非均相物系的分离.ppt

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1、第3章非均相物系的分离概述3.1颗粒及颗粒床层的特性3.2沉降3.3过滤1概述一、均相混合物物系内部各处均匀，不存在相界面如：溶液、混合气体分离方法：蒸馏：分离苯－甲苯溶液吸收：分离含氨的混合空气萃取：丙酮－水－氯苯溶液的分离结晶：盐水中提取固体盐2二、非均相物系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，有多个相界面。分散相：物系中处于分散状态的物质如：催化裂化烟道气中的cat.颗粒，炼厂污水中的油滴等。连续相：包围分散物质且处于连续状态的物质，又称为分散介质。3非均相物系的分类：根据连续相的状态气态非均相物系：含尘

2、气体，含雾气体；液态非均相物系：悬浮液，乳浊液，泡沫液。分离方法：沉降：过滤：颗粒相对于流体运动：重力沉降、离心沉降；流体相对于固体颗粒床层运动：重力过滤、加压过滤、真空过滤、离心过滤等。筛分、沉降、过滤、离心分离4分离目的：得到合格的产品：柴油冷冻脱蜡获得低标号柴油；净化分散介质：原油脱水、污水除油；回收分散的颗粒物料：回收催化剂颗粒；环境保护和安全生产：烟尘回收。53.1颗粒及颗粒床层的特性3.1.1单颗粒的特性3.1.2颗粒群的特性3.1.3颗粒床层的特性63.1.1单颗粒的特性一、球形颗粒体积：表面积：比表面积：单位体

3、积颗粒具有的表面积7二、非球形颗粒⒈体积当量直径deV：体积相等⒉表面积当量直径deS：等表面积⒊比表面积当量直径dea：等比表面积8⒋形状因数Ψ：球形度定义：与颗粒等体积的一个球的表面积与颗粒的表面积之比说明：对于球形颗粒：Ψ=1；对于非球形颗粒，Ψ＜1Ψ值越大，颗粒形状越接近于球形；常用体积当量直径deV及球形度Ψ来表示非球形颗粒特征：93.1.2颗粒群的特性一、粒度分布不同粒径范围内所含粒子的个数或质量颗粒的大小通常以微米（μm）或毫米（mm）表示；工业上常见固定床中的混合颗粒，粒度一般大于70μm，通常采用筛分的方法来

4、分析颗粒群的粒度分布。10泰勒（Tyler）标准筛：以200筛目（指在2.54cm直线长度上的筛孔数）的筛子为基础，国内将其称之为目数。筛孔边长0.074mm，筛线直径0.053mm。相邻两筛号筛孔边长之比约为，故面积按2倍递变。筛分法：见课本137页表3-111图解：若筛孔直径为di-1和di，相邻两筛的筛留质量为mi，质量分率为xi，则有粒度等于和小于dpi的颗粒占全部颗粒的质量分率:频率分布曲线累积分布曲线12二、颗粒群的平均直径由于颗粒的比表面对流体通过固定床的流动影响最大，通常以比表面积相等的原则定义混合颗粒的平均直

5、径dpm。取1kg粒子，设总表面积∑Si，总体积∑Vi，平均直径dpm，粒子的比表面积=颗粒比表面积的平均值，则：13设粒径为dpi粒子的质量分率为ai，密度为ρs，则：143.1.3颗粒床层的特性固定床（Fixedbed）：固定不动的固体颗粒层例：固定床催化反应器、吸附分离器、离子交换器等。流体在其中的流动状态直接影响到传热、传质与化学反应。一、床层的空隙率ε定义：颗粒床层中空隙体积与床层总体积之比。15说明：①影响因素：颗粒形状、粒度分布、颗粒直径、床层直径、填充方法等；②均匀的球形颗粒：粒度分布不均匀性↑→ε↓，故提高颗

6、粒的大小均匀性可增大空隙率ε；球形度Ψ↓→ε↑；填充时受到震动→ε↓；湿法填充→ε↑16③器壁效应：同一截面上的床层空隙率不同，壁面附近ε较大，故流体趋向壁面处流过，使流体沿床层分布不均；措施：加大床径，减小颗粒直径（dp/D）↓,ε↓④一般：乱堆床层：ε=0.47~0.70；均匀球型颗粒：最松排列：ε=0.48；最紧排列：ε=0.26。17二、床层的平均自由截面积定义：单位床层截面上未被颗粒占据的面积，即：颗粒床层横截面上可供流体流通的空隙面积。三、床层的比表面积定义：单位体积床层中所具有的颗粒物料表面积。183.2沉降3.

7、2.1重力沉降3.2.2重力沉降设备3.2.3离心沉降3.2.4离心沉降设备19概　述悬浮在流体中的固体颗粒借助于外场作用力产生定向运动，从而实现与流体相分离，或者使颗粒相增稠、流体相澄清的一类操作。分类：按外场力的不同沉降定义：重力沉降：原油脱水、油水分离器离心沉降：旋风分离器203.2.1重力沉降ut–颗粒的沉降速度（取向上方向为正）u–流体的流速up-颗粒相对于流体的速度up=0，u=ut，颗粒静止地悬浮在流体中；up>0，u>ut，颗粒向上运动；up<0，u

8、降：单一颗粒在粘性流体中不受其它颗粒干扰的沉降。FdFgFb沉降过程的分析：加速阶段：减加速运动，忽略；等速阶段：沉降速度utFg＞Fb→颗粒向下运动→速度u↑→阻力Fd↑→加速度a↓→a=0，恒速运动√本章中研究的是颗粒在流体中匀速沉降时的规律22⒈球形颗粒的自由沉降（Fr