第三章非均相物系的分离和固体流态化.
非均相物系的分离及固体流态化课件
离心分离法适用于颗粒较大、密度差较大的固-液或固-固非均相物系的分离。通过离心机的高速旋转，产生强大 的离心力场，使颗粒在离心场中受到较大的离心力而向外运动，最终实现固-液或固-固两相的分离。
浮选分离法
总结词
利用气泡吸附颗粒并上浮，实现固-液或固-固非均相物系的分离。
详细描述
浮选分离法适用于颗粒较小、密度接近于水的非均相物系的分离。通过向非均相物系中通入气泡，气 泡与颗粒相互作用，将颗粒吸附并带到液面上，从而实现固-液或固-固两相的分离。常用的浮选剂有 起泡剂、捕收剂等。
状态。
应用
广泛应用于气力输送、流化床 反应器等领域。
优点
操作简单，适用于大规模生产。
缺点
能耗较高，对颗粒大小和密度 有一定要求。
机械搅拌法
原理
通过机械搅拌装置，使固体颗 粒在搅拌桨的作用下形成流态
化状态。
应用
适用于实验室和小规模生产。
优点
设备简单，易于实现。
缺点
搅拌桨的转速和形状对流态化 效果影响较大，不适合大规模
固体流态化的基本原理
固体流态化的定义
固体流态化
在流体作用下，使固定床层固体颗粒 呈现类似流体状态的过程。
固体流态化技术
利用固体流态化技术，实现非均相物 系的分离和固体颗粒的连续输送、分 离、混合、反应等操作。
固体流态化的分类
根据操作条件
分为自然流态化和强制流 态化。
根据颗粒性质
分为散式流态化和聚式流 态化。
工业应用中的问题与对策
问题
在工业应用中，非均相物系分离及固 体流态化技术面临着操作复杂、能耗 高、稳定性差等问题。
对策
针对这些问题，工业界采取了一系列 对策，如引入自动化控制系统、优化 操作参数、采用新型分离技术等，以 提高操作的简便性、降低能耗和提高 稳定性。
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第 3 章 非均相物系的分离和固体流态化
一、填空题 1．影响颗粒沉降速度的因素如下：颗粒的因素、介质的因素、环境因素、设备因素。 就颗粒的因素而言有以下几方面： 、 、 、 等。[四川大学 2008 研] 【答案】尺寸 形状 密度 是否变形 【解析】影响颗粒沉降速度的因素包括以下几个方面：①颗粒的因素：包括尺寸、形 状、密度、是否变形等；②介质的因素：包括流体的状态（气体还是液体）、密度、粘度等； ③环境因素：包括温度（影响 、 ）、压力、颗粒的浓度（浓度达到一定程度使发生干扰 沉降等）；④设备因素：包括体现为壁效用。
答：由公式： dV KA2 dQ 2(V V )
可知增大压力，K 值增大；提高温度，K 值增大，过滤速度增大。 dV 由压力温度滤 dQ
饼的比阻，过滤饼体积比及过滤面积有关。
2．设计一实验流程（画出其实验流程示意图），并写出简要实验步骤，完成如下实验 内容：
（1）进行恒压过滤常数的测定。 （2）进行滤饼的压缩性指数 s 和物料常数 k 的测定。[天津大学 2002 研] 答：简要实验步骤如下： （1）做好准备工作，启动系统。 （2）进行过滤滤液体积和过滤时间关系曲线的测定。 （3）改变过滤压差，再进行不同压差下过滤滤液体积和过滤时间关系曲线的测定， 至少测定 3 条曲线。 （4）关闭系统，复原装置并清扫卫生。 实验流程示意图如图 3-1 所示。
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4．从地下开采出来的原油由油、水、气组成，如图 3-2 所示为一原油连续计量装置
的示意图，其原理是将原油中的油、水、气分离后用各自的流量计分别测定其流量（计量），
然后再将油、水、气汇合一起流向下游。具体工艺如下；原油首先切向进入一旋风分离器，
天津大学化工原理课件第三章 非均相混合物分离及固体流态化
53
三、流体通过固体颗粒床层 （固定床）的压降
康采尼（Kozeny）方程
Reb 2
Pf L
5
(1 )2 a 2u
3
2 2
（3-55）
0.17 Reb 330
欧根（Ergun）方程
Pf
(1 ) u (1 ) u 150 3 1.75 3 2 L (s de ) (s de )
u
u ut u ut
阻力
