非均相物系分离讲解
非均相物系的分离全课件
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• 非均相物系分离概述 • 非均相物系分离原理 • 非均相物系分离技术及应用 • 非均相物系分离设备 • 非均相物系分离实验与案例分析
01
CATALOGUE
非均相物系分离概述
定义与分类
定义
非均相物系是指由固体颗粒、液体或 气体等不同相态物质组成的混合物。 分离是指将非均相物系中的各相态物 质进行分离、提纯或富集的过程。
萃取设备
总结词
利用两种不相溶溶剂的溶质分配原理，实现溶质由一种溶剂向另一种溶剂转移 的设备。
详细描述
萃取设备包括萃取塔、混合器、分液漏斗和离心萃取器等，适用于处理难以用 一般分离方法分离的混合物。通过选择合适的萃取剂，将目标物质从一种溶剂 转移到另一种溶剂中，达到分离和提纯的目的。
05
CATALOGUE
浮选分离原理
泡沫浮选
利用气泡将目的物质吸附并浮至液面形成泡沫层，从而实现 物质的分离。
沉淀浮选
将目的物质在溶液中先沉淀，再通过浮选的方法将其与其他 物质分离。
萃取分离原理
分配系数
物质在两种不混溶液体中的溶解度之比。
萃取过程
将待分离的物质加入两种不混溶液体的混合物中，经过一定时间后，利用两种液体的密度差异进行分 离。
应用
在石油、化工、制药、食品、环保等领域广泛应用，主 要用于固-液分离。
离心分离技术及应用
离心分离技术
利用离心力场的作用，使不同密度的物 质在离心场中受到不同的离心力，从而 实现物质分离的技术。
VS
应用
在化工、制药、环保、食品等领域广泛应 用，主要用于固-液分离和液-液分离。
浮选分离技术及应用
浮选分离技术
化工原理-3非均相物系的分离
02
离心分离因数 ： Kc=(uT2/R)/g Kc值是反映离心分离设备性能的重要指标，一般远大于1，高速离心机K值可达十万以上。
（二）离心沉降设备:旋风分离器 (cyclone separator) 1.结构及工作原理 标准型旋风分离器结构如图。
h =D/2 D1=D/2 B = D/4 H1=2D H2=2D S =D/8 D2=D/4
Newton 公式：
Stokes 公式：
沉降速度的其它影响因素
颗粒浓度：颗粒体积浓度较大时，发生干扰沉降，沉降较慢。
器壁效应：容器壁面、底面处阻力↑→ut↓。
颗粒形状：对非球形颗粒，用到当量直径de，阻力系数与球形度（形状系数）φs 有关,比球形颗粒大，ut减小 。
*
P145 图3-2
01
不同球形度
*
可见，分离条件与沉降面积有关，而与降尘室的高度无关。所以降尘室可设计成扁平形状，或在室内设置多层水平隔板，构成多层降尘室。
颗粒能从气流中分离出来的条件是: θt≤θ 即 VS ≤blut （降尘室的基本公式） VS＝blut所对应的ut为理论上能完全(100%)分离下来的最小颗粒的沉降速度.
单个颗粒
一、颗粒的特性
比表面积a （单位体积颗粒所具有的表面积） a=(πd2)/(πd3/6)=6/d （与颗粒直径成反比）
（1）球形颗粒：直径d
体积当量直径de:与颗粒体积相等的圆球的直径,即令
（2）非球形颗粒
贰
壹
叁
②球形度（或形状系数）φs：反映颗粒形状与球形的差异程度。 φs＝S/Sp
离心沉降:当流体带着颗粒旋转时，若颗粒的密度大于流体的，则颗粒在惯性离心力作用下在径向与流体发生相对运动飞离中心。
非均相物系分离
（二）过滤介质
过滤介质的作用是支承滤饼，故除有孔隙外，还应具有足 够的机械强度及尽可能小的阻力。
工业上常用的过滤介质有：
织物介质：天然纤维、化学纤维、玻璃丝、金属丝织成的 滤网。
与重力沉降速度相比，只是将重力场改为离心场。
三、沉降分离设备 1、重力沉降设备 降尘室、连续沉降槽 2、离心分离设备 旋风分离器、旋液分离器、离心沉降机
第二节 过滤
一、概述
（一）滤饼过滤与深层过滤
滤饼过滤 悬浮液中的颗粒沉积在过滤介质表面形成滤饼 层，滤液穿过滤饼层中的空隙流动叫做滤饼过滤。
深层过滤 固体颗粒不形成滤饼，而是沉积在过滤介质内 部叫做深层过滤。
第三章 非均相混合物的分离
学习要点： 重力沉降与离心沉降的基本公式； 过滤机理和过滤基本参数； 恒压过滤方程及过滤常数的测定
均相物系：指物系内部各处均匀且无相界面，包括 溶液、气体混合物等。
非均相物系：指物系内部有隔不同相的界面且界面 两侧的物料性质有差异。
