化工原理第三章ppt课件.ppt

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1、化工原理第三章非均相物系的分离第二节过滤第一节沉降分离第三节离心机知识目标掌握沉降分离和过滤设备（包括沉降室、旋风分离器、过滤机）的设计或选型。理解沉降分离和过滤的原理、过程的计算、影响沉降分离的因素及恒压过滤过程的计算。熟悉典型过滤设备的特点与生产能力的计算以及提高过滤设备生产能力的途径及措施。了解其他分离设备的结构与选型。第三章非均相物系的分离能力目标通过本章的学习，能够运用非均相混合物分离的基本原理，进行沉降和过滤过程的有关计算，并根据工艺要求和物系特性进行分离设备的设计和选型，确定适宜的操作条件。第三章非均相物系的分离工

2、业生产过程中，为了满足工艺和产品的要求，在很多情况下需要对混合物进行分离，如原料的净化去杂；反应产物的分离提纯；生产中的废气、废液、废渣在排放前进行有害物质的处理等。为了实现这些分离过程，必须根据混合物性质的不同而采用不同的方法进行操作。生产中常遇到的混合物可分为两类，即均相混合物（或称均相物系）和非均相混合物（或称非均相物系）。均相混合物是指物系内各处组成均匀且不存在相界面的混合物，如溶液及混合气体属于此类。均相混合物的分离采用吸收、蒸馏等传质分离方法。第三章非均相物系的分离非均相混合物是指体系内包含两个或两个以上的相，相界面

3、两侧的物质性质不相同，如固体颗粒的混合物（颗粒间为气相分隔）；由固体颗粒与液体构成的悬浮液；由不相溶液体构成的乳浊液；由固体颗粒（或液滴）与气体构成的含尘气体（或含雾气体）等。在非均相物系中，其中一相为分散物质，以微粒的形式分散于另一相中，称为分散相，而另一相为分散介质，包围在分散物质的粒子周围，处于连续状态，称为连续相。非均相混合物分离就是将分散相和连续相分开，在工业生产中的应用主要有以下几个方面：第三章非均相物系的分离（1）收集分散物质。例如,收集从气流干燥器或喷雾干燥器出来的气体以及从结晶器出来的晶浆中带有的固体颗粒，这些

4、悬浮的颗粒作为产品必须回收。（2）净化分散介质。某些催化反应，原料气中夹带有杂质会影响催化剂的效能，必须在气体进反应器之前清除催化反应原料气中的杂质，以保证催化剂的活性。（3）环境保护与安全生产。例如,对排放的废气、废液中的有害固体物质分离处理，使其达到规定的排放标准等。第三章非均相物系的分离第三章非均相物系的分离由于非均相混合物的连续相和分散相存在着较大物理性质（如密度、黏度等）的差异，故可采用机械方法实现两相的分离，其方法是使分散相和连续相产生相对运动。常用的非均相混合物的分离方法有沉降、过滤、湿法除尘和静电分离等，本章重点

5、介绍沉降和过滤的操作原理及设备。第一节沉降分离利用非均相混合物在重力场或离心场中，各不同组分所受到的重力或离心力不同，从而将各不同成分加以分离的操作称为沉降分离。沉降分离主要涉及由颗粒和流体组成的两相流动体系。流体和固体颗粒之间的相对运动有三种情况：流体静止，固体颗粒作沉降运动；固体颗粒静止，流体对固体颗粒作绕流；流体和固体颗粒都运动，但两者保持一定的相对速度。沉降分离发生的前提条件是固体颗粒与流体之间存在密度差，同时有外力场存在。外力场有重力场和离心力场，因此沉降分离又分为重力沉降和离心沉降。第一节沉降分离重力沉降分离一、颗粒

6、在重力场中进行的沉降分离称为重力沉降，如浑浊的河水中的泥沙在重力的作用下慢慢降落后从分散介质中分离出来。第一节沉降分离（一）球形颗粒的自由沉降球形颗粒的沉降速度1.单个颗粒在无限大流体容器（直径大于颗粒直径100倍以上）中的沉降过程，称为自由沉降。第一节沉降分离图3-1沉淀粒子的受力情况将直径为d、密度为ρs的一个表面光滑的刚性球形颗粒置于密度为ρ的静止的流体中，如果颗粒的密度大于流体的密度，则颗粒所受重力大于浮力，颗粒将在流体中降落。如图3-1所示，颗粒在沉降过程中受到三个力的作用，即向下的重力Fg、向上的浮力Fb与阻力Fd。

7、第一节沉降分离第一节沉降分离静止流体中颗粒的沉降速度一般经历加速和恒速两个阶段。颗粒开始沉降的瞬间，初速度u为零，使得阻力为零，因此加速度a为最大值；颗粒开始沉降后，阻力随速度u的增加而加大，加速度a则相应减小，当速度达到某一值ut时，阻力、浮力与重力平衡，颗粒所受合力为零，使加速度为零，此后颗粒的速度不再变化，开始做速度为ut的匀速沉降运动。第一节沉降分离由于小颗粒的比表面积很大，使得颗粒与流体间的接触面积很大，颗粒开始沉降后，在极短的时间内阻力便与颗粒所受的净重力（即重力减浮力）接近平衡。因此，颗粒沉降时加速阶段时间很短，对

8、整个沉降过程来说往往可以忽略。匀速阶段中颗粒相对于流体的运动速度称为沉降速度ut，匀速阶段的受力平衡，即Fg=Fb+Fd第一节沉降分离第一节沉降分离阻力系数ζ2.用式(3-5)计算沉降速度时，首先需要确定阻力系数ζ值。根据因次分析，ζ是颗粒与流体相对运动时雷诺准