環(huán)境工程原理電子教案-第6章沉降2022/12/19環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降環(huán)境工程原理電子教案-第6章沉降2022/12/18環(huán)境工程1為什么要學習分離過程？在環(huán)境領域哪些問題涉及分離過程？分離有什么手段？本篇主要講授內容。第II篇分離過程原理環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降為什么要學習分離過程？第II篇分離過程原理環(huán)境工程原理電子2混合體系自然界是混合體系。在生活和生產過程中常常會遇到對混合體系中的物質進行分離的問題。在環(huán)境污染防治領域，研究對象都是混合體系（非均相和均相）。第II篇分離過程原理問題的出現？環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降混合體系自然界是混合體系。在生活和生產過程中常常會遇到對混合3將污染物與污染介質或其他污染物分離開來，從而達到去除污染物或回收利用的目的。如在給水處理中需要從水源水中分離去除各種濁度物質、細菌等。在廢氣凈化中，也需要分離廢氣中的粉塵等。

分離在環(huán)境污染防治中的作用第II篇分離過程原理環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降將污染物與污染介質或其他污染物分離開來，從而達到去除污染物或4機械分離：非均相混合體系（兩相以上所組成的混合物）傳質分離：均相混合體系平衡分離過程（借助分離媒介，如溶劑或吸附劑等，使均相混合體系變成兩相系統(tǒng)）速率分離過程（在某種推動力下，利用各組分擴散速率的差異實現組分分離）分離過程的分類？第II篇分離過程原理環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降機械分離：非均相混合體系（兩相以上所組成的混合物）分離過程5第六章沉降第七章過濾第八章吸收第九章吸附第十章其他分離過程第II篇分離過程原理本篇的主要內容環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第六章沉降第II篇分離過程原理本篇的主要內容環(huán)境工程原理6第六章沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第六章環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降7第六章沉降

第一節(jié)

沉降分離的基本概念第二節(jié)

重力沉降第三節(jié)

離心沉降第四節(jié)

其他沉降本章主要內容環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第六章沉降第一節(jié)沉降分離的基本概念本章主要內容環(huán)境工程8第一節(jié)沉降分離的基本概念

一、沉降分離的一般原理和類型二、流體阻力與阻力系數本節(jié)的主要內容環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第一節(jié)沉降分離的基本概念一、沉降分離的一般原理和類型本節(jié)9一、沉降分離的一般原理和類型

相對運動流體：液體氣體固體顆粒物液珠重力場離心力場電場慣性力場沉降表面：器底、器壁或其他表面重力沉降離心沉降電沉降慣性沉降擴散沉降第一節(jié)沉降分離的基本概念

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降一、沉降分離的一般原理和類型相對運動流體：固體顆粒物重力場10沉降過程作用力特征重力沉降離心沉降電沉降慣性沉降擴散沉降重力離心力電場力慣性力熱運動沉降速率小，適用于較大顆粒分離適用于不同大小顆粒的分離帶電微細顆粒（<0.1m）的分離適用于10～20m以上粉塵的分離微細粒子（<0.01m）的分離沉降過程類型與作用力

第一節(jié)沉降分離的基本概念

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降沉降過程作用力特征重力沉降重力沉降速率小，適用于較大顆11在環(huán)境領域沉降原理如何利用？水與廢水處理：各種顆粒物（無機砂粒、有機絮體……）的沉降密度較小絮體的上浮油珠的上浮氣體凈化：粉塵、液珠……第一節(jié)沉降分離的基本概念

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降在環(huán)境領域沉降原理如何利用？水與廢水處理：第一節(jié)沉降分離12二、流體阻力與阻力系數

當某一顆粒在不可壓縮的連續(xù)流體中做穩(wěn)定運行時，顆粒會受到來自流體的阻力。該阻力由兩部分組成：形狀阻力和摩擦阻力。流體阻力的方向與顆粒物在流體中運動的方向相反，其大小與流體和顆粒物之間的相對運動速度u、流體的密度、黏度以及顆粒物的大小、形狀有關。對于非球形顆粒物，這種關系非常復雜。

第一節(jié)沉降分離的基本概念

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降二、流體阻力與阻力系數當某一顆粒在不可壓縮的連續(xù)流體中做穩(wěn)13對于球形顆粒，流體阻力的計算方程：顆粒的雷諾數CD:阻力系數，是雷諾數的函數。AP：顆粒的投影面積第一節(jié)沉降分離的基本概念

（6.1.10）（6.1.11）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降對于球形顆粒，流體阻力的計算方程：顆粒的雷諾數CD:阻力14層流區(qū)過渡區(qū)湍流區(qū)第一節(jié)沉降分離的基本概念

