化工原理第三章 沉降与过滤

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1、第三章沉降与过滤第一节概述第二节颗粒床层的特性第三节流体通过固定床的压降第四节过滤第五节颗粒的沉降分离3.1概述均相物系：物系内部各处物料性质均匀而不存在相界面的混合物系。溶液以及各种气体的混合物都是均相物系，它们的分离方法将在后面章节讨论。非均相物系：物系内部有明显的相界面存在而界面两侧物料的性质不同的混合物系。一、均相物系和非均相物系二、非均相物系的分类1.按状态分液态非均相物系：固、液、气分散在液相中。悬浮液(液固物系)：指液体中含有一部分固体颗粒乳浊液(液液物系)：指一种液体分散在与其不互溶的另一种液体中泡沫液(液气物系)：指液体中含有气泡的物系气态非均相物系：固、液分散

2、在气相中。含尘气体(气固物系)：指气体中含有固体颗粒含雾气体(气液物系)：指气体中含有少量液滴粗悬浮系统：d>100μm悬浮系统：0.1μm>d>100μm胶体系统：d<0.1μm2.按颗粒大小分三、连续相与分散相分散相(分散物质)：处于分散状态的物质连续相(分散介质)：包围着分散物质而处于连续状态的物质由于非均相物系中连续相与分散相之间具有不同的物理性质(如密度、粒子的大小与另一相分子尺寸等)，受到外力作用时运动状态就不同，因而可应用机械方法将它们分开。要实现这种分离，其方法是使分散物质与分散介质之间发生相对运动，所以非均相物系的分离操作也遵循流体流动的基本规律。本章主要讨论液固

3、非均相物系和气固非均相物系分离所依据的基本原理和设备，即颗粒相对于流体而运动的沉降操作和流体相对于固粒而运动的过滤操作。四、非均相物系分离的目的1、回收有用物质如从气流干燥器排出尾气中回收带出的固体颗粒作为产品，或者从某些排泥中回收带走的液体等。2、净化物料如除去浑液中的固相杂质而使其成为清液，或者使压缩后气体中的油滴分离而净化气体等。3、环境保护的需要象烟道气的排放、废液的排放都要求其含固量达到一定标准，以防止对大气、河海等环境污染。五、非均相物系的分离方法1.沉降：依据重力、离心力、惯性力，使分散相与连续相分离。据力的不同分：重力沉降、离心沉降2.过滤：借助压力或离心

4、力使混合物通过某介质(固体)，使液相与固相截留于介质两侧而达到分离的目的。主要用于分离液态非均相物系。3.气体湿法净制：让含尘气体通过水或其它液体中，使颗粒溶于液体中或润湿颗粒，而使颗粒粘在一起，通过重力沉降分离。4.电子除尘：使含有悬浮尘粒或雾滴的气体通过金属电极间的高压直流静电场，气体电离产生离子附着于悬浮尘粒或雾滴上而使之荷电。荷电的尘粒、雾滴在电场力的作用下至电极后发生中和而恢复中性从而达到分离。六、固定床由众多固体颗粒堆积而成的静止的颗粒床层称为固定床。许多化工操作都与流体通过固定床的流动有关，其中最常见的有：（1）固定床反应器（组成固定床的是粒状或片状催化剂）（2）悬浮

5、液的过滤（组成固定床的是悬浮液中的固定颗粒堆积而成的滤饼看作是固定床）爬流：爬流速度很小，流动很缓慢，颗粒迎流面与背流面的流线对称。过滤滤饼层　固液分离吸附分子筛　吸附某种气体离子交换离子柱反应器催化剂颗粒层等概念固定床：众多固体颗粒堆积而成的静止的颗粒层以上工业操作中均为流体通过颗粒层的流动，与流体在管道中的流动相比较：阻力增大，速度分布均一，流动特点：层流，绕流（因速度慢也称爬流）。流体通过固定床的流动颗粒层中流体流动特点：（2）流体通过颗粒层的流动多呈爬流状态原因：单位床层的颗粒表面积对流动阻力起决定性作用原因：大量颗粒随机堆积，颗粒对流体的流动造成很大的阻力（1）床截面的流

6、体速度分布均匀，床层两端产生很大压降△P工程上感兴趣的是阻力增大问题（压降问题），因而本章主要讨论流体通过颗粒层的压降。第二节颗粒床层的特性一、单颗粒特性1、球形颗粒比表面积与颗粒的大小（体积V）、形状（取向）表面积（S）、比表面积a（即S/V）等因素有关。或体积表面积可用单一参数—直径dP表示对一定直径的颗粒，比表面积一定；颗粒的直径愈小，比表面积愈大，因此可以根据比表面积的大小，来表示颗粒的大小，特别是微小颗粒。2、非球形颗粒体积当量直径体积等效表面积当量直径表面积等效比表面积当量直径比表面积等效形状千变万化，不可能用单一参数全面表示颗粒的V、S、a一般以某种当量的球形颗粒代表

7、影响流体通过颗粒层流动阻力的主要颗粒特性是颗粒的比表面积a，因此常用比表面当量直径deadea、dev、des三者之间换算关系式：则(1)(2)(3)称为形状系数3、的物理意义称为形状系数体积相等时，球形颗粒的表面积最小4、非球形颗粒的参数表达球形颗粒V、S和a均可以颗粒直径dP确定，非球形颗粒必须定义两个参数形状系数一般定义dev作为当量直径，简写为dedev与球形颗粒比较相差二、颗粒群的特性1、粒度分布的筛分分析了解颗粒群的特性，以解决颗粒的尺寸大小不均问题。颗粒