包括： 气固系统（如空气中的尘埃）；
液固系统（如液体中的固体颗粒）；
（四）实际重力沉降速度
自由沉降：固体颗粒在沉降过程中不因流体中其他颗 粒的存在而受到干扰的沉降。
干扰沉降：固体颗粒在沉降过程中，因颗粒之间的相 互影响，而使颗粒不能正常沉降。
二、 离心沉降
颗粒在离心力场作用下，受到离心力的作用而沉降的过程 称为离心沉降。
悬浮在流体中的微粒，利用离心力比利用重力可以使微粒 的沉降速度增大很多，这是因为离心力由旋转而产生，旋 转的速度愈大则离心力也愈大；而微粒在重力场中所受的 重力作用是一个定值。因此，将微粒从悬浮物系中分离时， 利用离心力比利用重力有效的多。同时，利用离心力作用 的分离设备不仅可以分离较小的微粒，而且设备的体积可 以缩小。
非均相物系的分离
非均相物系的分离第一节概述非均相物系包括气固系统(空气中的尘埃)、液固系统(液体中的固体颗粒)、气液系统(气体中的液滴)、液液系统(乳浊液中的微滴)等。
其中尘埃、固体颗粒、气泡和微滴等统称为分散物质(或称分散相)，而非均相物系中的气体、液体称为分散介质(或称连续相)。
非均相物系分离的依据是连续相与分散相具有不同的物理性质(两相的密度不同)，故可用机械方法将两相分离。
利用两相密度差进行分离时，必须使分散相与连续相间产生相对运动，故分离非均相物系的单元操作遵循流体流动的基本规律。
非均相物系的分离主要用于：1 回收有用物质；2 净化分散介质；3 除去废液、废气中的有害物质，满足环境保护的要求。
第二节重力沉降一、沉降速度在重力场中，借连续相与分散相的密度差异使两相分离的过程，称为重力沉降。
1、球形颗粒的自由沉降若固体颗粒在沉降过程中，不因流体中其它颗粒的存在而受到干扰的沉降过程，称为自由沉降。
表面光滑的球形颗粒在静止流体中沉降时，由于颗粒的密度ρs大于流体的密度ρ，所以颗粒受重力作用向下沉降，即与颗粒与流体产生相对运动。
在沉降中，颗粒所受到的作用力有重力、浮力和阻力。
开始时，颗粒为加速运动，随着颗粒沉降速度的增大，阻力亦增大，当颗粒受力达平衡时，颗粒即开始作匀速沉降，对应的沉降速度为一定值，称该速度为沉降速度或终端速度，以u t表示，其计算式为ξρρρ34)(dg u s t -=2、阻力系数ζ阻力系数ζ是流体与颗粒相对运动时的雷诺数准Re t 的函数，即ζ=f(Re t )μρi t du Re =阻力系数ζ与Re t 的关系由实验测定，结果如图3-2所示。
图中曲线按Re t 值可分成四个区，即(1) 层流区，Re t ≤2(又称斯托克斯区) tRe 24=ξ (2) 过渡区，2＜ Re t ＜1036.0Re 5.18t =ξ(3) 湍流区，103＜ Re t ＜2×105 ζ=0.44 对应各区沉降速度u i 的计算公式如下： (1) 层流区μρρ18)(2g d u s i -=(2) 过渡区6.0)(27.0ts i Re gd u ρρρ-=(3) 湍流区ρρρgd u s i )(74.1-=3、沉降速度的计算计算沉降速度u i 时，为选用计算公式，应先判断流动类型，即先算出Re t 值，计算Re t 时需已知u i ，而u i 是待求量，故需用试差法求解。
化工原理教案03非均相物系的分离
第三章 非均相物系的分离第一节 概 述一、 化工生产中常遇到的混合物可分为两大类：第一类是均相物系—如混合气体、溶液，特征：物系内各处性质相同，无分界面。
须用吸收、蒸馏等方法分离。
第二类是非均相体系— 1．液态非均相物系固体颗粒与液体构成的悬浮液； 不互溶液体构成的乳浊液；2．气态非均相物系固体颗粒（或液体雾滴）与气体构成的含尘气体（或含雾气体）； 气泡与液体所组成的泡沫液等。
特征：物系内有相间的界面，界面两侧的物性截然不同。
（1）分散相：往往是液滴、雾滴、气泡，固体颗粒，µm 。
（2）连续相：连续相若为气体，则为气相非均相物系。
连续相若为液体，则为液相非均相物系。
二、 非均相物系分离的目的：1）净制参与工艺过程的原料气或原料液。
2）回收母液中的固体成品或半成品。
3）分离生产中的废气和废液中所含的有害物质。
4）回收烟道气中的固体燃料及回收反应气中的固体触媒等。
总之：以满足工艺要求，提高产品质量，改善劳动条件，保护环境，节约能源及提高经济效益。
常用分离方法：1）重力沉降：微粒借本身的重力在介质中沉降而获得分离。
2）离心分离：利用微粒所受离心力的作用将其从介质中分离。