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降層流區(qū)過渡區(qū)湍流區(qū)第一節(jié)沉降分離的基本概念環(huán)境工程原理電15第一節(jié)反應器與反應操作(1)簡述沉降分離的原理、類型和各類型的主要特征。(2)簡要說明環(huán)境工程領域哪些處理單元涉及沉降分離過程。(3)顆粒的幾何特性如何影響顆粒在流體中受到的阻力？(4)不同流態(tài)區(qū)，顆粒受到的流體阻力不同的原因是什么？(5)顆粒和流體的哪些性質會影響到顆粒所受到的流體阻力，怎么影響。本節(jié)思考題環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第一節(jié)反應器與反應操作(1)簡述沉降分離的原理、類型和各類16一、重力場中顆粒的沉降過程二、沉降速度的計算三、沉降分離設備本節(jié)的主要內容第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降一、重力場中顆粒的沉降過程本節(jié)的主要內容第二節(jié)重力沉降環(huán)17一、重力場中顆粒的沉降過程

浮力Fb重力Fg假設球形顆粒粒徑為dP、質量為m。沉速如何計算？阻力（曳力）FD第二節(jié)重力沉降（6.2.2）（6.2.1）根據牛頓第二定律，顆粒將產生向下運行的加速度（6.2.3）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降一、重力場中顆粒的沉降過程浮力Fb重力Fg假設球形顆粒粒徑18達到平衡時：ut——顆粒終端沉降速度（terminalvelocity）

（1）層流區(qū)：ReP2

CD=24/ReP

(6.2.5)第二節(jié)重力沉降斯托克斯（Stokes）公式

(6.2.6)環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降達到平衡時：ut——顆粒終端沉降速度（terminalve19（2）過渡區(qū)：2<ReP<103

艾侖(Allen)公式

（3）湍流區(qū)：103<ReP<2105

CD=0.44牛頓（Newton）公式

第二節(jié)重力沉降（6.2.7）（6.2.8）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降（2）過渡區(qū)：2<ReP<103艾侖(Allen)公式（20了解影響顆粒沉速的因素（顆粒粒徑……）在已知的顆粒粒徑條件下求沉降速度由顆粒沉降速度求顆粒粒徑……水處理中的沉降實驗由顆粒沉降速度求液體黏度

……落球法測定黏度上述式子有何意義？第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降了解影響顆粒沉速的因素（顆粒粒徑……）上述式子有何意義？第二211.試差法假設沉降屬于某一區(qū)域—計算顆粒沉速—按求出的顆粒沉降速度ut計算ReP，驗證ReP是否在所屬的假設區(qū)域。如果在，假設正確；否則，需要重新假設和試算。2.摩擦數群法

CD與ReP的關系曲線中，由于兩坐標都含有未知數ut，進行適當的轉換，使其兩坐標之一變成不包含ut的已知數群，則可以直接求解ut。二、沉降速度的計算第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降1.試差法二、沉降速度的計算第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子22將顆粒沉速計算式（6.2.5)進行變換得到CD計算式：ReP2

ReP2不包含沉降速度ut的摩擦數群。無因次，也是ReP的函數。

CD與ReP的關系曲線轉換成

與ReP的關系曲線。

第二節(jié)重力沉降（6.2.9）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降將顆粒沉速計算式（6.2.5)進行變換得到CD計算式：ReP23CDRe2PCDReP－1（不包含顆粒直徑的摩擦數群）由顆粒直徑和其他參數，計算摩擦數群。由左圖-ReP的關系曲線，查出相應的ReP值。如何由沉降速度計算顆粒直徑？

由顆粒直徑計算沉降速度

第二節(jié)重力沉降根據ReP的定義反算出ut

（6.2.10）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降CDRe2PCDReP－1（不包含顆粒直徑的摩擦數群）由顆粒243.無因次判據K用K判別沉降屬于什么區(qū)域？層流區(qū)：上限是ReP＝2

湍流區(qū)：下限是ReP為1000第二節(jié)重力沉降（6.2.11）（6.2.12）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降3.無因次判據K湍流區(qū)：下限是ReP為1000第二節(jié)重25第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降26第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降27第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降28水處理：平流沉淀池氣凈化：降塵室三、沉降分離設備第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降水處理：平流沉淀池氣凈化：降塵室三、沉降分離設備第二節(jié)重力29凈化氣體凈化液體含塵氣體含懸浮物液體uilbh沉淀池或降塵室工作過程示意圖dc位于沉淀池（降塵室）最高點的顆粒沉降至池底需要的時間為