加速度=0 加速度=0
加速度
匀速段
11
二、 球形颗粒的自由沉降
沉降速度
ut
匀速阶段中颗粒相对于流体的运动速度称为 沉降速度，由于该速度是加速段终了时颗粒相对 于流体的运动速度，故又称为“终端速度”，也 可称为自由沉降速度。
4 gd ( s ) ut 3
de Sp s 6 a s d e
2
8
二、 球形颗粒的自由沉降
图3-1 沉降颗粒的受力情况
9
二、 球形颗粒的自由沉降
颗粒受到三个力 重力 浮力 阻力
Fg
Fb
6
6
d 3 S g
d g
3
Fd A
u
2
2
阻力系数或 曳力系数
10
二、 球形颗粒的自由沉降
根据牛顿第二运动定律 3 2 u 2 3 du d ( S ) g d ( ) d S 6 4 2 6 d 分析颗粒运动情况： u0 加速度最大 加速段
床层的比表面积也可用颗粒的堆积密度估算，即
6b 6 1 ab s d d
颗粒的 真实密 度 颗粒的堆 积密度
49
第三章 非均相物系的分离和固体流态化 下
8
2.过滤介质
织物介质，如棉、麻、丝、毛、合成纤维、金属丝等编织成的滤布， 5-65m，工业应用广泛； 堆积介质，细纱、木炭、石棉、硅藻土等细小坚硬的颗粒状物质堆积 而成，多用于深床过滤。 多孔性固体介质，如多孔陶瓷，多孔塑料及多孔金属制成的板式管。 1-3m。
多孔膜：有机膜、无机膜。1 m以下
对乱堆床层，各向同性，床层自由截面积与床层截面积之比等于空 隙率ε； 受壁效应影响，壁面附近床层空隙率大于床层内部。改善壁效应的 方法通常是限制床层直径与颗粒直径之比不得小于某极限值。若床层 的直径比颗粒的直径大得多，则壁效应可忽略。
A自由 A
13
5.流体通过床层流动的压降（数学模型法）
比沉降分离更迅速更彻底，在某些场合下，过滤是沉降的后继操作 属于机械分离操作 外力可以是重力、压强差或惯性离心力
滤浆（料浆）
滤饼
过滤介质
滤液
5
3.4.1 过滤操作的基本概念
1.过滤方式
饼层过滤 >1%(v/v) 过滤方式深床过滤 <0.1%(v/v) 膜过滤
滤浆
滤饼
过滤介质为很厚的颗粒层 不形成滤饼层
22
解:（1)催化剂的当量直径de、球形度ɸs、床层孔隙率ε及比表面积ab
V
3
d 3
6
de
3
6V p
与非球形颗粒体积相等的 球形颗粒的直径。
6 2 de ( d d) 4
1.145d 1.145 3 3.435mm
S d e2 3.4352 s 0.874 2 S p 2 d 2 d 2 1.5 3 4 床层体积－颗粒体积 1－980 1760 0.4432 床层体积 1 6 ab (1 ) ab a(1 ) s d e
第三章 非均相物系的
在非均相混合物中，处于分散状态的物质（如分散于流体 中的固体颗粒液滴或气泡）称为分散相或分散物质，包 围着分散物质而处于连续状态的流体称为连续相或分散 介质。 分类：a.气态非均相混合物；b.液态非均相混合物。 悬浮在空气中的粉尘：分散相粉尘 连续相空气
• 由于分散相和连续相具有不同的物理性质（如：尺寸不 同、密度不同），可用机械方法分离。例如：气体中所 含的灰尘可以用重力、离心力或在电场中将其除去，悬 浮液可以通过过滤的方式分离成液体和滤渣两部分，大 小不等及密度不同的颗粒构成的混合物可以用分级沉降 的方法分开，大小不同的颗粒用筛子亦可分开。 均相混合物的各种方法将在下册的传质各章中介绍。
① 颗粒沉降的基本假定
② 各颗粒沉降时互不干扰（自由沉降，反之为 干扰沉降）
③ 容器壁效率忽略 ④ 分子布朗热运动对沉降无影响
mg F
重力：
6
3 d S g
② 颗粒沉降过程受力：
浮力： 阻力：
6
3 d 流 g
F阻 A Pf
2 d 4 2
u0
2
3.3.1 重力沉降分离
u
p f L
/ (1 )
3
u
2
（3-12）
3．模型参数的实验测定
• （1）康采尼（Kozeny）的实验结果
• 康采尼通过实验发现，在流速较低，床层雷诺数 Reb﹤2的滞留情况下，模型参数 可较好的符合下式：
（3-13）
• 式中 称为康采尼常数，其值可取作5.0，Reb的定义为
（3-14） （3-15）
第三章 非均相物系的分离和固体流态化
3.1 概述
