第三章非均相物系的分离全教学文案
非均相物系的分离
整理可得到球形颗粒在相应各区的沉降速度公式，即
第一节 沉 降 分 离
式（3-11）、式（3-12）及式（3-13）分别称为斯托克斯公式、 艾仑公式和牛顿公式。球形颗粒在流体中的沉降速度可根据不同流型， 分别选用上述三式进行计算。由于沉降操作中涉及的颗粒直径都较小， 操作通常处于层流区，因此，斯托克斯公式应用较多。计算沉降速度 ut首先要选择相应的计算公式，判断流动类型，因此需先知道Re。然 而，由于ut不知，Re不能预先算出，所以计算ut需采用试差法，即先 假设沉降属于层流区，用斯托克斯计算ut，然后将ut代入式（3-7） 中计算Re，若Re>1，便根据其大小改用相应的公式另行计算ut，所 算出的ut也要核验，直至确认所用的公式适合为止。同理，已知沉降 速度，也可计算沉降颗粒的直径。
容器的壁面和底面会对沉降的颗粒 产生曳力，使颗粒的实际沉降速度低于 自由沉降速度。当容器尺寸远远大于颗 粒尺寸时（如大100倍以上），器壁效 应可以忽略，否则，则应考虑器壁效应 对沉降速度的影响。
第一节 沉 降 分 离
3. 粒形状的影响
同一种固体物质，球形或近球形颗粒比同体积的非球形
颗粒的沉降要快一些。非球形颗粒的形状及其投影面积A均对
第一节 沉 降 分 离
第一节 沉 降 分 离
（三）重力沉降设备
1. 降尘室
降尘室是依靠重力沉降从气流中分离出尘粒的设备。最
常见的降尘室如图3-3所示。
图3-3 降尘室
第一节 沉 降 分 离
含尘气体进入降尘室后，颗粒随气流有一水平向前的运 动速度u，同时，在重力作用下，以沉降速度ut向下沉降。
只要颗粒能够在气体通过降尘室的时候降至室底，便可从气
所以
第一节 沉 降 分 离
非均相物系的分离全课件
contents
目录
• 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
【学习课件】第三章非均相物系的分离
（2）过渡区：
ut
d 0.27
(s
)gRt0e.6
又称艾伦 公式
（3）湍流区： ut
1.74
d
(s )g
又称牛顿 公式
由于沉降操作涉及的颗粒直径都较小，沉降通常处于层 流区，因此斯托克斯公式应用较多。
ppt课件
10
3）影响沉降速度的因素 （1）干扰沉降
当流体中颗粒浓度较大时，颗粒沉降时彼此影响，这种沉 降称为干扰沉降。干扰沉降的速度比自由沉降要小。
颗粒在降尘室中的停留时间为 l
H ut
u V S lHb
u
Hb
VS
颗粒被分离的条件为
或
t
lHb H
VS ut
VS lbut
降尘室的生产能力Vs仅与其底面积Lb及
颗粒的沉降速度ut有关 ，而与降尘室的
高度H无关。
ppt课件
14பைடு நூலகம்
若降尘室内设置n层水平隔
V NLbu 板，则层数为N=n+1，生
u t d s 2 (1 s 8 )g ( 3 1 0 6 1 ) 0 2 1 (2 8 .8 6 1 6 1 .5 1 0 0 ) 6 9 0 .8 5 0 1 .0m 6 /s8
校核 R e td su t 3 0 1 0 1 6 . 8 6 0 .0 1 6 p0 p8 t课 5 5 件 1 .1 6 5 0 .1 3 1
6
S d2 比表面积
ppt课件
6 a
d
5
2）非球形颗粒
（1）体积当量直径（令实际颗粒的体积等于当量球形颗粒的
体积）
VP
6
d
3 e
de
3
6V P
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。
第三章 非均相
2.器壁效应
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
3.颗粒形状的影响
同一种固体物质，球形或近球形颗粒比同体积非球形 颗粒的沉降快一些。
沉降速度的计算