：

流體通過沉淀池（降塵室）的時間為:

為滿足除塵或懸浮物要求，

t停t沉即：流體中直徑為dc的顆粒完全去除的條件。

第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降凈化氣體含塵氣體uilbh沉淀池或降塵室工作過程示意圖dc位30(1)簡要分析顆粒在重力沉降過程中的受力情況。(2)層流區(qū)顆粒的重力沉降速度主要受哪些因素影響？(3)影響層流區(qū)和湍流區(qū)顆粒沉降速度的因素有何不同，原因何在？(4)流體溫度對顆粒沉降的主要影響是什么？(5)列出你所知道的環(huán)境工程領域的重力沉降過程。本節(jié)思考題第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降(1)簡要分析顆粒在重力沉降過程中的受力情況。本節(jié)思考題第二31(6)分析說明決定降塵室除塵能力的主要因素是什么。(7)通過重力沉降過程可以測定顆粒和流體的哪些物性參數，請你設計一些測定方法。本節(jié)思考題第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降(6)分析說明決定降塵室除塵能力的主要因素是什么。本節(jié)思考題32第三節(jié)離心沉降

一、離心力場中顆粒的沉降分析二、旋流器工作原理三、離心沉降機工作原理本節(jié)的主要內容環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第三節(jié)離心沉降一、離心力場中顆粒的沉降分析本節(jié)的主要內33一、離心力場中顆粒的沉降分析

r顆粒與流體之間產生相對運動，顆粒還會受到來自流體的阻力（曳力）FD的作用。CD與Re有關

第三節(jié)離心沉降

浮力(向心力)Fb（6.3.2）慣性離心力Fc（6.3.1）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降一、離心力場中顆粒的沉降分析r顆粒與流體之間產生相對運動34如果這三項力能達到平衡du/dt=0重力沉降沉降方向不是向下，而是向外，即背離旋轉中心。由于離心力隨旋轉半徑而變化，致使離心沉降速度也隨粒徑所處的位置而變。離心沉降速率在數值上遠大于重力沉降速率。（6.3.3）顆粒在此位置上的離心沉降速度：（6.3.4）第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降如果這三項力能達到平衡重力沉降沉降方向不是向下，而是向外35離心加速度與重力加速度的比值（離心分離因素）Kc

大小可以人為調節(jié)離心沉降分離設備有兩種型式：旋流器和離心沉降機旋流器的特點：設備靜止，流體在設備中作旋轉運行而產生離心作用。Kc一般在幾十到數百之間。離心沉降機的特點：裝有液體混合物的設備本身高速旋轉并帶動液體一起旋轉，從而產生離心作用。Kc可以高達數十萬。

第三節(jié)離心沉降

（6.3.5）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降離心加速度與重力加速度的比值（離心分離因素）Kc大小可以人36旋風分離器：用于氣體非均相混合物分離旋流分離器：用于液體非均相混合物分離（一）旋風分離器

旋風分離器在工業(yè)上的應用已有近百年的歷史。旋風分離器結構簡單、操作方便，在環(huán)境工程領域也應用廣泛。在大氣污染控制工程中，作為一種常用的除塵裝置，主要用于去除大氣中的粉塵，常稱為旋風除塵器。二、旋流器工作原理第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降旋風分離器：用于氣體非均相混合物分離二、旋流器工作原理第三節(jié)37第三節(jié)離心沉降

1.基本操作原理

ui旋風分離器中的慣性離心力是由氣體進入口的切向速度ui產生的。

離心加速度為rm2＝ui2/rm，其中rm為平均旋轉半徑。分離因數為：其大小為5～2500，一般可分離氣體中直徑為5～75m的粉塵。環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第三節(jié)離心沉降1.基本操作原理ui旋風分離器中的慣性382.主要分離性能指標表示旋風分離器的分離性能的主要指標有臨界直徑和分離效率。(1)臨界直徑臨界直徑是指在旋風分離器中能夠從氣體中全部分離出來的最小顆粒的直徑，用dc表示。

為分析簡單，對氣體和顆粒在筒內的運動作如下假設：氣體進入旋風分離器后，規(guī)則地在筒內旋轉N圈后進入排氣筒，旋轉的平均切線速度等于入口氣體速度ui。顆粒在筒內與氣體之間的相對運動為層流。顆粒在沉降過程中所穿過的氣流最大厚度等于進氣口寬度B。

第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降2.主要分離性能指標第三節(jié)離心沉降環(huán)境工程原理電子教案39根據顆粒離心沉降速度方程式，假設氣體密度<<顆粒密度P，相應于臨界直徑dc的顆粒沉降速度為：