化工生产中，需要将混合物加以分离的情况非常多。 原料需经过分离提纯或净化后才符合加工要求； 从反应器送出的反应产物一般都与尚未反应的原料及副 产物混在一起，也要从其中分离出纯度合格的产品及将未 反应的原料送回反应器或另行处理。 生产中的废气、废液在排放前，应将其中所含的有害物 尽量除去，以减轻环境污染，并有可能将其变为有用之物 混合物分为两类，即均相混合物（物系内部各处均匀 且无相界面，如：石油、空气）和非均相混合物。
第三章 非均相物系的分离和过滤
第3章 非均相物系分离和固体流态化1.取颗粒试样500g,作筛分分析,所用筛号及筛孔尺寸见本题附表中第1、2列,筛析后称取各号筛面上的颗粒截留量列于本题附表中第3列,试求颗粒群的平均直径。
〔答:d a =0.344mm 〕习题1附表2.密度为2650kg/3的球形石英颗粒在20℃空气中自由沉降,计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。
〔答:dmax=57.4μm, dmin=15.13μm 〕3.在底面积为402的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。
气体的处理量为3600m 3/h,固体的密度3/3000m kg =ρ,操作条件下气体的密度3/06.1m kg =ρ,黏度为2×10-5Pa ·s 。
试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。
〔答:d=17.5m μ〕4.用一多层降尘室除去炉气中的矿尘。
矿尘最小粒径为8m μ阳,密度为4000kg/m 3。
除尘室长4.1m 、宽1.8m 、高4.2m,气体温度为427℃,黏度为3.4x1O -5Pa ·s,密度为0.5kg/m 3。
若每小时的炉气量为2160标准m 3,试确定降尘室内隔板的间距及层数。
〔答:h=82.7mm,n=51〕5.已知含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m 3,气体流量为1000m 3/h 、密度为3.6×10-5Pa ·s 、密度为0.674kg/m 3,采用如图3-7所示的标准型旋风分离器进行除尘。
若分离器圆筒直径为0.4m,试估算其临界粒径、分割粒径及压强降。
〔答:d c =8.04m μ,m d μ73.550=，Pa p 520=∆〕6.某旋风分离器出口气体含尘量为0.7×10-3kg/标准m 3,气体流量为5000标准m 3/h,每小时捕集下来的灰尘量为21.5kg 。
出口气体中的灰尘粒度分布及捕集下来的灰尘粒度分布测定结果列于本题附表中。
第三章非均相物系的分离
K ' 0 . 0556 湍流区： Re du t 1 . 74 u t
3 2
t
( s )g
1 . 74 K ' 10
3
K ' 3027 . 6 过渡区： K' 0 . 0556 ~ 3027.6
计算步骤：
1 .计算 K' u t
3 2
( s )g d： 滞流区： d 18 u t ( s )g
湍流区：
3.摩擦数群法
• (1)已知d求ut
ut 4 d ( s )g 3 du t
2 t
4 d ( s )g 3 u t
2 2 2
Re
t
Re
2
2 t
2
d ut
2 3
2
Re
4 d ( s )g d u t 2 2 3 u t
3.1.2 颗粒床层的特性
3.1.2.1.床层空隙率ε • 床层堆积的疏密程度用空隙率表示，指单位体 积床层所具有的空隙体积(m3/m3)。即： • ε=(床层体积-颗粒体积)/床层体积 • ε的大小与颗粒的大小、形状、粒度分布、填 充方式等有关，其值由实验测定。 • [说明] • 非球形颗粒的球形度愈小，床层的空隙率愈大； • 大小愈不均匀的颗粒，空隙率愈小； • 颗粒愈光滑，空隙率愈小； • 愈靠近壁面，空隙率愈大。
0.6 t
K 2.62 ~ 69.1
过渡区：
u t 0 . 27
K 69 . 1
湍流区：
u t 1 . 74
(2)已知ut求d
令 K' u t
化工原理 第三章 非均相物系的分离和固体流态化.
