《食品工程原理》PPT课件.ppt

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1、第三章  非均相物系的分离重点：过滤和沉降的基本理论、基本方程难点：过滤基本方程的应用、过滤设备均相物系(honogeneoussystem):均相混合物。物系内部各处均匀且无相界面。如溶液和混合气体都是均相物系。自然界的混合物分为两大类：非均相物系(non-honogeneoussystem):非均相混合物。物系内部有隔开不同相的界面存在，且界面两侧的物料性质有显著差异。如：悬浮液、乳浊液、泡沫液属于液态非均相物系，含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。第一节     概述分散相：分散物质。在非均相物系中，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

2、状态的流体。非均相物系由分散相和连续相组成非均相物系分离的意义1、收集分散物质或分散介质；如从干燥器出来的气体中回收固体颗粒，果汁生产中回收果汁等。2、净化分散介质，以满足后续生产工艺的要求；如果汁的澄清等工艺。3、环境保护和安全生产。如烟气的除尘，脱硫等。要实现分离，必须使分散相和连续相之间发生相对运动。因此，非均相物系的分离操作遵循流体力学的基本规律。非均相物系的分离原理：非均相物系分离的理论基础：根据两相物理性质(如密度等)的不同而进行的分离。由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较大，因此常采用机械方法进行分离。按两相运动方式的不同，机械分离大致分为沉降和过滤

3、两种操作。通常先造成一个两相物系，再用机械分离的方法分离，如蒸馏，萃取等。非均相物系的分离方法：均相物系的分离：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：重力沉降、离心沉降。第二节沉降在工业中的应用：液体的澄清；悬浮液的增稠；颗粒的分级或分离。图流体绕过颗粒的流动uFdFd与颗粒运动的方向相反当流体相对于静止的固体颗粒流动时，或者固体颗粒在静止流体中移动时，由于流体的粘性，两者之间会产生作用力，这种作用力通常称为曳力（dragforce)或阻力。只要颗粒与流体之间有相对运动，就会产

4、生阻力。对于一定的颗粒和流体，只要相对运动速度相同，流体对颗粒的阻力就一样。一、颗粒运动时的阻力ρ——流体密度；μ——流体粘度；dp——颗粒的当量直径；A——颗粒在运动方向上的投影面积；u——颗粒与流体相对运动速度。——阻力系数，是雷诺数Re的函数，由实验确定。颗粒所受的阻力Fd可用下式计算层流区（斯托克斯Stokes区，Re<1）注意：其中斯托克斯区的计算式是准确的，其它两个区域的计算式是近似的。ξ还与颗粒的球形度ψ有关.过渡区（艾仑Allen区，1

5、别用不同的计算式表示为：自由沉降（freesettling）：单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群在流体中分散得较好而颗粒之间互不接触互不碰撞的条件下沉降。二、重力沉降重力沉降(gravitysettling)：由地球引力作用而发生的颗粒沉降过程，称为重力沉降。1沉降速度1.1球形颗粒的自由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:u重力Fg阻力Fd浮力Fbp为颗粒密度随着颗粒向下沉降，u逐渐增大，du/d逐渐减少。当u增到一定数值ui时，du/d=0。颗粒开始作匀速沉降运动。上式表明：颗粒的沉降过程分为两个阶段：沉降速度（terminalvelocit

6、y）：也称为终端速度，匀速阶段颗粒相对于流体的运动速度。当du/d=0时，令u=ut，则可得沉降速度计算式加速阶段；匀速阶段。将不同流动区域的阻力系数分别代入上式，得球形颗粒在各区相应的沉降速度分别为：层流区（Re<1）过渡区（1

7、：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1.005×10-3Pas先设为层流区。1)颗粒直径dp:应用：啤酒生产，采用絮状酵母，dp↑→ut↑↑，使啤酒易于分离和澄清。均质乳化，dp↓→ut↓↓，使饮料不易分层。加絮凝剂，如水中加明矾。2)连续相的粘度：应用：加酶：清饮料中添加果胶酶，使↓→ut↑，易于分离。增稠：浓饮料中添加增稠剂，使↑→ut↓，不易分层。加热：3)两