顆粒自由沉降
關注創(chuàng)建者：C乘風破浪 創(chuàng)建時間：2022-08-10
顆粒自由沉降的實例教程
混合懸浮液中顆粒的沉降數值模擬 ￥1500
<p>本案例基于COMSOL軟件仿真了管中內合懸浮液受到重力作用下的顆粒自由沉降過程，仿真結果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202208/619931c1eb234fabb9b2b5a4a8200bc5.gif" alt="Untitled.gif"></p><p>感興趣的朋友，歡迎交流合作</p><p><br></p>
展開 1、 模型簡介及計算參數
本次模擬對象為微硅粉沉降室，微硅粉粒子的沉降效率，進口管道和沉降室內冷氣及冷卻水液滴的混合分布狀態(tài)，三維模型見圖1。
沉降室設計要點：（1）沉降室尺寸長度（L）與高度（H）：
u: 氣流水平速度（通常0.3~1 m/s，防湍流）。確保顆粒在沉降室內有足夠時間沉降：
(2) 氣流分布進口設計：采用漸擴管（擴張角≤15°）或導流板，避免直接沖擊沉降區(qū)。均流裝置：增設多孔板或格柵，使斷面速度偏差≤20%。
（3）氣流速度（u）：上限：防止已沉降顆粒再飛揚（通常 umax≤1m/s），下限：避免設備體積過大（經濟性權衡）。
（4）溫度影響：高溫氣體需修正黏度μ（如200℃空氣黏度比常溫高23%），降低 vs
圖1 三維模型
計算參數如下：標況下煙氣風量為240000m3/h，溫度800℃，工況風量為943296m3/h，煙氣進口管道風速為16.3m/s；各冷風主管風量為15000m3/h，冷風主管風速為16.93m/s；粉塵濃度為8g/Nm3，其中70%微硅粉粒徑為0.3μm，粉塵容重為200kg/m3。流體密度為0.4043kg/m3；冷卻水用量為3t/h，采用DPM模型計算冷卻水液滴分布狀態(tài)，冷卻水噴嘴模型進行簡化，選solid-cone，擴散角55°，噴槍示意如圖2所示。
CFD模擬：檢查氣流均勻性（速度云圖）和顆粒軌跡（DPM模型）。
經驗公式對比：如L/H 比值通常取3~5（粗顆粒）或5~10（細顆粒）
圖2 噴嘴噴水方向示意圖
展開 蛇管式換熱器
橫排管束換熱器
氣固分離裝置
流化過程中，小顆粒總不免被流體帶到反應器的上部或者外面，尤其在氣速較大的操作下。為了回收這部分顆粒，在流化床中心必須有氣固分離裝置。
氣固分離裝置主要有：
（1）旋風分離，通過依靠離心力作用是氣流中的氣體和固體顆粒分離。
（2）在反應器上部連接一個擴大段，使氣速降低，部分顆粒自由沉降分離，安裝一些使氣流或固體顆粒改變流動方向的折流擋板或者其他快速分離裝置。
其中錐底一般錐角為90°或60°。作用是對進入氣體起預分布作用、卸催化劑。
展開 顆粒污泥有兩個重要特性:良好的沉降性能和高比產甲烷活性。
在UASB反應器中，顆粒污泥的沉降速度為0. 3～0.8m/h, 而在清水中，顆粒污泥自由沉降的速率可達2m/h。顆粒污泥根據其沉降速度可分三類:①沉降性能差的顆粒污泥，其在UASB反應器中的沉降速度小于20m/h; ②沉降性能一般的顆粒污泥，其在UASB反應器中的沉降速度為20～50m/h;③沉降性能良好的顆粒污泥，其在UASB反應器中的沉降速度大于50m/h。
2)顆粒污泥的形成機理
關于顆粒污泥形成的機理目前還處于研究階段，研究者提出了種種假說，大多數是根據觀察顆粒污泥在形成過程中所出現的現象提出的，以下為幾種有代表性的假說:
①晶核假說。該假說認為顆粒污泥的形成類似于結晶過程，在晶核基礎上，顆粒不斷發(fā)育，直到最后形成成熟的顆粒污泥。晶核來源于接種污泥或在運行過程中產生的無機鹽，如CaCO3或其他顆粒物質。
②不少研究結果表明，在多數成熟的顆粒污泥中很難找到晶核。顆粒污泥的形成可不以晶核為基礎而成長，而是完全靠微生物本身形成的，因而又產生了其他的觀點:
電中和作用。這一假說認為，在厭氧污泥顆粒化過程中，Ca2+ 能中和細菌細胞表面的負電荷，減弱細胞間的電荷斥力作用，并通過鹽橋作用而促進細胞的凝聚反應；
胞外多聚物架橋作用。這是目前比較流行的假說。這一假說認為，顆粒污泥是由于微生物(如細菌)分泌的胞外多糖使細胞粘結在一起而形成的。
新加坡南洋理工大學Y.G.Yen等認為污泥顆粒化過程可分成三個階段，即積累階段、顆粒化階段和成熟階段。大量初始顆粒污泥在反應器的底部形成并開始逐漸增長，這種狀態(tài)為顆粒初始化。從反應器剛開始啟動到顆粒初始化這段時間稱為積累階段。在此階段中，顆粒化過程進行的很慢。
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1、 模型簡介及計算參數
本次模擬對象為微硅粉沉降室，微硅粉粒子的沉降效率，進口管道和沉降室內冷氣及冷卻水液滴的混合分布狀態(tài)，三維模型見圖1。
沉降室設計要點：（1）沉降室尺寸長度（L）與高度（H）：
u: 氣流水平速度（通常0.3~1 m/s，防湍流）。確保顆粒在沉降室內有足夠時間沉降：
(2) 氣流分布進口設計：采用漸擴管（擴張角≤15
<p>本案例基于COMSOL軟件仿真了管中內合懸浮液受到重力作用下的顆粒自由沉降過程，仿真結果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202208/619931c1eb234fabb9b2b5a4a8200bc5.gif" alt="Untitled.gif"></p><p>感興趣的朋友，歡迎交流合作</p><p><br></p>
（2）在反應器上部連接一個擴大段，使氣速降低，部分顆粒自由沉降分離，安裝一些使氣流或固體顆粒改變流動方向的折流擋板或者其他快速分離裝置。
其中錐底一般錐角為90°或60°。作用是對進入氣體起預分布作用、卸催化劑。
在UASB反應器中，顆粒污泥的沉降速度為0. 3～0.8m/h, 而在清水中，顆粒污泥自由沉降的速率可達2m/h。顆粒污泥根據其沉降速度可分三類:①沉降性能差的顆粒污泥，其在UASB反應器中的沉降速度小于20m/h; ②沉降性能一般的顆粒污泥，其在UASB反應器中的沉降速度為20～50m/h;③沉降性能良好的顆粒污泥，其在UASB反應器中的沉降速度大于50m/h。
