化工原理非均相物质分离

在日常生活中，水泥厂上空总是粉尘飞扬，火力发电厂的烟囱时
不时也是黑烟滚滚，这些就是污染环境的含粉尘气体。如何去除排放
气体中的粉尘呢？这就是本章要解决的非均相物系分离的问题。
机械分离 S-S（固相分隔），S-L（悬浮液），S-G（含尘气体） L-L（乳浊液），L-G（含雾气体），S-L-G（三相）
非均相 混合物的 分离操作
第3章 非均相物系的分离 3.1 概述
清水沉降池
什么叫沉降？什么是过滤？在我国广大西部农村，农民不仅喝不上矿泉水、自来水 ，连大河的水也喝不上。水中含有许多泥沙，只好澄清后，才可用作饮用水和生活用水
。泥沙在水中的澄清就是沉降。农民家里都有一个水缸，水缸就是一个沉降槽。
滤药渣
一般家庭里，吃中药是传统而有效的治病方法。熬完中药之后， 总要将药渣滤去，才可以喝。滤药渣，就是一个过滤操作。这就 是我们生活中的沉降和过滤。
3.非均相混合物分离的目的
① 收集分散物质--例如从结晶器排出的母液中分离出晶粒； ② 净化分散介质--例如除去含尘气体中的尘粒； ③ 环境保护与安全生产--因此，非均相物系的分离，在工
业生产中具有重要的意义。
3.2 颗粒及颗粒床层的特性
3.2 颗粒及颗粒床层的特性
3.2.1 颗粒的特性 3.2.2 颗粒床层的特性 3.2.3 流体通过床层流动的压降
(1) 细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙体积；
(2) 细管的内表面积等于颗粒床层的全部表面积。
以1m 3床层体积为基准，床层流动空间为，
细管的全部表面积为（1- ）a
deb
4
床层流动空间 细管的全部表面积
（1-4）a
m
2.流体通过床层压降的数学描述
s 0.874
非球形颗粒
Vp = πde3/6 ［m3］ Sp = πde2/ φs ［m2］ ap = 6/deφs ［ m2/m3］
2.颗粒群的特性
非均一性粒子（多分散性粒子）-- 由大小不同的粒子组成的 集体。 单一性粒子（单分散性粒子）--具有同一粒径的颗粒。 （1）粒度分布
粒度分布---- 不同粒径范围内所含粒子的个数或质量. 筛分分析法: 泰勒标准筛. 筛过量: 通过筛孔的颗粒量. 筛余量: 截留于筛面上的颗粒量.
表明：床层堆积的松散程度；
ε↑，空隙越大，床层越松散；
ε对流体流过床层的阻力影响很大。
② 影响床层空隙率的因素
（a）装填方法：干装
湿装
（b）颗粒特性的影响
颗粒形状： , ;
靠壁面处： 壁效应，使
粒径分布： 颗粒均匀， ； 颗粒光滑，
2.床层的比表面ab :单位床层体积具有的颗粒表面积
自来水厂的主要流程
自来水厂水的净化分三步，第一步是絮凝过程，也可以叫反应过程。 在流动中使水中的杂质颗粒絮凝长大；第二步是沉降。沉降池是使大颗 粒得以除去。第三步是砂滤。砂滤池，进一步用900mm厚砂层，将小 颗粒杂质滤去。
自来水厂全貌
图中兰色粗管是来自黄浦江的原料水，条形池子是絮凝池，左侧池 是沉降池。
均相
筛分 沉降 过滤
液体蒸馏 气体吸收 液液萃取
传质分离
非均相混合物的分离：如沉降与过滤 等，对物系作功，利用混合物密度、 尺寸等物性差异将其分离
均相混合物的分离：加入热量和溶剂 使其成为两相共存，利用混合物组分 在两相中性质上的差异（如溶解度、 挥发度等）使组分在相间转移，从而 将其分离
2.非均相混合物的分离方法
自来水厂沉降池
这是沉降池。图为絮凝之后的水，是从沉降池底部流入，到池子上 部水已很清了。
1.混合物的分类
均相物系（空气，N2、H2、O2…；）（下册讨论）
混合物
气态非均相物系 空气+尘土
非均相物系
液态非均相物系 水+尘土
分散相（分散物质）：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状态的流体。
机械分离
沉降分离 --- 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.在重力场中，颗粒自上而下运动称 为重力沉降。在离心力场中，颗粒自旋转中心向外 沿运动称为离心沉降。
过滤 ---流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过 程.
湿法净制 --- “洗涤”气体. 静电除尘 --- 高压直流电场中，带电粒子定向运动，聚集分离。
3.2.1 颗粒的特性
球形颗粒 非球形颗粒
1.单一颗粒特性
（1）球形颗粒
球形粒子通常用直径(粒径)表示其大小.
球形颗粒的体积 V = πd3/6 ［m3］
球形颗粒的面积 S = πd2
［m2］
比表面积(单位体积颗粒具有的表面积) a =S/V= 6/d ［ m2/m3］
（2）非球形颗粒 当量直径de与形状系数φs
xi- - di粒径段内颗粒的质量分数；
da- - 平均比表面积直径，m 。
3.2.2 颗粒床层的特性
1.床层空隙率: 单位体积床层中的空隙体积
空隙体积 床层体积
床层体积 颗粒体积 床层体积
m3 / m3
（颗粒大小、形状、粒度分布、充填方式等）
一般乱堆床层的空隙率在0 47 : 0 70之间。
3.床层的自由截面积 （各向同性）
床层截面上未被颗粒占据的,流体可自由通过的面积； 特点:床层截面上可供流体通过的自由截面积(即空隙截面)
与床层截面之比在数值上等于空隙率。
So
S SP S
1
SP S
3.2.3 流体通过床层流动的压降
1.床层的简化模型
简化模型: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,并规定:
❖ 体积当量直径de --- 实际颗粒的体积等于球形颗粒的体积
(Vp = πde3/6 )
形状系数(球形度)φs --表征颗粒的形状与球形的差异程度.
φs = S/Sp
s形状系数（球形度）=
与颗粒体积相等的一个球的表面积 颗粒表面积ຫໍສະໝຸດ Baidu
S Sp
s 1 球形颗粒s 1 正直立径方与体高度相s 等0的.80圆5柱体 粉碎的物体 s 0.6～0.7
筛号(目数)：每英寸长度筛网上的筛孔数目。
di-1
di
（2）颗粒的平均粒径
di+1
平均比表面积直径
di+2
1 1 Gi xi
da
di G
di
da 1 / xi di
G 不同大小球形颗粒的总质量,kg；
Gi 筛分分析得到相邻两号筛之间的颗粒质量，kg；
di 筛分直径（两筛号筛孔的算术平均值）,m ；