' 4.17 0.29
Reb
pf L
1 2 a2u
4.17
3
1 au2
0.29 3
6 a
sde
pf L
1 2 u 150 3 sde 2
1 u2
1.75
3 sde
Reb
3
pf L
1 2 u 150 3 sde 2
Reb
100
pf L
1 u2 1.75 3 sde
第三章 非均相物系分离和固体流态化
目的→基于流体 力学（颗粒与流 体间的相对运 动），掌握非均 相物系的机械分 离方法、过程计 算及其典型设备 的结构、特性和 选型。
非均相物系 概念
颗粒和颗粒床层特性
非均相物系的
沉降
分离和固体流 机械分离
态化
过滤
固体流态化
概念－非均相物系
1. 非均相物系 ① 非均相物系
均相混合物 （均相物系）
溶液与混合气体
混合物
分散物质 固体颗粒、液滴或气泡
非均相混合物 （分散相）
（非均相物系） 分散介质 气态非均相物系（含尘气体）
（连续相） 液态非均相物系（悬浮液）
概念－非均相物系
② 非均相物系的分离方法 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，作用力是重力或离心力。
1/100 0.0042 0.0058 in或147 μm
概念－颗粒
② 颗粒群的平均粒径 颗粒群的平均粒径→常用平均比表面积直径，即Sauter直径。
k
da2
6
da3
ni di2
i 1
k i 1
ni
6
di3
xi K nisdi3
化工原理第3章课后习题参考答案
第三章非均相物系的分离和固体流态化3. 在底面积为40m²的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。
气体的处理量为3600m³/h，固体的密度ρs=3600kg/m³，操作条件下气体的密度ρ=1.06kg/m³，粘度为3.4×10-5Pa•s。
试求理论上完全除去的最小颗粒直径。
解：理论上完全除去的最小颗粒直径与沉降速度有关。
需根据沉降速度求。
1）沉降速度可根据生产能力计算ut = Vs/A= (3600/3600)/40 = 0.025m/s （注意单位换算）2）根据沉降速度计算理论上完全除去的最小颗粒直径。
沉降速度的计算公式与沉降雷诺数有关。
（参考教材P148）。
假设气体流处在滞流区则可以按ut = d2（ρs- ρ）g/18μ进行计算∴dmin2 = 18μ/（ρs- ρ）g ·ut可以得到dmin= 0.175×10-4 m=17.53）核算Ret = dminutρ/μ< 1 ，符合假设的滞流区∴能完全除去的颗粒的最小直径d = 0.175×10-4 m = 17.5 μm5. 含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m³，气体流量为1000m³/h，粘度为3.6×10-5Pa•s密度为0.674kg/m³，采用如图3-8所示的标准型旋风分离器进行除尘。
若分离器圆筒直径为0.4m，试估算其临界直径，分割粒径及压强降。
解：P158图3-7可知，对标准旋风分离器有：Ne = 5 ，ξ= 8.0 B = D/4 ，h = D/2(1) 临界直径根据dc = [9μB/(πNeρsui )]1/2 计算颗粒的临界直径其中：μ=3.6×10-5Pa•s；B = D/4=0.1m；Ne = 5；ρs=2300kg/m³；将以上各参数代入，可得dc = *9μB/(πNeρsui )+1/2 = *9×3.6×10×0.25×0.4/(3.14×5×2300×13.89)+1/2= 8.04×10-6 m = 8.04 μm（2）分割粒径根据d50 = 0.27[μD/ut（ρs- ρ）]1/2 计算颗粒的分割粒径∴d50 = 0.27[3.6×10-5×0.4/(13.889×2300)]1/2= 0.00573×10-3m = 5.73μm（3）压强降根据△P = ξ·ρui2/2 计算压强降∴△P = 8.0×0.674×13.8892/2 = 520 Pa7、实验室用一片过滤面积为0.1m2的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行实验，滤叶内部真空读为500mmHg，过滤5min的滤液1L，又过滤5min的滤液0.6L，若再过滤5min得滤液多少？