试差法
由于在计算出ut之前Ret的大小未知，因此要通过试 差确定应该选取的计算公式。即：先假设沉降属于 某一流型，则可直接选用与该流型相应的沉降速度 公式计算，然后按求出的ut检验Ret值是否在原假设 的流型范围内。
滞流区
d 2 ( s ) g ut 18
ut 0.27 d ( s ) g Re t0.6
过渡区
湍流区
ut 1.74
d ( s ) g
1.颗粒的体积浓度
影响沉降速度的因素
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
（四）离心沉降设备－旋液分离器
旋液分离器也称水力旋流器，其
结构和工作原理均与旋风分离器 类似，用于悬浮液的分离。
（五）离心沉降设备－沉降离心机
沉降离心机是利用机械带动液体旋转， 分离非均相混合物的常用设备。 主要特点：主体设备（转鼓）与混合物 共同共同旋转，通过转速调节，可以大 幅度 改变离心分离因数。 分类： 据操作方式：间歇式、连续式。 据设备主轴的方位：立式、卧式 据卸料方式：人工卸料式、螺旋卸料式、 刮刀卸料式。
球形颗粒的自由沉降
将表面光滑的刚性球形颗粒置于静止的流体介 质中，若颗粒的密度大于流体的密度，则颗粒 将在流体中降落 根据牛顿第二运动定律，颗粒所受三个力的合 力应等于颗粒的质量与加速度的乘积，即 Fg-Fb-Fd= ma
du d ( s ) g d ( ) d s 或 6 4 2 6 d
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。
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：
非均相物系的分离讲解PPT学习教案
Pi
C1i C2i C1i
O Pi xi
第33页/共59页
§ 3.2 沉 降 过 程
分割直径d50 ：分离效率（粒级率）为50%的颗粒 的直径
对标准旋风分离器d50的经验公式为
：
d50 0.27
D
ui s
Pi~(d/d50)曲线只与旋风分离器的类型有关，
与设备大小无关。
第34页/共59页
非均相物系的分离讲解
会计学
1
教学要求
基本原理：影响旋风分离器性 能的主要因素。
恒压、恒速、先恒
压后恒速过滤
的特点。
设备特点：降沉室、旋风分离
器的结构与第2页特/共59点页 ；
板筐压滤机、叶滤
教学要求
基本公式：
ut
4dP (s )g 3
ut
d
2 P
(s
)g
18
Vs blut
9B dc πNui s
第44页/共59页
§ 3.3过 滤
滞流时，圆管内：Pf
32ul
d2
滞流时，孔道内：Pf
Cu1l
de2
No 式中：
u1
u
l C'L
de
4 a(1
)
Image Pf
K (1 )2 a2 3
uL
K：康采尼常数
第45页/共59页
§ 3.3过 滤
u
3
5a21 2
pc
L
dV
Ad
过滤速度
（二） 过滤速率
第38页/共59页
§ 3.3过 滤
一、 过滤操作的基本概念 过滤是在外力作用下，使悬浮液中的液体
通过多孔介质的孔道，而固体颗粒被截留在介 质上，从而实现固、液分离的操作。
第三章非均相物系的分离
化工原理教案授课人：教学内容重力沉降：利用分散物质本身的重力，使其分散在分散介质中沉降而获分离的操作。
前提：分散相和连续相之间存在密度差。
粒径：适合于分离较大的固体颗粒 3.2.1重力沉降速度 1. 球形颗粒的自由沉降自由沉降：单一颗粒或者经过充分分散的颗粒群，在流体中沉降时颗粒间不相互碰撞或接触的沉降过程，称为自由沉降。
单个球形颗粒在重力沉降过程中受三个力作用：重力，浮力和阻力，当其加速度a=0时，颗粒作匀速沉降运动，此时颗粒（分散相）相对于连续相的运动速度叫沉降速度或终端速度。
