《非均相物系的分离》PPT课件

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1、第四章非均相物系的分离学习目的：1、了解沉降设备和过滤设备的构造特点，理解并掌握重力沉降、离心沉降的原理；理解过滤的基本原理，了解过滤方程的推导，掌握过滤操作的应用。2、熟悉离心分离和旋风分离的结构和基本原理。了解其他分离设备的构造与操作特点、过滤与沉降的各种影响因素、滤饼的可压缩性等。基本内容4.1概述4.2沉降4.3过滤4.1概述一、基本概念1、化工生产上经常处理不同类型的混合物。按照相数这些混合物可分为均相物系和非均相物系两类。2、均相物系－－物系内部各处物料性质均匀，不存在相界面。如气体、液体。3、非均相物系

2、－－物系内部有相界面，界面两侧物料性质截然不同。常见的非均相物系有：气固系统－－－(空气中的尘埃)液固系统－－－(液体中的固体颗粒)气液系统－－－(气体中的液滴)液液系统－－－(乳浊液中的微滴)等。基本概念4、非均相物系中处于分散状态的物质如上述的尘埃、固体颗粒、气泡和微滴等统称为分散物质(或称分散相)，而非均相物系中包围着分散相而处于连续状态的流体如气体、液体称为分散介质(或称连续相)。二、非均相物系的分离1、分离的依据是连续相与分散相具有不同的物理性质(两相的密度、颗粒形状、尺寸有差异等)，故可用机械方法使两相产

3、生相对运动而将两相分离。利用两相密度差进行分离时，必须使分散相与连续相间产生相对运动，故分离非均相物系的单元操作遵循流体流动的基本规律。2、操作方式根据两相相对运动方式不同，机械分离分为过滤和沉降。二、非均相物系的分离3、非均相物系的分离在工业中的应用主要有：（1）回收有用物质（分散相）；（2）净化分散介质（连续相；（3）除去废液、废气中的有害物质，满足环境保护的要求，确保安全生产。三、介质阻力的一般规律1、曳力（阻力）：当流体与颗粒之间发生相对运动时，流体对颗粒产生的作用力。流体与固体颗粒之间的相对运动可分为以下三

4、种情况：①颗粒静止，流体对其做绕流；②流体静止，颗粒作沉降运动；③颗粒与流体都运动，但保持一定的相对运动。对于一定的颗粒和流体，不论何种相对运动，只要相对运动的速度相同，流体对颗粒的阻力就一样。三、介质阻力的一般规律2、阻力Fd的计算式中：A为颗粒在运动方向上的投影面积；u为颗粒与流体间的相对运动速度；ξ为流体相对于颗粒运动时的阻力系数，是雷诺数的函数。阻力系数ξ与Rep的关系见第二节。定义：沉降力场：重力、离心力。在某种力场的作用下，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单元操作。沉降操作分类：

5、重力沉降、离心沉降。4.2沉降一、重力沉降沉降.AVI依据重力作用而发生的沉降过程。在重力场中，借连续相与分散相的密度差异使两相分离的过程，称为重力沉降。一般用于分离气、固混合物和混悬液的分离。1、球形颗粒的自由沉降1）沉降速度若固体颗粒在沉降过程中，不受流体中其它颗粒的干扰及器壁的影响的沉降过程，称为自由沉降。如较稀的混悬液和含尘气体中的固体颗粒的沉降。根据牛顿第二定律，颗粒的重力沉降运动基本方程式应为:p为颗粒密度u重力Fg阻力Fd浮力Fb自由沉降假设的条件：①微粒是球形的；②沉降的微粒相距较远，互补干扰；③器

6、壁对微粒的阻滞作用忽略，粒径不能小于2～3μm。当颗粒开始沉降的瞬间，u为零，阻力也为零，a为最大值；随着颗粒向下沉降，u逐渐增大，阻力随之增大，a逐渐减少；当u增到一定数值ut时，重力、阻力、浮力三者达到平衡状态，此时a=0，颗粒开始作匀速沉降运动。此时颗粒的速度称为沉降速度。此式为球形颗粒在重力作用下的自由沉降速度公式。2）阻力系数ζ阻力系数ζ是流体与颗粒相对运动时的雷诺数准Re的函数，即ζ=f(Re)阻力系数ζ与Re的关系由实验测定，结果如图3-2所示。图中曲线按Re值可分成三个区，即层流区，又称斯托克斯区2）

7、阻力系数ζ(2)过渡区2＜Re＜500(3)湍流区ζ=0.44500＜Re＜2×105对应各区沉降速度ut的计算公式如下：(1)层流区(2)过渡区（3）湍流区①假设属于层流区，计算沉降速度（用斯托克斯公式求ut）；②计算Re，验证与假设是否相符；③如果不相符，则转①。如果相符，OK!通常采用试差法：3）沉降速度的求取例：计算直径为95m，密度为3000kg/m3的固体颗粒分别在20℃的空气和水中的自由沉降速度。计算Re，核算流型：假设正确，计算有效。解：在20℃的水中：20℃水的密度为998.2kg/m3，粘度为1

8、.005×10-3Pas先设为层流区1）颗粒直径dp:dp愈大，ut则愈大2)连续相的粘度：层流区与过渡区中，ut还与流体粘度有关。，则ut。液体粘度约为气体粘度的50倍，故颗粒在液体中的沉降速度比在气体中的小很多。3)两相密度差(s-)：密度差增大，则ut增大。4)颗粒形状：非球形颗粒的形状可用球形度s来描述。2、影响沉降速率