已知：恒压过滤，△P =500mmHg ，A=0.1m，θ1=5min时，V1=1L；θ2=5min+5min=10min 时，V2=1L+0.6L=1.6L求：△θ3=5min时，△V3=？解：分析：此题关键是要得到虚拟滤液体积，这就需要充分利用已知条件，列方程求解思路：V2 + 2VVe= KA2θ（式中V和θ是累计滤液体积和累计过滤时间），要求△V3，需求θ3=15min时的累计滤液体积V3=？则需先求Ve和K。
第三章非均相物系的分离及固体流态化
3.2.1颗粒的特性
（1）球形颗粒
球形颗粒的尺寸由直径d确定，其它参数均可为直径的函数。
如：体积
V d3
6
表面积
S d 2
比表面积 S 6
Vd
2010-9-1
不同颗粒的 形状
（2）非球形颗粒
①球形度（形状系数）
定义为：与该颗粒体积相等的球体的表面积除以颗粒的表面
积的，球即体：的表面S 积S。SP 由于SP同－体颗积粒不表同面形积状，的S－颗与粒颗中粒，体球积形相颗等粒 的表面积最小，因此对非球形颗粒，总有S 1 ，颗粒的形 状越接近球形， S越接近1，对于球形颗粒 S 1。
单位重量流体所具有的动能
u2
2g
H f
u2 2g
所以：p1
p2
gH f
g u 2 ＝
2g
u 2
2
即流体绕过颗粒前后产生的压差：p＝ u 2
2
2010-9-1
流体绕过颗粒流动的曳力系数与流体流动状态有关，而流
动状态可用颗粒雷诺数Ret的大小来判断。Ret dut
均匀来流绕过球形颗粒，当流速很低时，称为爬流（又称
非均相混合物 物系内部有隔开两相的界面存在且 界面两侧的物料性质截然不同的混 合物。
固体颗粒和气体构成的含尘气体 固体颗粒和液体构成的悬浮液 例如 不互溶液体构成的乳浊液
液体颗粒和气体构成的含雾气体
非均相物系
分散相 分散物质
处于分散状态的物质 如：分散于流体中的固体颗粒、 液滴或气泡
连续相 包围着分散相物质且处于连续 分散相介质 状态的流体
。采用前述简化模型，将流体通过床层流道看作通过一组当
量直径为 deb的平行细管流动。其压力降为：Pf
第三章非均相物系的分离和固体流态化
3、堆积密度（表观密度）b：粒子体积包括
颗粒间的空
隙，则称为粒子的堆
积密度。显然， b s
三、粒子的密度
1、密度：单位体积内的粒子质量称为粒子的 密度。
2、真实密度s：粒子体积不包括颗粒间的空 隙，
则称为粒子的真实密度。
（4）基本常识：非球形 球形，均非均， 边壁中心，乱堆床层在0.47～0.70。
6R
阻力 d2 ur2
42
根据沉降速度的定义，以上三个力达到平衡时颗粒在径向上 相对于流体的速度ur便是它在此位置上的离心沉降速度，即：
6d3su R T 2 6d3u R T 2 4d22 ur 20
ur
4d(s ) uT2 3 R
若降尘室设置n层水平隔板，则多层降尘室的生产能力为：
V s (n 1 )bt l( u n 1 )A u t
V s (n 1 )bt l( u n 1 )A u t
H 降尘室的高度m，;
l 降尘室的长度，m; u气体在降将尘室通的过水速平度 m/， s;
Vs降尘室的生 含产 尘能 气力 体（ 通 体 即 过 积降 流 m 尘 3量 /s;
为避免沉降颗粒被重新卷起，通常板间距∆H≥40mm，且一 般使气流流动处于层流区。降尘室
（二）沉降槽