根據假設③，顆粒最大沉降時間為：

第三節(jié)離心沉降

（6.3.6）（6.3.7）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降根據顆粒離心沉降速度方程式，假設氣體密度<<顆粒密度P，40若氣體進入排氣管之前在筒內旋轉圈數為N，則運行的距離為2rmN，故氣體在筒內的停留時間為一般旋風分離器以圓筒直徑D為參數，其他參數與D成比例，B=D/4。D增加，dc增大，分離效率減少。第三節(jié)離心沉降

（6.3.8）令t沉=t停，得：

（6.3.9）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降若氣體進入排氣管之前在筒內旋轉圈數為N，則運行的距離為2r41總效率與粒級效率之間的關系：xi為粒徑di的顆粒占總顆粒的質量分數(2)分離效率總效率：指進入旋風分離器的全部粉塵中被分離下來的粉塵的質量分數。1，2分別為旋風分離器入口和出口氣體中的總含塵量

（6.3.10）粒級效率：表示進入旋風分離器的粒徑為di的顆粒被分離下來的質量分數。（6.3.11）第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降總效率與粒級效率之間的關系：xi為粒徑di的顆粒占總顆粒的質42總效率表示旋風分離器的分離效果，總的除塵效果。但并不能準確地代表旋風分離器的分離效率?？傂氏嗤膬膳_旋風分離器，其分離性能卻可能相差很大。粒級效率更能準確地表示旋風分離器的分離效率。粒級效率曲線：粒級效率與顆粒粒徑的關系第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降總效率表示旋風分離器的分離效果，總的除塵效果。但并不能準確地43第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第三節(jié)離心沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降44第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第三節(jié)離心沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降45旋流分離器用于分離懸浮液，在結構和操作原理上與旋風分離器類似。旋流分離器的特點：①形狀細長，直徑小，圓錐部分長，有利于顆粒分離。②中心經常有一個處于負壓的氣柱，有利于提高分離效果。在水處理中，旋流分離器又稱為水力旋流器，可用于高濁水泥沙的分離、暴雨徑流泥沙分離、礦廠廢水礦渣的分離等。

（二）旋流分離器第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降旋流分離器用于分離懸浮液，在結構和操作原理上與旋風分離器類46三、離心沉降機工作原理

根據離心沉降機的分離因素Kc的大小，離心機可分為：常速離心機：Kc<3000

高速離心機：3000<Kc<50000

超高速離心機：Kc>50000第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降三、離心沉降機工作原理根據離心沉降機的分離因素Kc的大小，47r2rr1h離心機工作原理示意圖

ui懸浮液第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降r2rr1h離心機工作原理示意圖ui懸浮液第三節(jié)離心沉48離心沉降機主要用于懸浮液的固液分離。在離心沉降機中離心力是靠設備本身的旋轉而產生的。假設層流，在距離中心為r處的顆粒的沉降速度為：ui假設某一粒徑為dc的顆粒的臨界沉降軌跡如圖所示。dc為可以完全分離的最小顆粒粒徑。第三節(jié)離心沉降

（6.3.14）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降離心沉降機主要用于懸浮液的固液分離。在離心沉降機中離心力是靠49又，流體在筒內的停留時間t停為式中qV為懸浮液的體積流量，單位為m3/s。令t沉＝t停

顆粒在筒內的沉降時間為從r1到r2所需的時間，對上式進行積分。第三節(jié)離心沉降

（6.3.15）（6.3.16）（6.3.17）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降又，流體在筒內的停留時間t停為式中qV為懸浮液的體積流量，單50第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第三節(jié)離心沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降51第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第三節(jié)離心沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降52(1)簡要分析顆粒在離心沉降過程中的受力情況。(2)比較離心沉降和重力沉降的主要區(qū)別。(3)同一顆粒的重力沉降和離心沉降速度的關系如何？(4)簡要說明旋風分離器的主要分離性能指標。(5)標準旋風分離器各部位尺寸有什么關系？本節(jié)思考題第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降(1)簡要分析顆粒在離心沉降過程中的受力情況。本節(jié)思考題第三53(6)旋風分離器和旋流分離器特點有何不同？(7)離心沉降機和旋流分離器的主要區(qū)別是什么？(8)在環(huán)境工程領域有哪些離心沉降過程？本節(jié)思考題第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降(6)旋風分離器和旋流分離器特點有何不同？本節(jié)思考題第三節(jié)54一、電沉降二、慣性沉降本節(jié)的主要內容第四節(jié)其他沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降一、電沉降本節(jié)的主要內容第四節(jié)其他沉降環(huán)境工程原理電子教55如果電場強度很強，重力或慣性力可以忽略不計，荷電顆粒所受的作用力主要是靜電力和流體阻力。當在層流條件下，平衡時，終端電沉降速度ute一、電沉降

