<103
CD
18.5 Re P 0.6
ut 0.27(P)gdPRP e0.6 ……艾仑(Allen)公
式
（3）紊流区：103<ReP<2105 CD = 0.44
ut
1.74
(P )g dP
……牛顿（Newton）公式
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✓上述式子有何意义？ •了解影响颗粒沉速的因素（颗粒粒径……） •在已知的颗粒粒径条件下求沉降速度 •由颗粒沉降速度求颗粒粒径 ……水处理中的沉降实验 •由颗粒沉降速度求液体粘度 ……落球法测定粘度
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将颗粒沉速计算式（8-2-5)进行变换得到CD计算式：
ReP2 CD 4dP(3Put2)g ReP2
ReP
dPut
CDReP2
4dP3(P)g 32
不包含沉降速度ut的摩擦数群。 无因次，也是ReP的函数。
CD与ReP的关系曲线转换成CDReP2与ReP的关系曲线。
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CDReP2 CDReP－1
t停=l/v, or V/Q
第三节 离心沉降
一、离心力场中颗粒的沉降分析
浮力(向心力)Fb
r
Fb 16dP3r2 惯性离心力Fc Fcmr21 6dP3Pr2
颗粒与流体之间产生相对运动，
颗粒还会受到来自流体的阻力
（曳力）FD的作用 …精…品课C件D与Re有关
FD
CD
4
dP2
u2
2
F Fc Fb FD
•水体：不同杂质和污染物组成水的混合体系 •大气：大气复合污染 •固体废物：形形色色 •土壤：污染物质本身和土壤质地本身
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✓分离技术：将污染物与污染介质或其他污染物分离开 来，从而达到去除污染物或回收利用的目的 ✓分离过程的分类？ 机械分离：非均相混合体系 传质分离：均相混合体系
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。
由左图CDReP2－ReP 的关系曲线，查出相 应的ReP值。
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根据ReP的定义反算出ut
ut
ReP dP
如何由沉降速度计算 颗粒直径？
（3）无因次判据K
用K判别沉降属于什么区域？
层流区：上限是ReP＝2
ReP
dPut
dP
3) 离心沉降速度在数值上远大于重力沉降速度。
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离心加速度与重力加速度的比值（离心分离因素）Kc
Kc
r 2
g
大小可以人为调节
离心沉降分离设备有两种型式：旋流器和离心沉降机
旋流器的特点：设备静止，流体在设备中作旋转运行而 产生离心作用。Kc 一般在几十～数百 离心沉降机的特点：装有液体混合物的设备本身高速旋 转并带动液体一起旋转，从而产生离心作用。Kc可以高达 数十万。
假设颗粒的沉降处于层流区，并且由于P ，所以由式
（8-2-6）得：
ut
P gdP2
18
2700 9.81 40 106
18 1.81105
2
0.13 m/s
检验：
ReP
dPut
40 106 0.131.205 1.81 105
0.346
2
所以在层流区，与假设相符，计算正确。
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第八章 沉 降
第一节 概 述
一、沉降分离的一般原理和类型
流体： 液体 气体
重力场
离心力场
相对运动
电场
惯性力场
固体颗粒物
液珠
沉降表面：器底、 器壁或其他表面
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重力沉降 离心沉降 电沉降 惯性沉降 扩散沉降
沉降过程 作用力
特征
重力沉降 离心沉降 电沉降 惯性沉降 扩散沉降
重力 离心力 电场力 惯性力 热运动
环境工程的核心：利用分离、转化、隔离等技术原理， 通过工程手段，实现污染物的高效、快速去除。
隔离/分 离/转化 方式的优 选与组合
装置的优 化设计
操作方式和操 作条件的优化
介质的混合状态和流体流态的优化 迁移（物质、能量）和反应速率的强化
污染物的高效（去除效率、能耗）、快速去除
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《环境工程原理》与其它学科的关系
2. 主要分离性能指标
表示旋风分离器的分离性能的主要指标有临界直径和分离效率。 (1)临界直径 临界直径是指在旋风分离器中能够从气体中全部分离出来的最小 颗粒的直径，用dc表示。 为分析简单，对气体和颗粒在筒内的运动作如下假设： ①气体进入旋风分离器后，规则地在筒内旋转N圈后进入排气筒， 旋转的平均切线速度等于入口气体速度ui。 ②颗粒在筒内与气体之间的相对运动为层流。 ③颗粒在沉降过程中所穿过的气流的最大厚度等于进气口宽度B。
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二、沉降速度的计算
（1）试差法
假设沉降属于某一区域——计算颗粒沉速——按求出
的颗粒沉降速度ut计算ReP，验证ReP是否在所属的假设区域。
如果在，假设正确；否则，需要重新假设和试算。
（2）磨擦数群法
CD与ReP的关系曲线中，由于两坐标都含有未知数ut 进行适当的转换，使其两坐标之一变成不包含ut的已 知数群，则可以直接求解ut。
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二、旋流器工作原理 •旋风分离器：用于气体非均相混合物分离 •旋流分离器：用于液体非均相混合物分离
（一）旋风分离器 •旋风分离器在工业上的应用已有近百年的历史。 •旋风分离器结构简单、操作方便，在环境工程领域也 应用广泛。 •在大气污染控制工程中，作为一种常用的除尘装置， 主要用于去除大气中的粉尘，常称为旋风除尘器。
环境工程原理
第I篇 环境工程原理基础 第II篇 分离过程原理 第III篇 反应工程原理
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《环境工程原理》课程的主要内容
✓我们面对的环境问题： 水净化、空气净化、固体废物处理与资源化、受污染 土壤修复…….