1、 沉降槽的构造与操作 2、 浓悬浮液的沉聚过
（三）分级器
3－2－2 离心沉降
依靠惯性离心力的作用二实现的沉降过程称为离心沉降 分类： 气固分离――旋风分离器；
气液分离――旋液分离器，沉降离心机 一、惯性离心力作用下的沉降速度
在惯性离心力的作用下，颗粒将沿切线方向甩出。 当流体带着颗粒旋转时，如果颗粒的密度大于流体密度，
第三章 非均相物系的分离1(09.11)
球
S V
6 d
d――球形颗粒的直径，m；
S――球形颗粒的表面积，m2；
V――球形颗粒的体积，m3；
a球――颗粒的比表面积，m2/m3
5
盐城师范学院
（二）非球形颗粒
----化工原理----
非球形颗粒
非球形颗粒必须有两个参数才能确定其特性，即球形度和当 量直径。
1．球形度φS (Degree of sphericity) 颗粒的球形度又称形状系数，它表示颗粒形状与球形的差异，
体积当量直径:与颗粒体积相等的球形颗粒的直径。
即：Vp
6
de3
de 3
6Vp
de――颗粒的等体积当量直径，m； VP――非球形颗粒的实际体积，m3。
8
盐城师范学院
颗粒的比表面积 a
----化工原理----
a
颗粒表面积 (m2 颗粒体积 (m3)
)
S V
说明：V相同时，a ↓，则颗粒越接近球形。
b
s
――颗粒的堆积密度，kg/m3； ――颗粒的真实密度，kg/m3。
b (1 )s
17
盐城师范学院
----化工原理----
３.２.３流体通过固定床流动的压力降
1．床层的简化模型
细小而密集的固体颗粒床层具有很大的比表面积，流体 通过床层的流动多为爬流，流动阻力基本上为粘性摩擦阻 力，同时使整个床层截面速度的分布均匀化。为解决流体 通过床层的压力降计算问题，在保证单位床层体积表面积 相等的前提下，将颗粒床层内实际流动过程大幅度加以简 化，以便可以用数学方程式加以描述。
根据连续相状态的不同，非均相混合物又可分为两种类型：
非均相物系的分离和固体流态化
非均相物系的分离和固 体流态化
3.1 概述
混合物
均相混合物
物系内部各处物料性质均匀而且不存在相界 面的混合物。
例如：互溶溶液及混合气体
物系内部有隔开两相的界面存在且界面两 非均相混合物
侧的物料性质截然不同的混合物。
固体颗粒和气体构成的含尘气体
例如
固体颗粒和液体构成的悬浮液 不互溶液体构成的乳浊液 液体颗粒和气体构成的含雾气体
在前面介绍的各种沉降速度关系式中，当颗粒的体积浓度小于0.2% 时，理论计算值的偏差在1%以内，但当颗粒浓度较高时，由于颗粒间 相互作用明显，便发生干扰沉降，自由沉降的公式不再适用。
b）器壁效应
当器壁尺寸远远大于颗粒尺寸时，（例如在100倍以上）容器效应可
忽略，否则需加以考虑。
ut '
1
ut 2.1
即表示某一粒度（粒径）或某一粒径范围的颗粒占总颗粒质量百 分数的一种函数关系。常用粒度分布曲线图表示。
4). 颗粒的平均粒径： ① 长度平均粒径（算术平均粒径）
l d m
nidi ni
② 体积平均粒径：
V 3 d m
nidi3
ni
3
1 ai di3
③ 比表面平均粒径（又称邵特Sauter平均直径）
图3-3 Ret2 Ret 及 Ret1Ret关系曲线
例：试计算直径为95μm，密度为3000kg/m3的固体颗粒分别在20℃的）在20℃水中的沉降。
用试差法计算
先假设颗粒在滞流区内沉降 ，
ut
d2s g
18
附录查得，20℃时水的密度为998.2kg/m3,μ=1.005×10-3Pa.s
6d3sg 6d3g 4d2u 2 t20
化工原理(非均相分离)
第3章非均相物系的分离和固体流态化3．1 概述本章介绍利用流体力学原理(颗粒与流体之间相对运动)实现非均相物系的分离流态化及固体颗粒的气力输送等工业过程。
1．混合物的分类自然界的大多数物质是混合物。
