化工原理课件非均相物系分离(全)
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非均相物系的分离全课件
非均相物系的分 离全课件
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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
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 第三章非均相物系分离 第一节重力沉降 课件
无因次数群K也可以判别流型
d ( ρs − ρ)g ut = 18µ
2
2011-11-9
d 3(ρs − ρ)ρg K3 Ret = = 2 18µ 18
当Ret=1时K=2.62，此值即为斯托克斯区的上限 牛顿定律区的下限K值为69.1 例：试计算直径为95µm，密度为3000kg/m3的固体颗粒分 别在20℃的空气和水中的自由沉降速度。 解：1）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 ，
2011-11-9
ξ=
4dg( ρs − ρ) 3ρut
2
QReet2 =
4d 3 ρ(ρs − ρ)g 3µ 2
2
令 k = d3 ρ( ρs − ρ)g 2
µ
4 3 ξ Re t = k 3
因ξ是Ret的已知函数，ξRet2必然也是Ret的已知函数， ξ～Ret曲线便可转化成 ξRet2～Ret曲线。 计算ut 时，先由已知数据算出ξRet2 的值，再由ξRet2～Ret 曲线查得Ret值，最后由Ret反算ut 。
——艾伦公式
c) 滞流区或牛顿定律区（Nuton）（103＜Ret ＜ 2×105） 滞流区或牛顿定律区（ ） ×
ξ = 0.44
ut =1.74 d( ρs − ρ)g
ρ
——牛顿公式
2011-11-9
3、影响沉降速度的因素 、
1）颗粒的体积浓度 ） 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。 2）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。
化工原理课件第三章 非均相物系的分离
愈小，说明某分离性能愈好。
解①重力沉降 ， 离心沉降， 过滤 ②临界直径的大小 ， 临界直
径
①板框过滤机的洗涤速率为最终过滤速率的
。
②叶滤机的洗涤速率为最终过滤速率的
8、一台转筒真空过滤机，其他条件不变，
提高真空度，不利于提高生产能力（ ）；
提高悬浮液的温度，有利于提高生产能力（ ）；
增加浸没度，有利于提高生产能力（ ）。 9、一密度为7800 的小钢球在相对密度为1.2的某液体中的自由沉降速度 为在水中沉降速度的1/4000，则此溶液的粘度为 （设沉降区为层 流）。
V=A√(Kθ)=0.4√ (1.06×1.5×3600)=30.3 m3
(2) θw=Vw/(dV/dθ)w=4Vw/(dV/dθ)F
5分
(dV/dθ)F=KA2/(2VF)=1.06×0.42/(2×35)=2.43×10-3 m3/s θw=4/((1/4)×2. 43×10-3))=6584s=1.83h
的滤饼，而洗涤时，洗涤液则穿过厚度为
的滤
饼洗涤液穿过的滤布面积等于
。
解⑴滤饼 ⑵板框过滤机 ， 叶滤机 ， 回转真空过滤机
⑶ 2 ， 1 ⑷框厚度之半 ，框的厚度 ， 框的内面积
6．①除去液体中混杂的固体颗粒，在化工生产中可以采用
、
、 等方法（列举三种方法）。
②旋风分离器性能的好坏，主要以
来衡量。
，
和
三项之和。 一个操作循环中得到的滤液体积 ，总时间 ，过
滤时间τ ， 洗涤时间τw ， 辅助时间τD
⑵．一个过滤操作周期中，“过滤时间越长，生产能力越大”的看法是
，“过滤时间越短，生产能力越大”的看法是
。过滤时间有一个
《化工原理》四章 非均相物系的分离
第二节 过滤
（a）滤饼过滤 （b）架桥现象 图4-1饼层过滤示意图
图4-2 深层过滤
第二节 过滤
(2)深层过滤 如图4-2所示，过滤介质是较厚的粒状 介质的床层,过滤时悬浮液中的颗粒沉积在床层内部的孔 道壁面上,而不形成滤饼。深层过滤适用于生产量大而悬 浮颗粒粒径小、固含量低或是粘软的絮状物。如自来水厂 的饮水净化、合成纤维纺丝液中除去固体物质、中药生产 中药液的澄清过滤等。 另外，膜过滤作为一种精密分离技术，近年来发展很 快，已应用于许多行业。膜过滤是利用膜孔隙的选择透过 性进行两相分离的技术。以膜两侧的流体压差为推动力， 使溶剂、无机离子、小分子等透过膜，而截留微粒及大分 子。 工业生产中悬浮液固相含量一般较高(体积分数大于 1%),因此本节重点讨论滤饼过滤。