亦称离心沉降。
此法适用于较细的微粒悬浮体系。
3）过滤：使悬浮体系通过过滤介质，将微粒截留在过滤介质上而获得分离。
4）湿法净制：使气相中含有的微粒与水充分接触而将微粒除去。
5）电除尘：使悬浮在气相中的微粒在高压电场内沉降。
本章主要讨论：利用机械方法分离非均相物系，按其涉及的流动方式不同，可大致分为沉降和过滤两种操作方式。
三、 颗粒和流体相对运动时所受到的阻力 流体以一定的速度绕过静止颗粒时或者固体颗粒在静止流体中移动时 流体对颗粒的作用力——ye 力F d22u AF d ρξ= [N]式中，A —颗粒在运动方向上的投影，πd p 2u —相对运动速度ξ—阻力系数， ξ=Φ（Re ）=Φ（d p u ρ/μ）层流区：Re <2， ξ=24/Re ──Stokes 区过渡区：Re=2—500， Re 10=ξ ──Allen 区 湍流区：Re=500--2⨯105， ξ≌0.44 ──Newton 区第二节 重力沉降一、球形颗粒的自由沉降自由沉降──对于单一颗粒在流体中的沉降或者颗粒群充分地分散、颗粒间互不影响，不致引起相互碰撞的沉降过程。
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。
第三章 第1次 非均相物系的分离-(颗粒及颗粒床层特性)
u
重力 Fg
ut2 Fd p f A W f' A A 阻力： 2 2 u t A 2
p为颗粒密度
根据牛顿第二定律，颗粒的重力沉降运动基本方程式应为:
dut Fg Fb Fd ma m dt
6
d ( p ) g
3 p
4
d
2 p
u 2
不同流动形态下，球形颗粒等速沉降速度公式
滞流区
ut
2 d p ( p )g
18
1.6 p 0.714
过渡区
d ( p ) ut 0.781 0.4 0.6
湍流区
ut 1.74
gd p ( p )
4、沉降速度的计算
24 Re t
可得斯托克斯（Stokes)公式：
ut
d ( p )g
2 p
18
ut
过渡区
4 gd p ( p ) 3
2< Ret<500 有
18.5 0.6 Re t
得艾伦（Allen)公式求沉降速度
ut 0.269
gd p ( p ) Re
dut d p 2 6 dt
3 p
等速沉降有：
dut 0 dt
3 p
即：
6
d ( p )g
8
2 d p ut 0
整理得式：
ut
4 gd p ( p ) 3
球形颗粒等速沉降速度公式
（2）阻力系数ζ与沉降速度实用公式
ζ—Ret曲线 滞流区 10-4< Ret<2 有公式：
常见非均相物系的分离
常见非均相物系的分离非均相物系是指由两种或两种以上物质组成的混合物，不同物质之间具有明显的物理和/或化学性质差异。
在很多情况下，需要将非均相物系进行分离，以便单独利用或处理每种物质。
下面是常见的非均相物系分离方法。
1. 溶液蒸馏法溶液蒸馏法是将一个液体从另一个液体中分离出来的一种方法。
它利用了两种液体在不同温度下的沸点差异。
将混合液体加热到其中一种液体的沸点，这种液体汽化，经过冷凝后分离出来。
例如，水和酒精的混合物可以用溶液蒸馏法分离成单独的水和酒精。
2. 磁性分离法磁性分离法是一种利用物质磁性差异进行分离的方法。
这种方法通常适用于含有磁性物质和非磁性物质的混合物。
通过加磁场，磁性物质会被吸附到磁性物质收集器中，而非磁性物质则会保留在原始混合物中。
例如，铁粉可以用磁性分离法从混合物中分离出来。
3. 过滤法过滤法是将一个物质从另一个物质中分离出来的一种方法，适用于固体和液体的混合物。
该方法利用了物质间的粒度差异。
将混合物过滤，固体颗粒被滤出，而液体则通过筛网留在容器中。
例如，沉积在水中的泥土、砂和碎石可以通过过滤法分离。
4. 蒸发结晶法蒸发结晶法是将溶解在溶液中的固体物质分离出来的一种方法。
通过控制温度和压力来使溶液蒸发并结晶，溶解物会被分离出来。
例如，从海水中提取盐分就是利用蒸发结晶法实现的。
5. 萃取法萃取法是一种利用溶剂对混合物进行分离的方法。
尽管在分离混合物时溶剂的选择很重要，但萃取法的基本步骤是将萃取剂与混合物混合，使其中一种物质溶解在萃取剂中，另一种物质留在原混合物中。
例如，从生物体中提取化合物通常需要利用萃取法。
6. 离心法离心法是一种利用离心机对液体混合物进行分离的方法。
该方法依靠液体中不同物质之间的密度差异。