若物系内部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，溶液及混合气体都是均相混合物。
由具有不同物理性质(如密度差别)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。
在非均相物系中，处于分散状态的物质，如分散于流体中的固体颗粒、液滴或气泡，称为分散物质或分散相；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。
根据连续相的状态，非均相物系分为两种类型：①气态非均相物系，如含尘气体、含雾气体等；②液态非均相物系，如悬浮液、乳浊液及泡沫液等。
2．非均相混合物的分离方法由于非均相物系中分散相和连续相具有不同的物理性质，故工业上一般都采用机械方法将两相进行分离。
要实现这种分离，必须使分散相与连续相之间发生相对运动。
根据两相运动方式的不同，机械分离可按下面两种操作方式进行。
①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与离心沉降之分。
②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，过滤操作又可分为重力过滤、加压过滤、真空过滤和离心过滤。
气态非均相混合物的分离，工业上主要采用重力沉降和离心沉降方法。
在某些场合，根据颗粒的粒径和分离程度要求，也可采用惯性分离器、袋滤器、静电除尘器或湿法除尘设备等，如表3—1所示。
┘此外，还可采用其他措施．预先增大微细粒子的有效尺寸而后加以机械分离。
例如，使含尘或含雾气体与过饱和蒸汽接触，发生以粒子为核心的冷凝；又如，将气体引入超声场内，使细粒碰撞并凝聚。
这样，可使微细颗粒附聚成较大颗粒，然后在旋风分离器中除去。
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13
3-4-1 过滤操作基本概念
一、过滤方式 滤饼过滤和深床过滤
14
3-4-1 过滤操作基本概念
二、过滤介质
（ 1 ）织物介质（滤布）；（ 2 ）堆积介质；（ 3 ）多 孔固体介质；（4）多孔膜
三、滤饼的压缩性和助滤剂 助滤剂混入悬浮液或预涂于过滤介质上
15
3-4-2 过滤基本方程式
一、颗粒床层特性
2、流体通过床层压降的数学描述
空床流速
L u12 p f de 2
u1
u
p f L
'
1 a u 2
3
模型参数
18
流体在床内的实际流速
3、模型参数的试验测定 康采尼试验及康采尼方程 康采尼常数，其值为5.0 当Reb<2时
'
K' Re b
Re b
d eu1
形状系数s(球形度)说明什么问题？
当量直径de及形状系数s(球形度)是非球形颗粒的两个重要参数, 通过它们可以确定颗粒的体积、表面积和比表面积
4
§3-1 颗粒和颗粒群的特性
3、颗粒群的特性 (1)、粒度分布(筛分) (2)、颗粒的平均比表面积粒径
（3）、粒子的密度
①、真密度s
xi 1 1 Gi da di G di
ab 6 b d s
16
3、床层自由截面积
床层截面上未被颗粒占据的、流体可以自由通过的面积
各向同性床层（乱堆床层）的自由截面积与床层截面积之 比在数值上等于床层空隙率 壁效应：由于壁面附近的空隙率大于床层内部的，从而导 致较多的流体趋向近壁处流过，使床层截面上的流体分布 不均的现象。 床层直径D与颗粒直径d之比越小，壁效应越严重
第三章、非均相混合物 分离及固体流态化
§3-1 颗粒和颗粒群的特性 §3-2 重力沉降 §3-3 离心沉降（略）
§3-4 过滤
1
关于非均相物系的概述
一、什么是均相物系或均相混合物？ 二、什么是非均相物系或非均相混合物？ 2.1、什么是分散物质或分散相？什么是分散介质 或连续相? 2.2、非均相物系分为几类?采用什么方法进行分 离? 2.3、工业上分离非均相混合物的目的有哪些?