此时：重力－浮力=阻力 （a ＝0时，F ＝ma ＝0）公式推导：球形颗粒直径d ，密度ρS ，连续相密度ρ，阻力系数ξ， 沉降速度u 0则 F g =gd s ⋅⨯ρπ361图3-1 颗粒在静止介质中降落时所受的作用力F b =g d ⋅⨯ρπ361（由连续相引起）颗粒在静止流体中以一定的速度运动和流体以一定的速度流过静止颗粒，都是流体与固体之间的相对运动，其阻力性质相同。
所以，颗粒沉降的阻力可以采用与第一章中流体流动阻力相类似的公式来表示。
u 0为沉降速度，A 为颗粒在垂直于沉降方向的平面上的投影面积，A ＝42d π，则：F d =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅241202u d ρπξ 达到恒定速度时，阻力的大小等于重力与浮力之差，即⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=-241616120233u d g d g d s ρπξρπρπ 整理ξρρρ3)(40-=s gd u （3-12）说明：①适用于光滑的球形颗粒的自由沉降，称为自由沉降速度公式。
②所计算速度为匀速速度（a ＝0） ③ξ为阻力沉降系数2、阻力系数ξξ为颗粒与流体相对运动的阻力系数。
也是颗粒与流体相对运动时的雷诺准数Re 的函数。
第一章流体流动中学过ξ＝f(Re)－无粗糙度的影响，μρ0du R e =应用于本章，利用大量实验数据，利用因次分析法及关联法等，绘制了球形颗粒的ξ—f(Re)图，教材p84页图3-2，图中：Re 为横坐标，ξ为纵坐标；根据Re 不同将此图分为三个区，不同区，u 0计算公式不相同。
非均相物系的分离全PPT课件
当流速较高时，Stokes定律不成立。因此， 对一般流动条件下的球形颗粒及其其他形状的颗粒， FD的数值尚需通过实验解决。
第14页/共34页
（2）曳力（阻力）系数
对球形颗粒，
用因次分析并整理后可得：
FD = F (dp , u, , )
FD
AP
1 2
u 2
Re P
d p u
三非均相混合物的分离方法
由于分散相和连续相具有不同物理性质，故工业上通常采用机 械方法分离，要实现这种分离必须使分散相和连续相发生相对运 动。机械分离操作方法分为两类： 1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和离心沉降。 2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 滤可以分为重力过滤，加压过滤，真空过滤和离心过滤。
降分离过程。
的1000倍，当F然g 大大加快沉
第26页/共34页
2离心沉降设备
旋风分离器是利用离心沉降原理从气流中分离出颗粒的设备。如图所示，上部为圆筒 形、下部为圆锥形；含尘气体从圆筒上侧的矩形进气管以切线方向进入，藉此来获得器内 的旋转运动。气体在器内按螺旋形路线向器底旋转，到达底部后折而向上，成为内层的上 旋的气流，称为气芯，然后从顶部的中央排气管排出。气体中所夹带的尘粒在随气流旋转 的过程中，由于密度较大，受离心力的作用逐渐沉降到器壁，碰到器壁后落下，滑向出灰
aS S
v 1
，
（所3以）床层自由截面积分率A。
* 此式是近似的，在忽略床层中固
颗空A粒0隙 流 床相率动 层与互截 截面 面床积 积层 床自层由截面截积面A-床颗积层粒分截所面占率积的之A平均间截有面积何A关P 1系 A？AP 假设床层颗粒是均匀堆积（即认为
非均相物系的分离
第三章非均相物系的分离●教学目的:1、掌握重力沉降和离心沉降的操作原理和基本公式2、沉降室的结构，沉降室的生产能力，旋风分离器的结构和工作原理●教学重点：1、重力沉降和离心沉降的操作原理。
●教学内容：1、重力沉降；2；重力沉降设备；3、离心沉降；离心沉降设备系：一个集体。
分散系：一种物质或几种物质的微粒分散到另一种物质里形成的混合物，我们把这种混合物叫做分散系。