第四節(jié)其他沉降（6.4.2）在電場中，荷電顆粒將會受到靜電力Fe的作用：

q——顆粒的荷電量；E——顆粒所處位置的電場強度

（6.4.1）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降如果電場強度很強，重力或慣性力可以忽略不計，荷電顆粒所受的作56電除塵器的基本原理

放電電極（電暈極）集塵極不均勻電場未荷電塵粒荷電塵粒氣體電離—粒子荷電—荷電粒子遷移—顆粒沉積與清除去除0.1m以下的顆粒第四節(jié)其他沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降電除塵器的基本原理放電電極（電暈極）集塵極不均勻電場未57顆粒與流體一起運動時，如在流體中存在障礙物，流體沿障礙物產生繞流，而顆粒物由于慣性力的作用，將會偏離流線。慣性沉降即是利用這種由慣性力引起的顆粒與流線的偏離，使顆粒在障礙物上沉降的過程。能否沉降在障礙物上，取決于顆粒的質量和相對于障礙物的運動速度和位置，小顆粒或距離停滯流線較遠的大顆粒均能繞開障礙物。二、慣性沉降

31停滯流線流體方向流體流線障礙物2第四節(jié)其他沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降顆粒與流體一起運動時，如在流體中存在障礙物，流體沿障礙物產生58慣性除塵器：利用慣性沉降原理從氣體中分離粉塵。去除慣性大的顆粒慣性離心力作用去除細塵粒塵粒d2所受的離心力

粒徑和氣速愈大，氣流旋轉半徑R2愈小，除塵效率愈高。慣性除塵器能捕集10m以上的顆粒。第四節(jié)其他沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降慣性除塵器：利用慣性沉降原理從氣體中分離粉塵。去除慣性大的顆59演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew2022/12/19環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew60環(huán)境工程原理電子教案-第6章沉降2022/12/19環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降環(huán)境工程原理電子教案-第6章沉降2022/12/18環(huán)境工程61為什么要學習分離過程？在環(huán)境領域哪些問題涉及分離過程？分離有什么手段？本篇主要講授內容。第II篇分離過程原理環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降為什么要學習分離過程？第II篇分離過程原理環(huán)境工程原理電子62混合體系自然界是混合體系。在生活和生產過程中常常會遇到對混合體系中的物質進行分離的問題。在環(huán)境污染防治領域，研究對象都是混合體系（非均相和均相）。第II篇分離過程原理問題的出現？環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降混合體系自然界是混合體系。在生活和生產過程中常常會遇到對混合63將污染物與污染介質或其他污染物分離開來，從而達到去除污染物或回收利用的目的。如在給水處理中需要從水源水中分離去除各種濁度物質、細菌等。在廢氣凈化中，也需要分離廢氣中的粉塵等。

分離在環(huán)境污染防治中的作用第II篇分離過程原理環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降將污染物與污染介質或其他污染物分離開來，從而達到去除污染物或64機械分離：非均相混合體系（兩相以上所組成的混合物）傳質分離：均相混合體系平衡分離過程（借助分離媒介，如溶劑或吸附劑等，使均相混合體系變成兩相系統(tǒng)）速率分離過程（在某種推動力下，利用各組分擴散速率的差異實現組分分離）分離過程的分類？第II篇分離過程原理環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降機械分離：非均相混合體系（兩相以上所組成的混合物）分離過程65第六章沉降第七章過濾第八章吸收第九章吸附第十章其他分離過程第II篇分離過程原理本篇的主要內容環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第六章沉降第II篇分離過程原理本篇的主要內容環(huán)境工程原理66第六章沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第六章環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降67第六章沉降

第一節(jié)

沉降分離的基本概念第二節(jié)

重力沉降第三節(jié)

離心沉降第四節(jié)

其他沉降本章主要內容環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第六章沉降第一節(jié)沉降分離的基本概念本章主要內容環(huán)境工程68第一節(jié)沉降分離的基本概念

一、沉降分離的一般原理和類型二、流體阻力與阻力系數本節(jié)的主要內容環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第一節(jié)沉降分離的基本概念一、沉降分離的一般原理和類型本節(jié)69一、沉降分離的一般原理和類型

相對運動流體：液體氣體固體顆粒物液珠重力場離心力場電場慣性力場沉降表面：器底、器壁或其他表面重力沉降離心沉降電沉降慣性沉降擴散沉降第一節(jié)沉降分離的基本概念