✓需要开发适宜的环境净化与污染防治技术 ✓技术大类：分离技术、转化技术、隔离技术
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平衡分离过程（借助分离媒介，如溶剂或吸 附剂等，使均相混合体系变成两相系统）
速率分离过程（在某种推动力下，利用各组 分扩散速率的差异实现组分分离）
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主要讲授单元： 沉降、过滤、吸收、吸附、萃取、膜分离
学时：20学时（10月23日～11月25日） 讲课：18学时 考试：2学时
希望： 增强信心，共建新的课程体系！
ut
P gdP2
18
2700 9.81 40 106 18 1.81105
2
0.13 m/s
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（3）判据法
计算K判据得
K
d811.2052700
1.81105 2
6.24
36
所以可判断沉降位于层流区，由斯托克斯公式，可得：
ut
P gdP2
18
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例 8-3-1 已 知 某 标 准 型 旋 风 分 离 器 的 圆 筒 部 分 直 径 D =400m m ， 入 口 高 度 A =D /2， 入 口 宽 度 B=D /4， 气 体 在 旋 风 器 内 旋 转 的 圈 数 为 N =5， 分 离 气 体 的 体 积 流 量 为 1000m 3/h， 气 体 的 密 度 为 0.6kg/m 3 ， 粘 度 为 3.0 × 10-5Pa · s ， 气 体 中 粉 尘 的 密 度 为 4500kg/m 3， 求 旋 风 分 离 器 能 够 从 气 体 中 分 离 出 粉 尘 的 临 界 直 径。
27009.81 40106
181.81105
2
0.13m/s
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三、沉降分离设备
水处理：沉淀池
尘室
l
气净化：降
含尘气体 含悬浮物液体
流体速度v
H
ut
净化气体 净化液体
位于沉淀池（降尘室）最高点的颗粒沉降至池底需要的时间为
t沉=H/ut
流体通过沉淀池（降尘室）的时间为:
为满足除尘或悬浮物要求， 精t品停课件t沉
16dP3(P
)r2
CD
4
dP2
u2
2
mdu 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
utc
4(P )dPr2 3CD
重力沉降 ut
4(P )dPg 3CD
1) 沉降方向不是向下，而是向外，即背离旋转中心
2) 由于离心力随旋转半径而变化，致使离心沉降速度也随 颗粒所处的位置而变。
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达到平衡时：
Fg Fb FD0
6d P 3
P g6d P 3g C D4d P 2(
u t2)0 2
ut
4(P )dPg 3CD
……(8-2-5)
ut——颗粒终端沉降速度（terminal velocity ）
（1）层流区：ReP2
CD=24u/tReP118PgdP2 ……斯托克斯（Stokes）公式
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根据颗粒离心沉降速度方程式，假设气体密度<<颗粒密 度P，相应于临界直径dc的颗粒沉降速度为：
ut 118 Prm 2dP21Pdc 82 ru m i2
根据假设③，颗粒最大沉降时间为：
t沉
B ut
d1c28rPmuBi2
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若气体进入排气管之前在筒内旋转圈数为N，则运行的 距离为2rmN，故气体在筒内的停留时间为
沉降速度小，适用于较大颗粒分离 适用于不同大小颗粒的分离 带电微细颗粒（<0.1m）的分离 适用于10m粉尘的分离 微细粒子（<0.01m）的分离
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在环境领域利用沉降原理可以去除哪些污染物？ ✓水与废水处理：