包括：分散质和分散剂。
分散质和分散系都可为固、液、气。
根据分散质粒径不同可分为： d<10-9 溶液10-9<d<10-7胶体10-7<d 悬浊液、乳浊液溶液：小分子或离子，质为：固液气，均一稳定，单相，胶体：大分子或小分子集合，大分子稳定，小分子较稳定，大分子单相，小分子多相粗分：大分子集合，悬固，乳液，不均一不稳定，多相。
悬浊液：固体小颗粒悬浮于液体里形成的混合物，外形特征：浑浊，不透明，不均一，不稳定，固体小颗粒是由很多分集合而成，由于固体小颗粒的密度比水大，因此悬浊液相：在同一个系统中具有相同物理性质及化学性质的一类混合物叫作相。
根据分散关系可分为：均相与非均相。
非均相混合物的特点是体系内包含一个以上的相，相界面两侧物质的性质完全不同，如由固体颗粒与液体构成的悬浮液、由固体颗粒与气体构成的含尘气体等。
这类混合物的分离就是将不同的相分开，通常采用机械的方法。
非均相混合物的特点是体系内包含一个以上的相，相界面两侧物质的性质完全不同，如由固体颗粒与液体构成的悬浮液、由固体颗粒与气体构成的含尘气体等。
这类混合物的分离就是将不同的相分开，通常采用机械的方法。
含尘和含雾的气体属于气态非均相混合物。
悬浮液，乳浊液及泡沫液属于液态非均相混合物。
非均相物系中处于分散状态的物质称为分散物质或分散相。
例：气体中的尘粒。
非均相物系中处于连续状态的物质称为分散介质或连续相。
例：气态非均相物系中的气体。
非均相物系分离的目的：1）回收分散物质 2）净制分散介质3）劳动保护和环境卫生非均相物系分离的常用方法： 沉降法 过滤法 对于含尘气体： 液体洗涤除尘法 点除尘法第一节 沉降一、 固体颗粒在流体中的沉降运动现象 1．颗粒沉降运动中的受力分析固体颗粒在真空中自由降落时，只受重力的作用。
第三章非均相物系分离
与实际颗粒体积相等的 球形颗粒的表面积 实际颗粒的表面积
(3-3)
非球形颗粒的雷诺数在用式（3-2）计算时，应以实际颗粒的当量直径 （即与实际颗粒具有相同体积的球形颗粒直径）计算：
de
3
6V p
(3-4)
式中 Vp为颗粒的体积，m3。 如图3-2所示，为实验测定的不同球形度系数颗粒的阻力系数与雷诺 数关系曲线。
假设成立。所以，为使石英粒子能全部被水流带出以获得纯方铅矿 粒，上升水流速度应不小于0.1032m/s。 (2)所得的纯方铅矿粒中尺寸最小者应是其沉降速度恰好等于0.1032m/s的 粒子。根据以上求解可知，其沉降一定处于过渡区。由阿伦定律有：
u t 1.4 0.4 0.6 d p 0.153 g ( p )
第一节 重力沉降及设备
重力沉降是利用分散相与连续相所受地心引力的差异使分散相与连 续相发生相对运动，从而使非均相物系得以分离的操作。
根据颗粒在重力沉降过程中是否受到流体和其它粒子的影响，可将沉 降过程分为自由沉降和干扰沉降。对颗粒在沉降过程中不受流体和其它粒 子影响的沉降过程，称为自由沉降，反之则称为干扰沉降。自由沉降是一 种理想的沉降状态，实际沉降几乎都是干扰沉降。但由于自由沉降的影响 因素少，研究相对简单，故对重力沉降的探讨常从自由沉降入手。
一、自由沉降
综合颗粒在沉降过程中可能出现的干扰情况，自由沉降应满足下述 条件： 1、分散相颗粒为表面光洁度、颗粒直径和密度同一的球形颗粒，不会 因颗粒沉降速度的差异引起撞击干扰。 2、物系中分散相颗粒的浓度较稀，沉降过程中不会发生颗粒与颗粒间 的碰撞干扰。 3、沉降设备的尺寸相对较大，器壁对颗粒的沉降无吸附和阻滞干扰。 4、连续相的流动稳定、低速，连续相的流动对颗粒的沉降无干扰。 在满足上述条件的基础上，颗粒的沉降可视为自由沉降。
食工原理-第3章非均相物系分离
说明：
①由BC段减小流体速度，压降返回线B’－A’，有
明显转折，且△PAB＜△PA’B’ ；
②ΔP = 单位床层横截面积内固体颗粒的表观重量
