非均相混合物的分离

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1、内容纲要3.1概述3.2颗粒及颗粒床层的特性3.3沉降分离3.4过滤3.1概述3.1.1混合物分类混合物均相混合物非均相混合物溶液：混合气体：精馏、萃取吸收、吸附气态非均相液态非均相含尘气体含雾气体悬浮液乳浊液气泡液物系内部存在相界面且界面两侧的物理性质完全不同。《化工原理》课件——第四章沉降与过滤分散相：非均相物系中处于分散状态的物质，如悬浮液中的固体颗粒。连续相：包围分散质的处于连续状态的流体。如悬浮液中的液体。3.1概述3.1.2非均相混合物的分离方法依据：分散相与连续相之间的物理性质的差异。如密度、颗粒外径等方法：连续相与分散相之

2、间发生相对运动而分离.3.1概述3.1.3机械分离方法的推动力3.1.4分离目的①回收有价值的物质②净化分散介质③保护环境和安全生产3.1概述3.2.1颗粒的特性3.2.1.1单一颗粒的特性（1）球形颗粒体积表面积比表面积（2）非球形颗粒非球形颗粒可用当量直径及形状系数来表示其特性。3.2颗粒及颗粒床层的特性体积当量直径de表面积当量直径des比表面积当量直径dea形状系数形状系数表征颗粒的形状与球形的差异程度球形颗粒，=1，颗粒形状与球形差别愈大，值愈低。3.2颗粒及颗粒床层的特性非球形颗粒通常以体积当量直径和形状系数来表征颗粒的体

3、积、表面积和比表面积。3.2颗粒及颗粒床层的特性3.2.1.2颗粒群的特性1、粒度分布不同粒径范围内所含粒子的个数或质量即粒径分布。标准筛:泰勒制，日本制，德国制及原苏联制等。我国用泰勒制。3.2颗粒及颗粒床层的特性2、颗粒的平均粒径平均比表面积直径3.2颗粒及颗粒床层的特性3.2.2颗粒床层的特性3.2.2.1床层空隙率固定床：众多固体颗粒堆积而成的静止的颗粒层。3.2颗粒及颗粒床层的特性3.2.2.2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。若忽略颗粒之间接触面积的影响床层比表面积也可根据堆积密度估算3.2颗粒及颗粒床

4、层的特性3.2.3流体通过床层流动的压降（3.4过滤）3.2颗粒及颗粒床层的特性沉降分离是借助某种力的作用，利用分散物质与分散介质的密度差异使之发生相对运动而分离的过程。沉降:重力沉降作用力是重力离心沉降作用力是惯性离心力3.3沉降分离3.3.1重力沉降受地球吸引力的作用而发生的沉降。3.3.1.1沉降速度假设：3.3沉降分离①颗粒为球形；②颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰③容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略④颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响1.球形颗粒的自由沉降：重力：浮力：阻力：颗粒密度流体密度受力分析3.3沉降分离《化工原理》课件——第

5、四章沉降与过滤①刚开始沉降：不变a最大②开始沉降a3.3沉降分离a＝0u增加至一定值时自由沉降速度匀速沉降自由沉降速度公式3.3沉降分离2.阻力系数的计算因次分析球形度=与颗粒体积相等的圆球的表面积颗粒的表面积3.3沉降分离3.3沉降分离①层流区(Stokes区)—Stokes公式表面摩擦阻力占主导地位不发生边界层分离3.3沉降分离②过渡区(Allen区)开始发生边界层分离颗粒后部形成旋涡——尾流尾流区压强低形体阻力增大3.3沉降分离③湍流区(牛顿区)形体阻力占主导地位，表面摩擦阻力可以忽略阻力u2阻力系数与Ret无关3.3沉降分离④Re

6、t>2105阻力系数骤然下降层流边界层湍流边界层分离点后移，尾流区收缩，形体阻力突然下降近似取=0.13.3沉降分离自由沉降速度的公式不适用于非常微细颗粒（如d<0.5μm)的沉降计算，这是由于流体分子热运动使得颗粒发生布朗运动。当Ret>10-4时，可不考虑布朗运动的影响。沉降速度关系式适用于颗粒与流体在重力方向上的相对运动的计算。例如:颗粒密度大于流体密度的沉降操作；颗粒密度小于流体密度的颗粒浮升运动；在静止流体中颗粒的沉降，流体相对于静止颗粒的运动；颗粒与流体逆向运动的情况；颗粒与流体同向运动但具有不同的相对速度的计算。3.3

7、沉降分离3.ut的计算：试差法：摩擦数群法无因次判据法非试差法：3.3沉降分离试差法：假设流型选择公式计算计算验算3.3沉降分离例：求直径40μm球形颗粒在30℃大气中的自由沉降速度。已知ρ颗粒为2600kg/m3,大气压为0.1MPa。解：设为层流，则：查30℃、0.1MPa空气：校核：(正确)3.3沉降分离4.影响沉降速度的因素流体的粘度、密度颗粒的体积浓度器壁效应颗粒形状的影响颗粒的最小尺寸3.3沉降分离雷诺数公式层流区—Stokes定律区小结3.3.1.2重力沉降分离设备◇气体沉降设备利用重力沉降除去气流中颗粒的设备。◇液体沉降设备用

8、于浓缩、澄清沉降槽：3.3沉降分离一、降尘室1.用途：分离气流中的尘粒3.3沉降分离2.工作原理3.3沉降分离气体入室减速颗粒的沉降运动随气体运动沉降运动时间<气