沉降分离过程的安全分析——重力沉降分离过程

　　如前所述，沉降是借助于某种外力作用，使两相发生相对运动而实现分离的操作。根据外力的不同，沉降又分为重力沉降、离心沉降和惯性沉降。
　　
　　重力沉降分离过程
　　
　　在重力作用下使流体与颗粒之间发生相对运动而得以分离的操作，称为重力沉降。重力沉降既可分离含尘气体，也可分离悬浮液。重力沉降广泛应用于化工生产过程的除尘技术。
　　
　　1自由沉降速度
　　
　　自由沉降与自由沉降速度根据颗粒在沉降过程中是否受到其他粒子、流体运动及器壁的影响，可将沉降分为自由沉降和干扰沉降。颗粒在沉降过程中不受周围颗粒、流体及器壁影响的沉降称为自由沉降，否则称为干扰沉降。很显然，自由沉降是一种理想下的沉降状态，实际生产中的沉降几乎都是干扰沉降，但由于自由沉降的影响因素少，为了了解沉降过程的规律，通常从自由沉降人手进行研究。将直径为d，密度为／3的光滑球形颗粒置于密度为p的静止流体中，由于所受重力的差异，颗粒将在流体中降落。如图8—2所示，

　　在垂直方向上，颗粒将受到3个力的作用，即向下的重力F。，向上的浮力几和与颗粒运动方向相反的阻力几。对于一定的颗粒与流体，重力，浮力恒定不变，阻力则随颗粒的降落速度而变。三个力的大小为　

　　2实际沉降及其影响因素
　　
　　实际沉降即为干扰沉降，如前所述，颗粒在沉降过程中将受到周围颗粒、流体、器壁等因素的影响，一般来说，实际沉降速度小于自由沉降速度。
　　
　　①颗粒含量的影响。实际沉降过程中，颗粒含量较大，周围颗粒的存在和运动将改变原来单个颗粒的沉降，使颗粒的沉降速度较自由沉降时小。例如，由于大量颗粒下降，将转换下方流体并使之上升，从而使沉降速度减小。颗粒含量越大，这种影响越大，达到一定沉降要求所需的沉降时间越长。
　　
　　②颗粒形状的影响。对于同种颗粒，球形颗粒的沉降速度要大于非球形颗粒的沉降速度。
　　
　　③颗粒大小的影响。从斯托克斯定律可以看出：其他条件相同时，粒径越大，沉降速度越大，越容易分离。如果颗粒大小不一，大颗粒将对小颗粒产生撞击，其结果是大颗粒的沉降速度减小，而对沉降起控制作用的小颗粒的沉降速度加快，甚至因撞击导致颗粒聚集而进一步加快沉降。
　　
　　④流体性质的影响。流体与颗粒的密度差越大，沉降速度越大；流体黏度越大，沉降速度越小。因此，对于高温含尘气体的沉降，通常需先散热降温，以便获得更好的沉降效果。
　　
　　⑤流体流动的影响。流体的流动会对颗粒的沉降产生干扰，为了减少干扰，进行沉降时要尽可能控制流体流动处于稳定的低速。因此，工业上的重力沉降设备，通常尺寸很大，其目的之一就是降低流速，消除流动干扰。
　　
　　⑥器壁的影响。器壁对沉降的干扰主要有两个方面：一是摩擦干扰，使颗粒的沉降速度下降；二是吸附干扰，使颗粒的沉降距离缩短。因此，器壁的影响是双重的。需要指出的是，为简化计算，实际沉降可近似按自由沉降处理，由此引起的误差在工程上是可以接受的。只有当颗粒含量很大时，才需要考虑颗粒之间的相互干扰。