非均相物系的分离

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1、第3章非均相物系的分离混合物均相混合物非均相混合物物系内部各处物料性质均匀而且不存在相界面的混合物。例如：互溶溶液及混合气体物系内部有隔开两相的界面存在且界面两侧的物料性质截然不同的混合物。例如固体颗粒和气体构成的含尘气体固体颗粒和液体构成的悬浮液不互溶液体构成的乳浊液液体颗粒和气体构成的含雾气体非均相混合物机械分离的目的：(1)回收有价值的分散组分(2)净化分散介质,可以进一步加工处理(3)环境保护和安全生产分离依据和作用力的不同，非均相混合物的分离方法主要有以下几种：（1）依据连续相的分散相的密度差异，在重力场或离心力场分离。（2）依据两相对固体多孔介质透过性的差异，在重力

2、、压强差或离心力的作用下，液体透过介质而分散的固体颗粒受到阻挡被分离出来。（3）依据两相电性质的差异，在电场力的作用下进行分离。通过本章的学习，要重点掌握沉降和过滤这两种机械分离操作的原理、过程计算、典型设备的结构与特性，能够根据生产工艺要求，合理选择设备类型和尺寸。3.1颗粒的特性3.1.1单一颗粒的特性参数表示颗粒大小的几何参数：大小（尺寸）、形状、表面积（或比表面积）。图3-1不同形状颗粒示意图3.1.1.1形状规则的颗粒(1)大小：用颗粒的某一个或某几个特征尺寸表示，如球形颗粒的大小用直径ds表示。(2)比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，其单位为m2/m3,对球形颗

3、粒为：3.1.1.2形状不规则的颗粒(1)颗粒的形状系数：用形状系数表示颗粒的形状，最常用的形状系数是球形度ψ，它的定义式为(2)颗粒的当量直径体积当量直径deV，即体积等于颗粒体积的球形颗粒的直径为非球形颗粒的等体积当量直径。比表面积当量直径dea，即将比表面积等于颗粒比表面积的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的等比表面积当量直径。通常使用等体积当量直径：工业生产中常遇到流体通过大小不等的混合颗粒群的流动，此时常认为这些颗粒形状一致，只考虑大小不同。常用筛分的方法测得粒度分布，再求其相应的平均特性参数3.1.2混合颗粒的特性参数3.1.2.1颗粒的筛分尺寸对于工业上常见的中等大

4、小的混合颗粒，一般采用一套标准筛进行测量，这种方法称为筛分。标准筛：有不同的系列，其中泰勒（Tyler）标准筛是较为常用的标准筛之一，其筛孔的大小以每英寸长度筛网上所具有的筛孔数目表示，称为目。筛号(目数)：每英寸边长的筛孔数目；筛过量：通过筛孔的颗粒量；筛余量：截留于筛面上的颗粒量。颗粒的筛分尺寸:3.1.2.2颗粒群的平均特性参数①平均比表面积：②颗粒群的等比表面积当量直径：3.2沉降根据沉降作用力可分为：重力沉降、离心沉降根据沉降粒子间相互影响程度可分为：自由沉降和干扰沉降3.2.1颗粒-流体间的阻力阻力：（N）阻力系数(1)牛顿阻力定律(2)阻力（曳力）系数:与流体的流

5、动阻力系数类似，阻力（曳力）系数与颗粒沉降雷诺数有关，即注意：其中d为颗粒直径，u0为颗粒的沉降速度，ρ、μ分别为流体的密度与粘度。实验获得ξ与Rep的关系：曳力系数ξ与ReP的关系：(1)圆球(2)圆盘(3)圆柱10-410-310-210-11.01010210310410510610-11.010102103105RePξ(1)(2)(3)通过实验得到曳力系数与雷诺数的关系绘成算图,将他们回归成关联式为：②过渡区（Allen区，2200000后，ζ骤然下降，在Re0=(3~10)×105范围内可近

6、似取ζ=0.1。①层流区（Stokes区，Re0<2或0.3）（Stokes定律）3.2.2重力沉降（1）球形颗粒的自由沉降速度以重力的方向为正方向Fb浮力Fd阻力Fg重力什么情况下颗粒在流体中会发生沉降过程？直径为d、颗粒密度为ρs的球形颗粒在密度为流体中的重力和浮力分别为：重力：（N）浮力：（N）tuu0加速段匀速段颗粒做匀速运动，沉降速度恒定不变，该速度称为自由沉降速度。达到恒定的沉降速度时，合力为：阻力：（N）阻力系数（球形颗粒的自由沉降速度）②过渡区（Allen区，2

7、或0.3）（Stokes定律）（2）不同区域的沉降速度公式（3）沉降速度的计算公式法(试差法)：将以上阻力系数关系式代入自由沉降速度的计算式中可得到计算沉降速度的公式。由于沉降速度未知,雷诺数无法计算，因此公式法也需要试差计算。计算过程：假设沉降处于层流区Stokes定律求u0核算Re0若Re0<2，则假设成立若Re0>2，则用相应的公式求u0核算Re0因次分析法：通过实验整理数据得到：阿基米德准数Ar与沉降颗粒和流体的性质、分离要求有关，根据已知条件计算Ar，然后由上式计算Re0，由Re0