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降一、沉降分離的一般原理和類型相對運動流體：固體顆粒物重力場70沉降過程作用力特征重力沉降離心沉降電沉降慣性沉降擴散沉降重力離心力電場力慣性力熱運動沉降速率小，適用于較大顆粒分離適用于不同大小顆粒的分離帶電微細顆粒（<0.1m）的分離適用于10～20m以上粉塵的分離微細粒子（<0.01m）的分離沉降過程類型與作用力

第一節(jié)沉降分離的基本概念

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降沉降過程作用力特征重力沉降重力沉降速率小，適用于較大顆71在環(huán)境領域沉降原理如何利用？水與廢水處理：各種顆粒物（無機砂粒、有機絮體……）的沉降密度較小絮體的上浮油珠的上浮氣體凈化：粉塵、液珠……第一節(jié)沉降分離的基本概念

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降在環(huán)境領域沉降原理如何利用？水與廢水處理：第一節(jié)沉降分離72二、流體阻力與阻力系數

當某一顆粒在不可壓縮的連續(xù)流體中做穩(wěn)定運行時，顆粒會受到來自流體的阻力。該阻力由兩部分組成：形狀阻力和摩擦阻力。流體阻力的方向與顆粒物在流體中運動的方向相反，其大小與流體和顆粒物之間的相對運動速度u、流體的密度、黏度以及顆粒物的大小、形狀有關。對于非球形顆粒物，這種關系非常復雜。

第一節(jié)沉降分離的基本概念

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降二、流體阻力與阻力系數當某一顆粒在不可壓縮的連續(xù)流體中做穩(wěn)73對于球形顆粒，流體阻力的計算方程：顆粒的雷諾數CD:阻力系數，是雷諾數的函數。AP：顆粒的投影面積第一節(jié)沉降分離的基本概念

（6.1.10）（6.1.11）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降對于球形顆粒，流體阻力的計算方程：顆粒的雷諾數CD:阻力74層流區(qū)過渡區(qū)湍流區(qū)第一節(jié)沉降分離的基本概念

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降層流區(qū)過渡區(qū)湍流區(qū)第一節(jié)沉降分離的基本概念環(huán)境工程原理電75第一節(jié)反應器與反應操作(1)簡述沉降分離的原理、類型和各類型的主要特征。(2)簡要說明環(huán)境工程領域哪些處理單元涉及沉降分離過程。(3)顆粒的幾何特性如何影響顆粒在流體中受到的阻力？(4)不同流態(tài)區(qū)，顆粒受到的流體阻力不同的原因是什么？(5)顆粒和流體的哪些性質會影響到顆粒所受到的流體阻力，怎么影響。本節(jié)思考題環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第一節(jié)反應器與反應操作(1)簡述沉降分離的原理、類型和各類76一、重力場中顆粒的沉降過程二、沉降速度的計算三、沉降分離設備本節(jié)的主要內容第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降一、重力場中顆粒的沉降過程本節(jié)的主要內容第二節(jié)重力沉降環(huán)77一、重力場中顆粒的沉降過程

浮力Fb重力Fg假設球形顆粒粒徑為dP、質量為m。沉速如何計算？阻力（曳力）FD第二節(jié)重力沉降（6.2.2）（6.2.1）根據牛頓第二定律，顆粒將產生向下運行的加速度（6.2.3）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降一、重力場中顆粒的沉降過程浮力Fb重力Fg假設球形顆粒粒徑78達到平衡時：ut——顆粒終端沉降速度（terminalvelocity）

（1）層流區(qū)：ReP2

CD=24/ReP

(6.2.5)第二節(jié)重力沉降斯托克斯（Stokes）公式

(6.2.6)環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降達到平衡時：ut——顆粒終端沉降速度（terminalve79（2）過渡區(qū)：2<ReP<103

艾侖(Allen)公式

（3）湍流區(qū)：103<ReP<2105

CD=0.44牛頓（Newton）公式

第二節(jié)重力沉降（6.2.7）（6.2.8）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降（2）過渡區(qū)：2<ReP<103艾侖(Allen)公式（80了解影響顆粒沉速的因素（顆粒粒徑……）在已知的顆粒粒徑條件下求沉降速度由顆粒沉降速度求顆粒粒徑……水處理中的沉降實驗由顆粒沉降速度求液體黏度

……落球法測定黏度上述式子有何意義？第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降了解影響顆粒沉速的因素（顆粒粒徑……）上述式子有何意義？第二811.試差法假設沉降屬于某一區(qū)域—計算顆粒沉速—按求出的顆粒沉降速度ut計算ReP，驗證ReP是否在所屬的假設區(qū)域。如果在，假設正確；否則，需要重新假設和試算。2.摩擦數群法

