第三章非均相物系的分离及固体流态化

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
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b可用堆积密度估算： b
6b Sd
6(1 d
)
,
b
(1 ) S
（4）床层的当量直径
床层简化模型：即将固定床中不规则的流道简化成一组与床 层高度相等的平行细管。细管的当量直径可用床层的空隙率 可颗粒的比表面积计算 deb 4rH 4 流通截面积 润湿周边
deb （流通截面积 流道长度）（润湿周边 流道长度）， deb 流通容积 流道表面积
一般，乱堆床层ε＝0.4～0.7；均匀球体：松排列ε＝ 0.4，紧密排列ε＝0.26。
（2）床层的自由截面积
床层截面上未被颗粒占据的流体可以自由通过的面积， 称为床层的自由截面积。
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☆床层的各向同性：小颗粒乱堆床层可以认为是各向同性的 。各向同性床层的重要特性之一是其自由截面积与床层截面 积之比在数值上与床层的空隙率相等。同床层空隙率一样， 由于壁面效应的影响，壁面附近的自由截面积大。
考虑1平方米高度1米的固定床，床层体积＝1×1＝1m3
假设细管的全部流动空间等于床层的空隙体积，故
流道容积＝1×ε＝εm³
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若忽略床层中因颗粒相互接触而彼此覆盖的表面积。则
流道表面积＝颗粒体积×颗粒比表面积＝1（1－ε）а m³
所以床层的当量直径为：d eb
如：气态非均相物系中的气体 液态非均相物系中的连续液体
连续相与分散相 分离
不同的物理性质
机械 分离
分散相和连续相 发生相对运动的方式
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沉降 过滤
3.1.2非均相物系分离的目的 （1）收集分散物质 例如从气流干燥器或喷雾干燥器排出的气体中回收固体产品。 （2）净化分散介质 例如：生产硫酸，二氧化硫炉气含杂质，净化。 （3）环境保护 空气中的粉尘、废水、废气治理。 3.1.3非均相物系分离常用方法 （1）沉降分离（颗粒相对流体的运动过程） ①重力沉降：微粒借助本身重力在介质中沉降而分离，适于处 理粗粒悬浮物系。
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停留在第i层筛网上的颗粒的平均直径dpi可按di-1和di的算术平
均值计算。即：d pi
di
di1 2
颗粒的平均粒径
d P
1 xi
d Pi
式中xi－粒径段内颗粒的质量分率。
di-1
di di+
1
di+
③颗粒密度（单位体积内粒子的质量）
2
a)真密度 S ：粒子体积不包含颗粒之间的空隙。
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
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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。
（4）电除尘：利用高压电场的作用，使悬浮在气相中的微粒 带电并被板状或管状电极吸引而除尘。适于更细小的悬浮物 系的分离。
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3.2颗粒与颗粒床层的特性
流体流过颗粒或颗粒床层时，其流动特性与流体流经管 道的情况有相同之处，即都是流体相对于固体界面的流动， 但床层中颗粒任意堆积形成的流道形状多变，很不规则， 边界条件复杂，对于这种复杂流道内的流动规律的研究， 需要从组成流道的颗粒入手。
☆壁面效应：ε在床层同一截面上的分布是不均匀的，在容 器壁面附近ε较大，而床层中心ε较小。器壁对ε的这种影响称 为壁面效应。壁面效应使得流体通过床层的速度不均匀，流 动阻力较小的近壁处流速较床层内部大。改善壁面效应的方 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。
（3）床层的比表面积 指单位体积床层中具有的b颗粒表面积（即颗粒与流体接触面 积），如果忽略颗粒间相互重叠的接触面积则 b (1 )
第三章 非均相物系的分离及固体流态化
3.1概述 3.2颗粒及颗粒床层的特性 3.3重力沉降 3.4离心沉降 3.5过滤 3.6固体流态化
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3.1概述
百度文库
3.1.1混合物的分类
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
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②离心分离：利用微粒所受惯性离心力的作用，使其与介质 分离，适于细小微粒悬浮物系的处理。
（2）过滤
利用某种多孔物质作过滤介质，流体通过介质而固体颗粒 被截留在介质上，从而得到分离。适于较细小悬浮物系的处 理。
（3）湿法除尘：利用液体（通常是水）洗涤含尘气体，除去 其中的尘粒，适于细小颗粒。
b)堆积密度
：粒子体积包含颗粒之间的空隙。
b
3.2.2颗粒床层的特性
(1)床层的空隙率
床层体积－颗粒体积 床层体积
m3 / m3
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ε的大小与颗粒形状、粒度分布、颗粒直径与床层直径的 比值、床层的填充方式等因素有关。
床层的空隙率可通过实验测定：在体积V的颗粒床层中 加水直至水面达到床层表面，测定加入水的体积V水，则 床层空隙率为ε＝ V水/V。也可用称量法测定，称量体积V的 颗粒床层的质量G，若固体颗粒的密度为 ， S则空隙率为 。 (V G / S ) /V
②颗粒的当量直径
颗粒的当量直径表示非球形颗粒的大小，通常有两种表示
方法： a)等体积当量直径
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de
3
6
VP
V
－颗粒体积m3
P
b)等比表面积当量直径
即与非球形颗粒比表面积相等的球形颗粒的直径为该颗粒的
等比表面积当量直径。即： d
6
③比表面积 S P 6 VP S de
（3）颗粒群 ①颗粒粒度分布 筛分分析：泰勒标准筛（表3－2） ②颗粒群的平均粒径