非均相物系的分离全

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1、第三章非均相物系的分离3.1概述3.2颗粒及颗粒床层的特性3.3沉降分离3.1概述一混合物的分类均相混合物--------液相混合物（精馏）气相混合物（吸收）非均相混合物----------气态非均相混合物液态非均相混合物二非均相物系1定义：由具有不同物理性质的分散物质和连续介质所组成的物系称为非均相混合物或非均相物系。2分散相：在非均相物系中处于分散状态的物质称为分散物质或分散相。3连续相：包围分散物质且处于连续状态的物质称为分散介质或连续相。三非均相混合物的分离方法由于分散相和连续相具有不同物理性质，故工业

2、上通常采用机械方法分离，要实现这种分离必须使分散相和连续相发生相对运动。机械分离操作方法分为两类：1沉降：颗粒相对于流体（静止或运动）运动而实现悬浮物系分离的过程称为沉降分离。实现沉降操作的作用力可以是重力，也可以是惯性离心力。因此沉降过程有重力沉降和离心沉降。2过滤：流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程称为过滤。实现过滤操作的外力可以是重力，压强差或惯性离心力。因此过滤可以分为重力过滤，加压过滤，真空过滤和离心过滤。四非均相混合物的分离目的1收集分散物质2净化分散介质3环境保护和安全生产。本章着重讨

3、论：气相非均相混合物------------重力沉降和离心沉降液相非均相混合物------------过滤3.2颗粒及颗粒床层的特性一颗粒的特性表述颗粒特性的主要参数为颗粒的形状，大小和表面积。1单一颗粒特性（1）球形颗粒球形颗粒通常用直径表示其大小，球形颗粒的各有关特性均可用直径表示。V=π∕6×d球形颗粒体积mS=πd球形颗粒表面积ma=6∕d单位体积颗粒具有的表面积m∕m（2）非球形颗粒非球形颗粒通常用体积当量直径和形状系数表示其特性。de=√6vp／πde为体积当量直径vp非球形颗粒的实际体积Φs=S／

4、SpΦs为颗粒的形状系数或球形度S与该颗粒体积相同的圆球的表面积Sp颗粒的表面积2颗粒群的特性工业中遇到的颗粒大多是由大小不同的粒子组成的集合体，称为非均一性粒子或多分散性粒子。具有同一粒径的颗粒称为单一性粒子或单分散性粒子。不同粒径范围内所含粒子的个数或质量为粒度分布。二颗粒床层的特性（1）床层空隙率ε固定床层中颗粒堆积的疏密程度可用空隙率来表示，其定义如下：ε的大小反映了床层颗粒的紧密程度，ε对流体流动的阻力有极大的影响。(2)床层比表面颗粒比表面取的床层考虑，，所以*此式是近似的，在忽略床层中固颗粒相互接

5、触而彼此覆盖使裸露的颗粒表面积减少时成立。（3）床层自由截面积分率A。空隙率与床层自由截面积分率之间有何关系？假设床层颗粒是均匀堆积（即认为床层是各向同性的)。想象用力从床层四周往中间均匀压紧，把颗粒都压到中间直径为长为L的圆柱中（圆柱内没有空隙）。所以对颗粒均匀堆积的床层(各向同性床层），在数值上三流体通过颗粒床层的压降流体通过复杂的通道时的阻力（压降）难以进行理论计算，必须依靠实验来解决问题。现在介绍一种实验规划方法——数学模型法。（1）床层的简化物理模型单位体积床层所具有的颗粒表面积和床层空隙率对流动阻力

6、有决定性的作用。简化模型是将床层中不规则的通道假设成长度为L当量直径为de的一组平行细管并且规定：①细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面；②细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙体积。（2）流体压降的数学模型流体流过圆管的阻力损失数学描述：体积流量所以式中为单位床层高度的虚拟压强差当床层不高，重力的影响可以忽略时上式为流体通过固定床压降的数学模型，未知的待定系数称为模型参数，就其物理意义而言称为固定床的流动摩擦系数。（3）模型的检验和模型参数的估值当床层雷诺数时实验数据符合下式式中称为康采尼常数，其值为5.0。的

7、可能误差不超过10%。合理简化得到康采尼方程从康采尼方程或欧根方程可看出，影响床层压降的变量有三类：①操作变量②流体物性和③床层特性和在上述因素中，影响最大的是空隙率3.3沉降分离引言：流体对固体颗粒的绕流情况流体与固体颗粒之间的相对运动可分为以下三种情况：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。只要相对速度相同，上述三种情况并没有本质区别，本节就从刚性球形颗粒的自由沉降入手讨论沉降分离。一重力沉降（在重力场中进行的沉降）（1）沉降的过程将一个表面光滑的

8、球形颗粒置于静止的流体中，若颗粒在重力的作用下沿重力方向作沉降运动，此时颗粒受到哪些力的作用呢？根据牛顿第二定律得：或者：因此开始瞬间最大，颗粒作加速运动。随，,到某一数值时，上式右边等于零，此时，颗粒将以恒定不变的速度维持下降。此称为颗粒的沉降速度或造端速度。对小颗粒，沉降的加速段很短，加速度所经历的距离也很小。因此，对小颗粒沉降的加速度可以忽略，而近似认为颗粒始终以下降。由上面可知