2
§3-1 颗粒和颗粒群的特性
一、颗粒的特性(形状、体积、表面积） (一)、单一的颗粒 1、球形颗粒 3 V d 体积 6 表面积
S d
2
比表面积a:单位体积颗粒具有的表面积
a6
d
3
§3-1 颗粒和颗粒群的特性
2、非球形颗粒 （1）、当量直径de
de
3
6Vp
S (2)、形状系数s(球形度) s Sp
过渡区或艾伦(Allen)定律区 18.5 d s g 0.6 u 0.27 Re
Ret0.6
t
1 Ret 103
t
湍流区或牛顿(Newton)定律区 dg s 0.44 u 1.74
t
103 Ret 2 105
7
§3-2 重力沉降
②、堆积密度b
5
§3-2 重力沉降
3-2-1 沉降速度 一、球形颗粒的自由沉降
4 gd s ut 3
二、阻力系数
Re t
dut
6
§3-2 重力沉降
滞流区或斯托克斯（ Stokes）定律区 24 2
Re t
104 Ret 1
d s g ut 18
1、床层空隙率
床层体积- 颗粒体积 床层体积
的影响因素： 颗粒的形状、大小、粒度分布与充填方式 乱堆床层空隙率：0.47-0.70 单分散球形颗粒：0.26-0.48 非球形颗粒的空隙率大于球形的
2、床层比表面积ab
或按堆积密度b计算
ab 1 a
b 1 s
三、影响沉降速度的因素 什么是自由沉降？什么是干扰沉降？ （一）、颗粒的体积浓度 颗粒的体积浓度小于0.2%时，理论计算值偏差在1% 以内
（二）、器壁效应
否则要修正
ut' ut
D 100时，可以不考虑器壁效 应 d
d 1 2.1 D
8
§3-2 重力沉降
（三）、颗粒形状的影响 颗粒球形度越小，相同Ret下的阻力系数越大，但在滞 流区的影响不明显 注：自由沉降速度公式的适用范围：d<0.5m,要考虑 布朗运动，当Ret>10-4时，可以不考虑布朗运动
4 床层流动空间 4 4 de 细管的全部内表面积 ab 1 a
20
3-4-2 过滤基本方程式
Vs （n 1)blut
11
比较Vs相同时，单层降尘室和多层降尘室的处理效果
§3-2 重力沉降
降尘室除尘有什么特点？ 二、沉降槽 注：液体向上的速度小 于颗粒沉降的速度；增 浓段必须有足够高度 三、分级器
12
§3-4 过滤
3-4-1 3-4-2 3-4-3 3-4-4 3-4-5 3-4-6 3-4-7 3-4-8 过滤操作基本概念 过滤基本方程式 恒压过滤 恒速过滤与先恒速后恒压过滤 过滤常数的测定 过滤设备 滤饼洗涤 过滤机的生产能力
三、流体通过床层流动的压降
1、床层简化模型
17
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）细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容积 （2）细管的内表面积等于颗粒床层的全部表面积
4 床层流动空间 4 4 de 细管的全部内表面积 ab 1 a
u a1
p f L
1 a 2u 5
2
3
用于描述床层压降的 康采尼方程
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Hale Waihona Puke 二、滤液通过饼层的流动特点1、非定态 2、滞流流动 3、滤液通过滤饼层的流动模型 (1)、细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容积 (2)、细管的内表面积等于颗粒床层的全部表面积
9
§3-2 重力沉降
四、沉降速度的计算 （一）试差法
（二）摩擦数群法
3-2-2 重力沉降设备 一、降尘室 1、沉降时间t
H t ut
10
2、颗粒停留时间
l u
§3-2 重力沉降
颗粒沉降条件 即
t
l H u ut
Vs u Hb
V blu s t 所以
结论：理论上降尘室的生产能力只与沉降面积bl和颗 粒的沉降速度有关，而与降尘室的高度H无关 多层降尘室生产能力