CD與ReP的關系曲線中，由于兩坐標都含有未知數ut，進行適當的轉換，使其兩坐標之一變成不包含ut的已知數群，則可以直接求解ut。二、沉降速度的計算第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降1.試差法二、沉降速度的計算第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子82將顆粒沉速計算式（6.2.5)進行變換得到CD計算式：ReP2

ReP2不包含沉降速度ut的摩擦數群。無因次，也是ReP的函數。

CD與ReP的關系曲線轉換成

與ReP的關系曲線。

第二節(jié)重力沉降（6.2.9）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降將顆粒沉速計算式（6.2.5)進行變換得到CD計算式：ReP83CDRe2PCDReP－1（不包含顆粒直徑的摩擦數群）由顆粒直徑和其他參數，計算摩擦數群。由左圖-ReP的關系曲線，查出相應的ReP值。如何由沉降速度計算顆粒直徑？

由顆粒直徑計算沉降速度

第二節(jié)重力沉降根據ReP的定義反算出ut

（6.2.10）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降CDRe2PCDReP－1（不包含顆粒直徑的摩擦數群）由顆粒843.無因次判據K用K判別沉降屬于什么區(qū)域？層流區(qū)：上限是ReP＝2

湍流區(qū)：下限是ReP為1000第二節(jié)重力沉降（6.2.11）（6.2.12）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降3.無因次判據K湍流區(qū)：下限是ReP為1000第二節(jié)重85第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降86第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降87第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降88水處理：平流沉淀池氣凈化：降塵室三、沉降分離設備第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降水處理：平流沉淀池氣凈化：降塵室三、沉降分離設備第二節(jié)重力89凈化氣體凈化液體含塵氣體含懸浮物液體uilbh沉淀池或降塵室工作過程示意圖dc位于沉淀池（降塵室）最高點的顆粒沉降至池底需要的時間為

：

流體通過沉淀池（降塵室）的時間為:

為滿足除塵或懸浮物要求，

t停t沉即：流體中直徑為dc的顆粒完全去除的條件。

第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降凈化氣體含塵氣體uilbh沉淀池或降塵室工作過程示意圖dc位90(1)簡要分析顆粒在重力沉降過程中的受力情況。(2)層流區(qū)顆粒的重力沉降速度主要受哪些因素影響？(3)影響層流區(qū)和湍流區(qū)顆粒沉降速度的因素有何不同，原因何在？(4)流體溫度對顆粒沉降的主要影響是什么？(5)列出你所知道的環(huán)境工程領域的重力沉降過程。本節(jié)思考題第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降(1)簡要分析顆粒在重力沉降過程中的受力情況。本節(jié)思考題第二91(6)分析說明決定降塵室除塵能力的主要因素是什么。(7)通過重力沉降過程可以測定顆粒和流體的哪些物性參數，請你設計一些測定方法。本節(jié)思考題第二節(jié)重力沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降(6)分析說明決定降塵室除塵能力的主要因素是什么。本節(jié)思考題92第三節(jié)離心沉降

一、離心力場中顆粒的沉降分析二、旋流器工作原理三、離心沉降機工作原理本節(jié)的主要內容環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第三節(jié)離心沉降一、離心力場中顆粒的沉降分析本節(jié)的主要內93一、離心力場中顆粒的沉降分析

r顆粒與流體之間產生相對運動，顆粒還會受到來自流體的阻力（曳力）FD的作用。CD與Re有關

第三節(jié)離心沉降

浮力(向心力)Fb（6.3.2）慣性離心力Fc（6.3.1）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降一、離心力場中顆粒的沉降分析r顆粒與流體之間產生相對運動94如果這三項力能達到平衡du/dt=0重力沉降沉降方向不是向下，而是向外，即背離旋轉中心。由于離心力隨旋轉半徑而變化，致使離心沉降速度也隨粒徑所處的位置而變。離心沉降速率在數值上遠大于重力沉降速率。（6.3.3）顆粒在此位置上的離心沉降速度：（6.3.4）第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降如果這三項力能達到平衡重力沉降沉降方向不是向下，而是向外95離心加速度與重力加速度的比值（離心分離因素）Kc

大小可以人為調節(jié)離心沉降分離設備有兩種型式：旋流器和離心沉降機旋流器的特點：設備靜止，流體在設備中作旋轉運行而產生離心作用。Kc一般在幾十到數百之間。離心沉降機的特點：裝有液體混合物的設備本身高速旋轉并帶動液體一起旋轉，從而產生離心作用。Kc可以高達數十萬。