（重量-浮力），与速度无关，为定值；
③流化床操作范围：
临界流化速度 umf ＜u＜带出速度ut；
④可由ΔP 数值的变化了解床层是否流化，稳定性
和正常性：
P恒定：流化正常 PP低 波于 动正 剧常 烈值 ：节：涌沟流（聚式流化）
r'L Le
dV d
A P r'Ps (L Le )
A P(1s)
r' L Le
定义饼液比：C＝滤饼体积/滤液体积 V， m3饼/m3液
滤饼体积 CV AL
则：
介质当量滤饼体积 CVe ALe
dV A P1s
A P1s
m2 s m2
物义： 当粘度为1Pa·s的滤液以1m3/(m2 ·s)的过滤
速度通过厚度为1m的滤饼层的压力损失。
说明： 滤饼不可压缩： r = f（滤饼结构特性）；
滤饼可压缩： r r'PS
r’－单位压力差下的滤饼比阻，1/m2； s－滤饼的压缩性指数，s≤1。
(3)滤液通过过滤介质的流动
轻物 浮起
u
u
(a)
(b)
床面 呈水平
L
p
u
u
(c)
(d)
uu
(e)
流动性
连通床面趋 于水平
2.恒定的压降：
P
床层颗粒重量 床层颗粒受到的浮力 流化床的截面积
(s
)g
m
s
A
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1单一颗粒特性
（1）球形颗粒
球形颗粒通常用直径表示其大小，球形颗粒的各有关特性均可用直径表示 。
3
3
V=π∕26×d
S= πd
球形颗粒体积m 2 球形颗粒表面积m
2
3
a=6 ∕d
单位体积颗粒具有的表面积m ∕m
（2）非球形颗粒
非球形3 颗粒通常用体积当量直径和形状系数表示其特性。
v de=√6 p／ π
（1）沉降的过程
将一个表面光滑的球形颗粒置于静止的流体中，若颗粒在重力 的作用下沿重力方向作沉降运动，此时颗粒受到哪些力的作用呢？
Fg mg6dP3Pg
Fb
6
dP3
g
F DA P1 2u2 4dP 21 2u2
根据牛顿第二定律得：
F 或F 者g ：F b d d F u D ( P m P )g6 d 4P d 3 3a P P P g u2 6 d P 3g 4 d P 2 1 2 u 2 6 d P 3 P d d
K
Re
Ka(1)
式中 K 称为康采尼常数 ，其值为5.0 。K 的可能误差不超过10%。
合理简化得到康采尼方程 p Ka2(1)2 u
L
3
从康采尼方程或欧根方程可看出，影响床层压降的变量有三类：
①操作变量 u
②流体物性 和
a ③床层特性 和 在上述因素中，影响最大的是空隙率
3.3 沉降分离
由上面可知：静止流体中颗粒的沉降分为两个阶段，起初 为加速阶段而后为等速阶段。FD为曵力，下面回顾有关曵力的
知识。
（1）两种曳力—表面曳力和形体曳力
回顾第1章流体沿固体壁面流过的阻力分为两类：表 皮阻力（即表面摩擦阻力）和形体阻力（边界层分离产 生旋涡），绕流时颗粒受到流体的总曳力:
（1）两种曳力—表面曳力和形体曳力
p
L
a(1) 3
u2
p
式中 L 为单位床层高度的虚拟压强差
当床层不高，重力的影响可以忽略时
p p LL
p
L
a(1) 3
u2
上式为流体通过固定床压降的数学模型 ，未知的待定系数 称为模型参
数 ，就其物理意义而言称为固定床的流动摩擦系数。
（3）模型的检验和模型参数的估值
当床层雷诺数 Red4 eu1a(1u)2时 实验数据符合下式
空隙率与床层自由截面积分率之间有何关系？假设床层颗粒是均匀堆积 （即认为床层是各向同性的)。想象用力从床层四周往中间均匀压紧， 把颗粒都压到中间直径为长为L的圆柱中（圆柱内没有空隙）。
1 v V
1
4
D12L D2L
1
DD1 2
4
A0
1AP A
14
D12 D2
1DD1 2
4
所以对颗粒均匀堆积的床层(各向同性床层），在数值上 A0
二 颗粒床层的特性