将混合物放入离心机中，并在高速旋转下，物质会向不同方向移动。
例如，从牛奶中分离脂肪可以使用离心法。
7. 气体吸附法气体吸附法是一种将气态物质从混合物中分离出来的方法。
这种方法利用了不同气体之间的吸附性差异。
常见非均相物系的分离
常见非均相物系的分离
由于非均相物系中分散相和连续相具备不同的物理性质，故工业生产中多采用机械方法对两相进行分离。
其方法是设法造成分散相和连续相之间的相对运动其分离规律遵循流体力学基本规律。
常见有如下几种。
(1)沉降分离沉降分离是利用连续相与分散相的密度差异，借助某机械力
的作用，使颗粒和流体发生相对运动而得以分离。
根据机械力的不同，可分为重力沉降、离心沉降和惯性沉降。
(2)过滤分离过滤分离是利用两相对多孔介质穿透性的差异，在某种推进力的作用下，使非均相物系得以分离。
根据推进力的不同，可分为重力过滤、加压(或真空)过滤和离心过滤。
(3)静电分离静电分离是利用两相带电性的差异，借助于电场的作用，使两相得以分离。
属于此类的操作有电除尘、电除雾等。
(4)湿洗分离湿洗分离是使气固混合物穿过液体、固体颗粒粘附于液体而被分离出来。
工业上常用的此类分离设备有泡沫除尘器、湍球塔、文氏管洗涤器等。
此外，还有音波除尘和热除尘等方法。
音波除尘法是利用音波使含尘气流产生振动，细小的颗粒相互碰撞而团聚变大，再由离心分离等方法加以分离。
热除尘是使含尘气体处于一个温度场(其中存在温度差)中，颗粒在热致迁移力的作用下从高温处迁移至低温处而被分离。
在实验室内，应用此原理已制成热沉降器来采样分析，但尚未运用到工业生产中。
非均相物系的分离.课件
01
非均相物系的分离 方法
沉降分离法
总结词
利用颗粒在重力场中的自然下落 实现分离
详细描述
根据颗粒的密度和粒径差异，使 不同组分在沉降过程中分层，从 而实现分离。适用于颗粒密度差 异较大的体系。
过滤分离法
总结词
通过过滤介质截留颗粒实现分离
详细描述
利用过滤介质（如滤布、滤纸等）的孔径大小，将颗粒截留在介质表面或内部，从而实现非均相物系的分离。适 用于颗粒粒径大于过滤介质孔径的体系。
03
分离高度
分离高度影响颗粒在流体 中的运动路径和时间，较 高的分离高度有助于颗粒 的沉降和分离。
分离压力
在某些非均相物系分离过 程中，压力的变化会影响 流体的物理性质和流动状 态，从而影响分离效果。
分离速度
提高分离速度可以增加颗 粒与流体的接触频率和碰 撞机会，有助于提高分离 效率。
01
非均相物系分离过 程的设计与优化
流体的性 质
流体粘度
流体温度
流体的粘度越大，颗粒在流体中的运 动阻力越大，沉降速度减慢，分离效 果降低。
温度影响流体的粘度和密度，进而影 响颗粒在流体中的运动和分离效果。
流体密度
流体的密度与颗粒密度之间的差异影 响颗粒的沉降速度，流体密度与颗粒 密度相差越大，越有利于颗粒的沉降。
操作条件
01
02
浮选分离法
总结词
利用颗粒的浮力性质实现分离
详细描述
通过向混合物中通入气体形成气泡，使颗粒粘附在气泡上浮至液面，从而实现分离。适用于密度小于 水的颗粒。
电泳分离法
总结词
利用电场力对颗粒的分离作用实现分 离
详细描述
在电场作用下，颗粒因带电性质的不 同而受到不同的电场力作用，从而实 现分离。电泳分离法可实现连续操作， 具有较高的分离效率。
第三章 非均相物系分离
B B
含尘气体
用途：适用于含颗粒浓度为 0.01 ～ 500g/m3、粒度不小于5μm的气体净 化与颗粒回收操作，尤其是各种气固流态化装置的尾气处理。
排尘
结构和工作原理：含尘气体以较高的线速度切向进入器内， 在外筒与排气管之间形成旋转向下的外螺旋流场，到达锥底 后以相同的旋向折转向上形成内螺旋流场直至达到上部排气 管流出。颗粒在内、外旋转流场中均会受离心力作用向器壁 方向抛出，在重力作用下沿壁面下落到排灰口被排出。
2 gd p ( p )
18ut 0.153Pa s
9.81 (1.25103 ) 2 (7900 880) 18 0.039
校核雷诺数 R ep 上述计算有效
d put
1.25103 0.039 880 0.28 2 0.153
三、重力沉降设备－降尘室 降尘室：分离含尘气体中颗粒的重力沉降设备。
2 P
比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积
S 6 a V dP
2、非球形颗粒
