第三章 颗粒与流体之间的相对流动2006-1

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1、第三章非均相物系的分离重点：过滤和沉降的基本理论、基本方程难点：过滤基本方程的应用、过滤设备均相物系(honogeneoussystem):均相混合物。物系内部各处均匀且无相界面。如溶液和混合气体都是均相物系。自然界的混合物分为两大类：非均相物系(non-honogeneoussystem):非均相混合物。物系内部有隔开不同相的界面存在，且界面两侧的物料性质有显著差异。如：悬浮液、乳浊液、泡沫液属于液态非均相物系，含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。第一节概述分散相：分散物质。在非均相物系中，处于分

2、散状态的物质。如分散于流体中的固体颗粒、液滴或气泡；悬浮液（水果汁、蔬菜汁）、乳浊液（牛奶：视为奶油分散在脱脂奶中的乳浊液）和泡沫液。在食品工业中悬浮液和乳浊液占有重要的地位。连续相：分散介质。包围着分散物质而处于连续状态的流体。有两种类型：气态非均相物系；液态非均相物系。非均相物系由分散相和连续相组成要实现分离，必须使分散相和连续相之间发生相对运动。因此，非均相物系的分离操作遵循流体力学的基本规律。非均相物系的分离原理：非均相物系分离的理论基础：根据两相物理性质(如密度等)的不同而进行的分离。由于非

3、均相物的两相间的密度等物理特性差异较大，因此常采用机械方法进行分离。按两相运动方式的不同，机械分离大致分为沉降和过滤两种操作。（1）颗粒相对于流体（静止或运动）运动的过程称为沉降分离；重力沉降和离心沉降；（2）流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程称为过滤。重力过滤、加压过滤、真空过滤和离心过滤。通常先造成一个两相物系，再用机械分离的方法分离，如蒸馏，萃取等。非均相物系的分离方法：均相物系的分离：分离非均相混合物的意义：（1）回收有价值的分散物质；（从含微粒固体的气溶胶中分离出奶粉）（2）净化

4、分散介质以满足后继生产工艺的要求（从牛奶中制取奶油和脱脂奶，从淀粉液中制取淀粉）；（3）环境保护和安全生产（分离生产中发生的酸雾、烟等有害物质，保证人身体和设备的安全）。第一节颗粒及颗粒床层的特性1、1颗粒床层的特性1、1、1单颗粒的特性1、球形颗粒的各有关特性均可用单一的参数，即直径全面表示：体积表面积比表面积（单位体积固体颗粒所具有的表面积）1、1、1单颗粒的特性2、非球形颗粒（1）体积当量直径（2）表面积当量直径(3)比表面积当量直径将非球形颗粒以某种当量的球形颗粒代表，以使所考察的领域内非球形

5、颗粒的特性与球形颗粒等效，这一球的直径称为当量直径。1、1、1单颗粒的特性（二）形状系数形状系数又称球形度，它等于与颗粒等体积的球形粒子的表面积与颗粒的实际表面积之比。它表征颗粒的形状与球形的差异程度。颗粒形状与球形差别愈大，愈低.任何非球形颗粒的形状系数皆小于1。1、1、1单颗粒的特性对球形颗粒，以一个参数即颗粒直径便可唯一确定其体积、表面积和比表面积；对于非球形颗粒，则必须定义两个参数才能确定其体积、表面积和比表面积。若定义当量体积直径：体积当量直径和形状系数表示。1、1、2颗粒群的特性颗粒粒度的

6、测量方法有：423页筛分法、显微镜法、沉降法、电阻变化法、光散射与衍射法、表面积法等等。1、1、2颗粒群的特性（一）粒度分布(ParticleSizeDistributions)不同粒径范围内所含粒子的个数或质量，即粒径分布。421页对于大于70微米的颗粒，通常采用一套标准筛进行测量，这种方法成为筛分分析。通常采用泰勒标准筛。853页。1、1、2颗粒群的特性筛分分析的结果的表示：1、分布函数F曲线：令某号筛子的筛过量占试样总量的分率为Fi,不同筛号的Fi与其筛孔尺寸绘制的曲线，此曲线称为分布函数曲线。

7、重要特性（1）对应于某一尺寸dpi的Fi值表示直径小于dpi的颗粒占全部试样的质量分率。（2）在该批颗粒的最大直径dpmax处，其分布函数为1。2、频率函数f曲线:重要特性（1）在一定粒度范围内的颗粒占全部颗粒的质量分率等于该粒度范围内频率函数曲线的面积；原则上，粒度为某一定值的颗粒的质量分率为零。（2）频率函数曲线下的全部面积为1。1、1、2颗粒群的特性（二）颗粒的平均粒径最常用的是平均比表面积直径。1、1、2颗粒群的特性三、粒子的密度真密度：粒子体积不包括颗粒之间的空隙，；堆积密度或表观密度：粒子

8、体积包括颗粒之间的空隙，；1、1、3床层的特性一、床层空隙率表示由颗粒群堆积成的床层疏密程度：实验证明：单分散球形颗粒最松排列时的空隙率为0.48，作最紧密排列时为0.26；乱堆的非球形颗粒床层空隙率往往大于球形的。影响因素：颗粒的大小、形状、粒度分布与添充方式等。一般乱堆床层的空隙率大致在0.47-0.7之间。1、1、3床层的特性二、床层的比表面积单位床层体积具有的颗粒表面积称为床层的比表面积床层的比表面积也可以根据堆积密度估算：堆积密度和真密度之间的