化工原理第三章非均相物系的分离

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1、第三章颗粒与流体之间的相对运动3.0概述3.0.1均相物系和非均相物系均相物系：物系内部各处物料性质均匀而不存在相界面的混合物系。溶液以及各种气体的混合物都是均相物系，它们的分离方法将在后面章节讨论。非均相物系：物系内部有明显的相界面存在而界面两侧物料的性质不同的混合物系。3.0.2非均相物系的分类1.按状态分液态非均相物系：固、液、气分散在液相中。分：悬浮液(液固物系)：指液体中含有一部分固体颗粒乳浊液(液液物系)：指一种液体分散在与其不互溶的另一种液体中泡沫液(液气物系)：指液体中含有气泡的物系气态非均相物系：固、液分散在气相中。分：含尘气体(气固物系)

2、：指气体中含有固体颗粒含雾气体(气液物系)：指气体中含有少量液滴2.按颗粒大小分粗悬浮系统：d>100μm悬浮系统：0.1μm>d>100μm胶体系统：d<0.1μm3.0.3连续相与分散相分散相(分散物质)：处于分散状态的物质连续相(分散介质)：包围着分散物质而处于连续状态的物质由于非均相物系中连续相与分散相之间具有不同的物理性质(如密度、粒子的大小与另一相分子尺寸等)，受到外力作用时运动状态就不同，因而可应用机械方法将它们分开。要实现这种分离，其方法是使分散物质与分散介质之间发生相对运动，所以非均相物系的分离操作也遵循流体流动的基本规律。本章主要讨论液固非均

3、相物系和气固非均相物系分离所依据的基本原理和设备，即颗粒相对于流体而运动的沉降操作和流体相对于固粒而运动的过滤操作。3.0.4非均相物系分离的目的1回收有用物质如从气流干燥器排出尾气中回收带出的固体颗粒作为产品，或者从某些排泥中回收带走的液体等。2净化物料如除去浑液中的固相杂质而使其成为清液，或者使压缩后气体中的油滴分离而净化气体等。3环境保护的需要象烟道气的排放、废液的排放都要求其含固量达到一定标准，以防止对大气、河海等环境污染。3.0.5非均相物系的分离方法1.沉降：依据重力、离心力、惯性力，使分散相与连续相分离。据力的不同分：重力沉降离心沉

4、降2.过滤：借助压力或离心力使混合物通过某介质(固体)，使液相与固相截留于介质两侧而达到分离的目的。主要用于分离液态非均相物系。3.气体湿法净制：让含尘气体通过水或其它液体中，使颗粒溶于液体中或润湿颗粒，而使颗粒粘在一起，通过重力沉降分离。4.电子除尘：使含有悬浮尘粒或雾滴的气体通过金属电极间的高压直流静电场，气体电离产生离子附着于悬浮尘粒或雾滴上而使之荷电。荷电的尘粒、雾滴在电场力的作用下至电极后发生中和而恢复中性从而达到分离。3.1颗粒及颗粒床层的特性3.1.1颗粒的特性(单颗粒的几何特性参数)固体颗粒由于其形成的方法和条件不同，致使它们具有不同的几何形状

5、和尺寸，在工程计算中，常需要知道颗粒的几何特性参数：即大小(尺寸)、形状和表面积(或比表面积)等。3.1.1.1特征尺寸1.球形颗粒：常用直径d作为特征长度，其体积、表面积和比表面积为：式中：a——单位体积颗粒所具有的表面积，m2/m3。对一定直径的颗粒，比表面积一定；颗粒的直径愈小，比表面积愈大，因此可以根据比表面积的大小，来表示颗粒的大小，特别是微小颗粒。2.非球形颗粒：常用颗粒的当量直径和球形度表示其特性。(1)体积当量直径de：与实际颗粒体积Vp相等的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的当量直径。即：(2)表面积当量直径ds：表面积等于实际颗粒表面

6、积Sp的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的表面积当量直径。即：(3)比表面积当量直径da:比表面积等于实际颗料比表面积ap的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的比表面积当量直径。即：工程上常用de。(4)形状系数亦称球形度，用于表征颗粒的形状与球形的差异程度。定义：体积与实际颗粒相等时球形颗粒表面积与实际颗粒的表面积之比，即：〖说明〗由于体积相同时，球形颗粒的表面积最小，故非球形颗粒的s<1,而且颗粒与球形差别愈大，其s值愈小。对非球形颗粒必须有两个参数才能确定其几何特性，通常选用de和s来表征。3.颗粒群的特性工业中碰到的颗粒大多是由大小和形状不同的若干颗

7、粒组成的集合体，称为颗粒群。但通常认为它们的形状一致，而只考虑其大小分布，这样就提出了其粒度分布及其平均直径的问题。(1).粒度分布按颗粒尺寸对颗粒群进行排列划分的结果称为粒度分布。根据颗粒大小的范围不同，采用不同的方法测量颗粒群的粒度分布，对工业上常见的尺寸大于40μm的颗粒群，一般采用标准筛进行测量，称为筛分。a.筛分：标准筛由一系列筛孔大小不同的筛组成，筛的筛网由金属丝网制成，筛孔呈正方形。一套标准筛的各个筛的网孔大小按标准规定制成，通用的是泰勒(Tyler)标准筛系列。它的各个筛用其筛网上每英寸长度上的孔数作为筛号，也称为目，且每个筛的筛网金属丝的

8、直径也有规定，因此一定目