（1）床层空隙率ε 固定床层中颗粒堆积的疏密程度可用空隙率来表示，其定义如下：
空 床 隙 层 体 体 积 积 床 层 体 积 床 V 层 颗 体 粒 积 所 V 占 体 积 v 1 V v
ε的大小反映了床层颗粒的紧密程度，ε对流体流动的阻力有极大的影
响。 , hf 。 1
(2)床层比表面
第三章非均相物系的分离全
四非均相混合物的分离目的
1收集分散物质 2净化分散介质 3环境保护和安全生产。
本章着重讨论： 气相非均相混合物------------重力沉降和离心沉降 液相非均相混合物------------过滤
3.2 颗粒及颗粒床层的特性
一 颗粒的特性
表述颗粒特性的主要参数为颗粒的形状，大小和表面积。
du 因此开始瞬间 u 0 d 最大，颗粒作加速运动。
随u ，Fd ,到某一数值 u t 时，上式右边等于零，此
时 du
d
0，颗粒将以恒定不变的速度
u
维持下降。此
t
称为颗粒的沉降速度或造端速度。对小颗粒，沉
降的加速段很短，加速度所经历的距离也很小。
因此，对小颗粒沉降的加速度可以忽略，而近似
认为颗粒始终以 u下t 降。
颗粒表面积S aB 床层体积V
颗粒比表面
取 V 1m3 的床层考虑，a B
S 1
，a
S v
S
1
a
颗粒表面积S 颗粒体积V
所以 aB a(1)
* 此式是近似的，在忽略床层中固颗粒相互
接触而彼此覆盖使裸露的颗粒表面积减少时成立。
（3）床层自由截面积分率A。
A 0 流 床 动 层 截 截 面 面 积 积 床 层 截 面 积 A - 床 颗 层 粒 截 所 面 占 积 的 A 平 均 截 面 积 A P 1 A A P
Φs=S ／Sp
de为体积当量直径 vp非球形颗粒的实际体积 Φs为颗粒的形状系数或球形度 S与该颗粒体积相同的圆球的表面积
2颗粒群的特性
工业中遇到的颗粒大多是由大小不同的粒子组成的集合体，称为 非均一性粒子或多分散性粒子。具有同一粒径的颗粒称为单一性粒子 或单分散性粒子。不同粒径范围内所含粒子的个数或质量为粒度分布。
FD与流体 、、相对流速 u有关，而且受颗粒的
形状与定向的影响，问题较为复杂。至今，只有几何 形状简单的少数情况才可以得到FD的理论计算式。例 如，粘性流体对球体的低速绕流（也称爬流）时FD的 理论式即斯托克律（Stokes）定律为：
FD 3dpu
当流速较高时，Stokes定律不成立。因此，对一 般流动条件下的球形颗粒及其其他形状的颗粒，FD的 数值尚需通过实验解决。
①细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面；
②细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙体积。
（2）流体压降的数学模型 流体流过圆管的阻力损失数学描述： hf
体积流量 u 1 A 流 动 u 1 A A 0 u 1 A A u
Vp
Le
de
u1 2
a(1 4 )(2 u)2(8 L L e)a(1 3)u2
三流体通过颗粒床层的压降
流体通过复杂的通道时的阻力（压降）难以进行理论计算， 必须依靠实验来解决问题。现在介绍一种实验规划方法—— 数学模型法。
（1）床层的简化物理模型 单位体积床层所具有的颗粒表面积 和床层空隙率 对流
动阻力有决定性的作用。简化模型是a将B 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：
引言：流体对固体颗粒的绕流情况
流体与固体颗粒之间的相对运动可分为以下三种情况： ①颗粒静止，流体对其做绕流； ②流体静止，颗粒作沉降运动； ③颗粒与流体都运动，但保持一定的相对运动。 只要相对速度相同，上述三种情况并没有本质区别，本节就从刚性球 形颗粒的自由沉降入手讨论沉降分离。
一重力沉降（在重力场中进行的沉降）