第三節(jié)離心沉降

（6.3.5）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降離心加速度與重力加速度的比值（離心分離因素）Kc大小可以人96旋風分離器：用于氣體非均相混合物分離旋流分離器：用于液體非均相混合物分離（一）旋風分離器

旋風分離器在工業(yè)上的應用已有近百年的歷史。旋風分離器結構簡單、操作方便，在環(huán)境工程領域也應用廣泛。在大氣污染控制工程中，作為一種常用的除塵裝置，主要用于去除大氣中的粉塵，常稱為旋風除塵器。二、旋流器工作原理第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降旋風分離器：用于氣體非均相混合物分離二、旋流器工作原理第三節(jié)97第三節(jié)離心沉降

1.基本操作原理

ui旋風分離器中的慣性離心力是由氣體進入口的切向速度ui產生的。

離心加速度為rm2＝ui2/rm，其中rm為平均旋轉半徑。分離因數為：其大小為5～2500，一般可分離氣體中直徑為5～75m的粉塵。環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第三節(jié)離心沉降1.基本操作原理ui旋風分離器中的慣性982.主要分離性能指標表示旋風分離器的分離性能的主要指標有臨界直徑和分離效率。(1)臨界直徑臨界直徑是指在旋風分離器中能夠從氣體中全部分離出來的最小顆粒的直徑，用dc表示。

為分析簡單，對氣體和顆粒在筒內的運動作如下假設：氣體進入旋風分離器后，規(guī)則地在筒內旋轉N圈后進入排氣筒，旋轉的平均切線速度等于入口氣體速度ui。顆粒在筒內與氣體之間的相對運動為層流。顆粒在沉降過程中所穿過的氣流最大厚度等于進氣口寬度B。

第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降2.主要分離性能指標第三節(jié)離心沉降環(huán)境工程原理電子教案99根據顆粒離心沉降速度方程式，假設氣體密度<<顆粒密度P，相應于臨界直徑dc的顆粒沉降速度為：

根據假設③，顆粒最大沉降時間為：

第三節(jié)離心沉降

（6.3.6）（6.3.7）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降根據顆粒離心沉降速度方程式，假設氣體密度<<顆粒密度P，100若氣體進入排氣管之前在筒內旋轉圈數為N，則運行的距離為2rmN，故氣體在筒內的停留時間為一般旋風分離器以圓筒直徑D為參數，其他參數與D成比例，B=D/4。D增加，dc增大，分離效率減少。第三節(jié)離心沉降

（6.3.8）令t沉=t停，得：

（6.3.9）環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降若氣體進入排氣管之前在筒內旋轉圈數為N，則運行的距離為2r101總效率與粒級效率之間的關系：xi為粒徑di的顆粒占總顆粒的質量分數(2)分離效率總效率：指進入旋風分離器的全部粉塵中被分離下來的粉塵的質量分數。1，2分別為旋風分離器入口和出口氣體中的總含塵量

（6.3.10）粒級效率：表示進入旋風分離器的粒徑為di的顆粒被分離下來的質量分數。（6.3.11）第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降總效率與粒級效率之間的關系：xi為粒徑di的顆粒占總顆粒的質102總效率表示旋風分離器的分離效果，總的除塵效果。但并不能準確地代表旋風分離器的分離效率。總效率相同的兩臺旋風分離器，其分離性能卻可能相差很大。粒級效率更能準確地表示旋風分離器的分離效率。粒級效率曲線：粒級效率與顆粒粒徑的關系第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降總效率表示旋風分離器的分離效果，總的除塵效果。但并不能準確地103第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第三節(jié)離心沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降104第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降第三節(jié)離心沉降環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降105旋流分離器用于分離懸浮液，在結構和操作原理上與旋風分離器類似。旋流分離器的特點：①形狀細長，直徑小，圓錐部分長，有利于顆粒分離。②中心經常有一個處于負壓的氣柱，有利于提高分離效果。在水處理中，旋流分離器又稱為水力旋流器，可用于高濁水泥沙的分離、暴雨徑流泥沙分離、礦廠廢水礦渣的分離等。

（二）旋流分離器第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降旋流分離器用于分離懸浮液，在結構和操作原理上與旋風分離器類106三、離心沉降機工作原理

根據離心沉降機的分離因素Kc的大小，離心機可分為：常速離心機：Kc<3000

高速離心機：3000<Kc<50000

超高速離心機：Kc>50000第三節(jié)離心沉降

環(huán)境工程原理電子教案第6章沉降三、離心沉降機工作原理根據離心沉降機的分離因素Kc的大小，107r2rr1h離心機工作原理示意圖

ui懸浮液