（1）当量直径 A：体积当量直径 B：面积当量直径：
d ev
3
6V
S
d es
C：比表面当量直径： d 6 6 ea a S /V （2）形状因数 常用球形度 Ψ 表示，即与颗粒等体积的一个球的表面积 与颗粒的表面积之比 2 2 d ev d ev 2 2 d es d es
CD为阻力系数，与颗粒的雷诺数Rep有关。对球形颗粒 24 d p u A：Rep＜2，层流区 Rep 此时 CD Rep 2 gd p ( p ) 由此推出 u －斯托克斯公式 t 18
适用范围10－4＜Rep＜2
非均相物系分离
❖ 非均相物系是指物系中存在着两相或更多相的混合 物，如含尘气体、悬浮液等。
❖ 分散相或称分散物质：以微细的分散状态存在，如 含尘气体中的尘粒，悬浮液中的固粒。
❖ 连续相或称分散介质，包围在分散物质各个粒子的 周围，如含尘气体中的气体，悬浮液中的液体。
❖ 根据连续相的物理状态，将非均相物系分为气态非 均相物系和液态非均相物系。含尘气体与含雾气体 属于气态非均相物系，而悬浮液、乳浊液以及含有 气泡的液体，即泡沫液，则属于液态非均相物系。
❖ 1.离心沉降速度 ❖ 当固体颗粒随着流体一起快速旋转时，如果颗粒
的密度大于流体的密度，离心力会使颗粒穿过运 动的流体而甩出，沿径向方向沉降。此时颗粒在 径向上受到三个力的作用，即从旋转中心指向外 周的离心力、沿半径指向旋转中心的向心力（相 当于重力场中的浮力）和与颗粒运动方向相反， 沿半径指向旋转中心的阻力。 ❖ 同重力沉降相似，当颗粒在径向沉降方向上，所 受上述三力达平衡时，颗粒则作等速运动，此时 颗粒在径向上相对于流体的速度便是颗粒在此位 置上的离心沉降速度。
流量，m3／s（又称降尘室的生产能力）。
❖ 气体通过降尘室的时间θ为
l
u
❖ 颗粒沉降至室底所需要的时间为
t
H ut
❖ 颗粒能除去的条件为 θ≥θt
即
≥
l （3-8）HΒιβλιοθήκη uut❖又
u （bqH3v-9）
❖ 将式(3-9)代入式(3-8)并整理可得
qv≤blut
（3-10）
❖ 降尘室的生产能力仅与其沉降面积bl及颗粒的沉 降速度ut有关,而与降尘室的高度无关,故降尘室以 取扁平的几何形状为佳，可将降尘室作成多层，
❖ 设颗粒是表面光滑的球形；沉降的颗粒相 距较远，互不干扰；容器壁对颗粒的阻滞 作用可以忽略，此时容器的尺寸应远远大 于颗粒的尺寸；颗粒直径不能过分细微，。 根据三个力达平衡时其代数和等于零，可 导出重力沉降速度的计算式为
非均相物系的分离
沉降
沉降是借助外力作用，使两项发生相对运动而 实现分离的操作。有离心沉降、重力沉降和惯性沉 降
重力沉降：在重力的作用之下，使流体和 颗粒之间发生相对运动而得以分离的操作。 它可以分离含尘气体和悬浮液。
7
分析重力沉降
重力沉降速度 根据颗粒在沉降过程中是否受到其他粒子、 流体运动、器壁的影响，将沉降分为自由沉降 和干扰沉降。 自由沉降：颗粒在沉降过程中不受周围颗粒、 流体以及器壁的影响，是一种理想的沉降状态。
28
一、过滤方式
滤饼过滤(表面过滤)：
过滤介质为织物、多孔材料或膜等， 孔径可大于最小颗粒的粒径。过滤初 期，部分小颗粒可以进入或穿过介质 的小孔，后因颗粒的架桥作用使介质 的孔径缩小形成有效的阻挡。 被截留在介质表面的颗粒形成滤渣层（滤饼），透过滤 饼层的则是被净化了的滤液。 随滤饼的形成，真正起过滤介质作用的是滤饼，而非过 滤介质本身，故称作滤饼过滤。 滤饼过滤主要用于含固量较大（>1%）的场合。 29
分析重力沉降
Fd
重力沉降速度 如图所示，直径为d，密度为ρs的光 滑球形颗粒至于密度为ρ的静止流体中， 开始自由降落。 此时 重力——Fg= d 3 s g
浮力——Fb=
Fb
Fg
6 6
d3 g
阻力——Fd= A
u 2
2
1. 为阻力系数，没有单位 2.A为颗粒在垂直其运动方 2 S= 向上的投影面积， 4 d 3.u为颗粒的相对降落速度
g
根据经验值可知， 沉降过程中的大多 数属于层流区，因 此在进行试差时， 通常设在层流区
分析重力沉降
分析重力沉降
1.重力沉降速度 2. 实际沉降---干扰沉降，在沉降过程中受到的 干扰因素 （1）颗粒含量的影响 （2）颗粒形状的影响 （3）颗粒大小的影响 （4）流体性质的影响 （5）流体流动的影响 （6）器壁的影响
化工原理非均相物系分离全PPT课件
直径的
