《化工原理》第3章 非均相物系的分离.ppt

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1、3.1概述3.2重力沉降3.3过滤3.4离心分离在化工生产中，经常遇到混合物的分离过程。混合物可分为两大类，即均相混合物（或均相物系）和非均相混合物（或非均相物系）。若物系内各处组成均匀且不存在相界面，则称为均相混合物（或均相物系）。如溶液及混合气体都属于均相物系。均相物系的分离可采用蒸发、精馏、吸收等方法。若物系内有相界面存在且界面两侧的物质的性质截然不同，这类物系称为非均相混合物（或非均相物系）。如含尘气体和含雾气体属于气态非均相物系；悬浮液、乳浊液、泡沫液等属于液态非均相物系。3.1概述21.球形颗粒的自由沉降将表面光滑的刚性

2、球形颗粒置于静止的流体介质中，如果颗粒的密度大于流体的密度，则颗粒将在流体中降落。此时，颗粒受到重力、浮力与阻力三个力的作用(如图3-1所示)。当阻力和浮力之和等于微粒的重力时(即作用于粒子上的合力为零)粒子沉降就变为等速运动，这种不变的降落速度，称为沉降速度。3.2重力沉降3.2.1重力沉降速度图3-1微粒在静止介质中降落时所受的作用力32.阻力系数ζ通过实验，得到球形颗粒的阻力系数ζ和雷诺准数Re的函数关系，如图3-2中的曲线所示。图3-2球形粒子的阻力系数ζ和Re的关系图43.沉降速度的计算计算u0时，首先要判断流动型态，即需

3、要计算Re值，然后才能确定使用哪一个计算式。而Re值又与u0有关，所以需要用试差法。即可先假设一个沉降区域，用相应的公式算出一个u0。据此u0求出一个Re，看与假设区域的Re是否相符，如果相符，说明假设正确，所得u0即为所求；如果不符，重新假设，直至相符为止。51.降尘室利用重力沉降从气流中分离出尘粒的设备称为降尘室。最常见的降尘室结构如图3-3(a)所示。含尘气体进入降尘室后，因流道截面积扩大使速度减慢。颗粒在降尘室中的运动情况示于图3-3(b)中。3.2.2重力沉降设备图3-3降尘室示意图6当u0一定时，理论上降尘室的生产能力只

4、与降尘室的宽度b和长度有关，而与其高度h无关。因此，降尘室应设计成扁平形，或在室内均匀设置多层水平隔板，构成多层降尘室，如图3-4所示。1.隔板2、6.调节闸阀3.气体分配道4.气体集聚道5.气道7.清灰口图3-4多层沉降室72.沉降槽连续沉降槽是底部略成锥状的大直径浅槽，其结构如图3-5所示。1.进料槽道2.传动机构3.料井4.溢流槽5.溢流管6.叶片7.转耙图3-5连续沉降槽8过滤操作是利用一种具有众多毛细孔的物体作为介质，在介质两侧压差的推动下，使悬浮液中的液体通过介质的毛细孔，而将其中的固体微粒截留，从而达到固、液两相分离之

5、目的。过滤操作所处理的悬浮液称为滤浆，所用的多孔物质称为过滤介质，通过介质孔道的液体称为滤液，被介质截留的固体颗粒层称为滤渣或滤饼。图3-6为过滤操作的示意图。3.3过滤3.3.1基本概念图3-6过滤操作简图91.过滤介质过滤介质是滤饼的支承物，它应具有足够的机械强度和尽可能小的流体阻力。过滤介质中微细孔道的直径，往往稍大于一部分悬浮颗粒的直径。所以，过滤之初会有一些细小颗粒穿过介质而使滤液浑浊，此种滤液应送回滤浆槽重新过滤。过滤开始后颗粒会在孔道中迅速发生“架桥现象”(见图3-7)，因而使得直径小于孔道的细小颗粒也能被拦住，这时，

6、滤饼开始形成，滤液也变得澄清，此后过滤才能有效地进行。图3-7架桥现象102.过滤速率过滤速率是指单位时间内，通过单位过滤面积的滤液体积。3.过滤推动力和阻力过滤推动力可以是重力、压强差或惯性离心力，工业上应用最多的是滤饼与过滤介质两侧的压强差△p。过滤阻力为过滤介质阻力与滤饼阻力之和。过滤刚开始时，只有过滤介质阻力，随着过滤的进行，滤饼厚度不断增加，过滤阻力逐渐加大。所以在一般情况下，过滤阻力主要决定于滤饼阻力。114.恒压过滤与恒速过滤恒压过滤是将过滤推动力维持在某一不变的压强下，随着过滤的进行，滤饼不断增厚，过滤阻力逐渐增大，

7、过滤速率逐渐降低。恒速过滤是在过滤中保持过滤速率不变，这就必须使推动力△p随滤饼的增厚而不断地增大，否则就不能维持恒速。5.过滤机的生产能力整个过滤过程包括过滤、洗涤、干燥及卸饼四个阶段。123.3.2过滤基本方程式1.过滤基本方程式过滤基本方程式的实质是反映过滤过程中所得滤液量V与所需过滤时间τ之间的变化关系。前已叙及，过滤速率为单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积。它正比于过滤推动力，而反比于过滤阻力，即：我们从过滤速率式出发，求出过滤的推动力和阻力，然后对上式进行积分即可得到滤液量V与过滤时间τ之间的关系，即过滤基本方程式。1

8、32.恒压过滤方程式过滤操作可以在恒压、恒速，先恒速后恒压等不同条件下进行，其中恒压过滤是最常见的过滤方式。连续过滤机上进行的过滤都是恒压过滤，间歇过滤机上进行的过滤也多为恒压过滤，因此，我们重点讨论恒压过滤方程式。图3-8恒压过滤的