次方成正比；在湍流区，颗粒的沉降
速度与颗粒直径的
次方成正比。
第24页/共131页
【例】采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。 降尘室底面积为10㎡，宽和高均为2m。操作条件下气 体密度为0.75kg/m3，粘度为2.610-5Pas，颗粒密度为 3000 kg/m3。降尘室的生产能力为3m3/s。试求： （1）理论上可完全回收的最小颗粒直径； （2）粒径为40 m的颗粒的回收百分率； （3）如将降尘室改为多层以完全回收10m的颗粒， 在原降尘室内需设置多少层水平隔板及板间距。
第41页/共131页
1）临界粒径 定义：理论上在旋风分离器中能被完全分离下来 的最小颗粒。 计算公式的推导：
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假设： （1）气流严格按螺旋形路线作等速运动，其切向
速度等于进口气速ui；
（2）颗粒向器壁沉降时，必须穿过厚度等于进气 宽度B的气流层，方能达到器壁而被分离； （3）颗粒的流动类型为滞流。
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1、离心沉降速度
流体作圆周运动时，形成惯性离心力场。当颗
粒 度
在 ur
距中 。
心r
A
处
旋转时
ur C
，
其
切向速度uT，径向速 惯性离心力场强度：
r1
u uT
uT2/r
r
r2 B
轨迹：
逐渐扩大的螺旋线
颗粒在旋转流体中的运动
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dp，p的球形颗粒受力分析：
离心力
Fc
p
g
4
d p2
u 2
2
ma
m
du
d
当a
du
d
0时, u
化工原理课件非均相物系分离
吸附热
物理吸附过程中放出的热量较小，接近于相应 气体的液化热。
可逆性
物理吸附在一定条件下是可逆的，即被吸附的物质在一定条件下可以解吸。
化学吸附
吸附热
化学吸附过程中放出的热量较大，接近于化 学反应热。
吸附力
化学吸附涉及电子的转移或共有，形成化学 键。
不可逆性
化学吸附通常是不可逆的，需要特定的条件 才能解吸。
06
其他分离方法
电泳分离
电泳分离原理
利用物质在电场作用下的电泳行为差异进行分离。
电泳设备
主要包括电泳槽、电极、电源和检测系统等。
电泳分离应用
广泛应用于生物大分子如蛋白质、核酸的分离纯化，也可用于小 分子和离子的分离。
膜分离技术
膜分离原理
利用膜的选择透过性，使混合物中的不同组分在 膜两侧产生浓度差，从而实现分离。
05
吸附分离
吸附分离原理
吸附作用
利用吸附剂对混合物中各组分的选择性吸附作用，使 混合物得以分离。
吸附平衡
在一定温度和压力下，混合物中的各组分在吸附剂上 的吸附量达到平衡。
吸附等温线
描述在一定温度下，吸附量与混合物组成之间的关系 曲线。
物理吸附
吸附力
物理吸附主要依靠分子间作用力（范德华力） 进行吸附。
化工原理课件非均相物系分离
汇报人：XX
目录
• 非均相物系概述 • 沉降分离 • 过滤分离 • 萃取分离 • 吸附分离 • 其他分离方法
01
非均相物系概述
定义与分类
定义
非均相物系是指物系内部存在两种或 两种以上不同相态的物质，且这些物 质之间具有明显的界面。
分类
根据相态的不同，非均相物系可分为 液-固、气-固、气-液等类型。
非均相混合物分离技术—认识非均相物系分离技术及设备
烟道除尘室
沉降除尘室
分离设备的选择
（一）气-固分离 需要处理的固体颗粒直径通常有一个分布，一般可采用如下分离过程： 1）利用重力沉降除去50μm以上的粗大颗粒。 2）利用旋风分离器除去5μm以上的颗粒。 3）5μm以下颗粒的分离可选用电除尘器、袋滤器或湿式除尘器。
（二）液固分离 1）出于获得固体产品的目的，可采用增浓、过滤。 2）澄清液体可采用：利用连续沉降槽、过滤机、过滤离心机或沉降离心 机分离不同大小的颗粒；澄清要求非常高时，可在最后采用深层过滤。
直径D或进气口宽度B，则其它各部分的尺寸也
就确定了。 特点：结构简单，操作不受温度和压力的限
制，分离效率可达70%～90%，最小可以分离 小到5μm的颗粒。但使用中器壁磨损较严重。
化工单元操作技术
② 压力分布
• 器壁附近：最高。 • 中心处 ： 最低。 • 出灰口：密封性能好，不易漏入气体。
非均相物系分离
2）分离性能指标 临界粒径dpc 能够100%分离的颗粒的最小粒径。 粒级分离效率ηi 在一定粒径颗粒的总量中，被分离部分所占的质量百分数。 总效率η0 在有限的停留时间内，能分离下来的部分与颗粒总量之比。
化工单元操作技术
二、沉降设备 1、重力沉降设备 （1）降尘室
即重力沉降从气流中除去尘粒的设备称为降尘室。
由许多块带凸凹纹路的滤板和滤框交替排列而成，板和框的角端均开有小孔 ，合并压紧后构成供滤浆或洗涤水流通的孔道。滤框中间空，框的两侧覆以滤布 ，空框与滤布就围成了容纳滤饼的空间。
化工单元操作技术
非均相物系分离
• 操作是间歇的，每个操作周期都由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段 组成。
• 特点：结构简单，过滤面积大，过滤压力高，对各种物料的适应能力强，操 作简单，使用可靠。
其他非均相物系分离方法
其他非均相物系分离方法非均相物系分离方法是指将多组分混合物中的不同组分分离出来的方法。
与均相物系分离方法（如蒸馏、结晶等）不同的是，非均相物系分离方法常常需要使用物理或化学性质差异较大的分离方式。
以下是一些常见的非均相物系分离方法：1. 重力分离重力分离是一种简单且常用的分离方法，它基于不同组分的密度差异。
在一个装有混合物的容器中，密度较大的组分会沉淀到底部，而密度较小的组分会浮在上部。
通过倾斜容器或者使用漏斗可以将两者分离。
2. 沉降分离沉降分离是一种基于组分的离心沉降速率差异的分离方法。
离心机通过迅速旋转容器，使混合物中的组分向离心力最大的位置移动。
随着时间的推移，不同组分会分层并可以通过离心机分离开来。
3. 水分解法水分解法是一种将混合物中的水与其他组分分离的方法。
这种方法适用于混合物中含有极性和非极性组分的情况。
在该方法中，混合物首先与水混合，然后通过不同的化学反应，将水与其他组分分离。
4. 溶剂萃取溶剂萃取是一种基于组分在不同溶剂中的溶解度差异来分离的方法。
通过选择适当的溶剂，可以将混合物中的组分分离到不同溶液中。
溶剂萃取常用于有机化学中，用于分离有机物混合物中的不同组分。
5. 气体吸附法气体吸附法是一种将混合物中的气体组分分离的方法。
该方法适用于有机化合物或金属材料中的气体组分。
它通过将混合物与具有特定吸附性能的固体接触，使气体组分被吸附在固体上，从而实现分离。
6. 磁力分离磁力分离是一种将具有磁性的组分从混合物中分离出来的方法。
通过使用磁性材料或通过给混合物中加入磁性粒子，可以将具有磁性的组分分离出来。
这种方法在矿石提取、废物处理等领域有广泛的应用。
7. 膜分离膜分离是一种使用特殊膜将混合物中的不同组分分离开来的方法。
膜可以选择适当的大小、形状和分子亲疏水性，以选择性地通过不同组分。
常见的膜分离方法包括蒸发、渗透、过滤等。
8. 色谱法色谱法是一种常用的分析和分离技术，用于从复杂混合物中分离和检测组分。
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浮力 Fb 6 d 3 g 曳力 FD
D
ut2
2
A
质量力 Fc
6 6 颗粒在流体中沉降时受力
d 3 s g或
d 3 s ac
沉降速度：
6
d 3s g
6
d 3 g
ut2
2 4
d2
浮力 Fb 6 d 3 g 曳力 FD
D
ut2
2
A
过渡区或艾仑定律区（ 2<Ret<103）
18.5 0 .6 Re t
湍流区或牛顿定律区（ 103<Ret<2×105）
0.44
将阻力系数的计算式代入，得到不同颗粒雷诺数范围 内ut的计算式：
滞流区
d ( s ) g ut 18
2
过渡区
u t 0.27
d ( s ) g
1 da n xi i 1 d i
Gi x i＝ G
式中da—平均比表面积直径；di—筛孔平均直径；xi—di粒径范围内颗粒的质量分数
3）颗粒的密度 颗粒的真密度：当不包括颗粒之间的空隙时，单位颗粒群体积 内颗粒的质量，kg/m3。 堆积密度（表观密度）：当包括颗粒之间的空隙时，单位颗粒 群体积内颗粒的质量， 4）颗粒的粘附性和散粒性
1 / 1.4
0.145m / s
校核流型，Re=dPutρ/μ=10-3×0.145×998.2/0.001005=144 故属于过渡区，与假设相符。 当已知沉降速度，求颗粒直径时，也需要试差计算
Re t0.6
湍流区
u t 1.74
d ( s )g
影响沉降的因素
1．颗粒的体积浓度
1、颗粒形状：球形度越小，沉降速度越小。 2、干扰沉降：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，当颗粒浓度较高时便发生干扰沉降，由 于干扰作用，大颗粒的实际沉降速度小于自由沉降速度； 小颗粒的沉降速度增大。 3、当容器尺寸远远大于颗粒尺寸时，器壁效应可忽略， 否则需加以考虑
F F F
b
Fd 0
二：重力沉降及设备
自由沉降：颗粒在重力沉降过程中不受周围颗粒和器 壁的影响，称为自由沉降 。 对单个球形颗粒受力分析：
合外力 Fg Fd Fb ma
沉降两个阶段：加速段和等速段， 加速段时间很短，整个过程可以忽 略；等速段的颗粒相对于流体的速 度称为沉降速度用ut表示，也称终 端速度。
由于壁面效应，实际沉降速度小于自由沉降速度。
ut 在Stokes区，器壁的影响： u d 1 2.1 D
' t
沉降速度的计算
1 试差法
假设沉降属 于某一流型
计算出Ut
检验Ret是否 满足条件
不一致 一致
按算出的 Ret重选 流型
问题 得解
例：
一直径为1.00mm、密度为2500kg/m3的玻璃球在20℃的 水中沉降，试求其沉降速度。
非均相物系分离
1、概述
2、颗粒沉降 3、过滤 4、过程强化与展望
第一节：概述
均相物系 混合物分类 非均相物系
通过施加适当 外力使两相间 发生相对运动， 实现非均相混 合物的分离。
一种物质以分子、离子状态 均匀分散在另一种物质中。 有明显相界面；不同相间有明 显的物理化学性质差异。
重力沉力 沉降分离 离心沉降 重力过 力 机械分离的两 加压压过 种操作方式 过滤分离 真空过 空 离心过滤
解：由于颗粒直径较大，先假设流型层于过渡区，
gd ut 0.153
1.6 p P 0.4 0.6 1.6 1 / 1.4
9.81 0.001 2500 998.2 0.153 0.4 3 0.6 998 . 2 ( 1 . 005 10 )
直径 : d
表面积 : s d 2
比表面积 : a
6 d
2、非球形颗粒
工业上遇到的固体颗粒大多是非球形颗粒，它不像球形颗 粒那样容易求出体积、表面积和比表面积，但可用当量直 径和球形度来表示其特征。
3 6VP 体积当量直径： d e 表面积当量直径：d SP es 球形度：表示实际颗粒形状与球形颗粒的差异程度。 s S S----与实际颗粒体积相等的圆球的表面积；SP----颗粒的实际表面积 SP
ut
4d p g 3
质量力 Fc
6 6 颗粒在流体中沉降时受力
d 3 s பைடு நூலகம்或
d 3 s ac
其中ξ是颗粒沉降时的阻力系数。并且ξ 是颗粒对流体作相对运动时的雷诺数 Ret的函数
f ( Ret ) f (
du t
)
阻力系数ζ
根据阻力随颗粒雷诺数变化的规律，可分为三个区域： 滞流区或斯托克斯定律区（10-4<Ret<2) 24 Re t
悬浮液 （固-液混合物） 、 乳浊液 （液-液混合物） 、 含尘气体、含雾气体 （固-液、 固-气混合物）
一、非均相物系分离在工业上应用
1 回收有价值的分散物质 2 净化分散介质以满足生产工艺要 求 3 环境保护和安全生产
二：颗粒及颗粒群的特性
一、颗粒的特征 颗粒最基本的特征就是其形状和大小。对于球形颗粒仅用 直径就可以说明颗粒的大小，而对于非球形颗粒，由于难 以用单一参数说明，常将它与球形颗粒相对比来表示其特 征。 3 体积 : V d 1、球形颗粒 6
第二节：颗粒沉降
一、颗粒在流体中的沉降过程 颗粒与流体在力场中作相对运动时，受到三个力的作用：质 量力F＝ma、浮力Fb=Vp.ρ.a、、曳力Fd=ξ.Aρu2 /2 。 对于一定的颗粒和流体，重力Fg、浮力Fb一定，但曳力Fd 却随着颗粒运动速度而变化。当颗粒运动速度u等于某一数 值后达到匀速运动，这时颗粒所受的诸力之和为零
由于体积相同的形状不同的颗粒中，球形颗粒表面积 最小，所以任何非球形颗粒的球形度均小于1，其值越 小，说明颗粒与球形颗粒差别越大
颗粒群的特性
由大小不同的颗粒组成的集合体称为颗粒群。 1）颗粒群粒径分布 颗粒群的粒度组成情况即粒径分布。可用筛分分析法测 定各种尺寸颗粒所占的分率。 2）颗粒的平均粒径 常用方法是平均比表面积直径法。