第二节 过滤
4.滤饼的压缩性和助滤剂 (1)滤饼的压缩性 若构成滤饼的颗粒是不易变 形的坚硬固体颗粒,则当滤饼两侧压力差增大时, 颗粒形状和颗粒间空隙不发生明显变化,这类滤饼 称为不可压缩滤饼；有的悬浮颗粒比较软，所形 成的滤饼受压容易变形,当滤饼两侧压力差增大时, 颗粒的形状和颗粒间的空隙有明显改变,这类滤饼 称为可压缩滤饼。滤饼的压缩性对过滤效率及滤 材的可使用时间影响很大,是设计过滤工艺和选择 过滤介质的依据。
一、过滤的基本概念
1． 过滤及过滤推动力 过滤是以某种多孔物质作为介质来处理悬浮液的单元 操作。在外力的作用下，悬浮液中的液体通过介质的孔道 而固体颗粒被截留下来，从而实现非均相物系的固、液分 离。
第二节 过滤
过滤推动力是过滤介质两侧的压力差。压力差产生的 方式有滤液自身重力、离心力和外加压力,过滤设备中常 采用后两种方式产生的压力差作为过滤操作的推动力。 用沉降法（重力、离心力）处理悬浮液，往往需要较 长时间，而且沉渣中液体含量较多，而过滤操作可使悬浮 液得到迅速的分离，滤渣中的液体含量也较低。当被处理 的悬浮液含固体颗粒较少时，应先在增稠器中进行沉降， 然后将沉渣送至过滤机。在某些场合过滤是沉降的后续操 作。
非均相物系的分离ppt课件
通过量纲分析可推导出，阻力系数是流体与颗粒
相对运动时雷诺准数的函数，即
＝f(Ret)
Re t
dut
式中：d —颗粒的直径；
， —流体的密度及粘度；
ut —颗粒的沉降速度。
21
与Ret的具体关系式也很难得到，将大量的 实验结果综合起来，得到了球形颗粒自由沉降过 程中与Ret的关系曲线。如下图所示（P147 图3 －2）。
3、保护环境：为了保护环境，必须清除掉工业排
出的各种废气、废液中的有害物质，而各种废气、 废液中大多为非均相物系。所以非均相物系的分 离在环境保护方面也具有重要作用。
10
§4－2 重力沉降（gravity settling）
沉降操作是依靠某种力的作用，利用分散 相与连续相间的密度差异，使之发生相对运动 而实现分离的单元操作。
若颗粒的密度s大于流体的密度，则颗粒 将在流体中降落，即颗粒由于重力的作用，与 流体间发生了相对运动。如下图所示：
14
颗粒在沉降过程中，受到三 浮力
阻力
个力的作用：重力、浮力及阻力。
此三力的合力便是促使颗粒降落
的净力。
颗粒在此净力的作用下，产
生一定的加速度，若颗粒的质量
重力
为m，向下沉降的加速度为a，则：
实现沉降的作用力可以是重力，也可以是 惯性离心力。因此沉降过程就有重力沉降和离 心沉降之分。
11
§4－2－1 重力沉降速度
一、重力沉降 1、概念 重力沉降：在重力场中，借连续相与分散相之
间密度的差异，使两相得以分离的过程，称为重力 沉降。
即借地球引力场的作用而实现的沉降就是重力 沉降。
12
2、分类 重力沉降分为自由沉降和干扰沉降。
化工原理 第三章 非均相物系的分离PPT课件
层流
24
u
d2( s
)g
R et
t
18
试差法：假设 流型
选择 公式
计算
ut
计算
Re t
验算 Ret＜1 ?
例：求直径40μm球形颗粒在30℃大气中的自由沉降 速度。已知ρ颗粒为2600kg/m3,大气压为0.1MPa。
解： 查30℃、0.1MPa空气： 1.16k5gm3
设为Байду номын сангаас流，则：
1.8 61 0 5Pa s
9 28/ 0.295 0.01
筛孔尺寸 d， μm
1.981（9号） 1.651（10号） 1.397 （12号） 1.168 （14号） 0.991 （16号） 0.833 （20号） 0.701 （24号） 0.589 （28号） 0（无孔底盘）
筛过量质 量分数F
100 0.96 0.9 0.66 0.44 0.19 0.03 0.01
多层降尘室
清洁气流
挡板
隔板
含尘气流
降尘室的生产能力：VsNbLut
例:降尘室高2m,宽2m,长5m。气体流量为4m3/s, ρ为0.75kg/m3,μ为0.026cp。(1)求除尘的dc； (2)粒径 为40um的颗粒的回收百分率？(3)如欲回收直径为 15um的尘粒，降尘室应隔成多少层？
解:(1) V bLu
表面积 s=πd2
m2
比表面积 a=s/v=6/d 1/m
（2）非球形颗粒
①的体球积的当直量径直。径de：与非球形颗粒体积相等 de=(6vp/π)1/3
②的形表状面系积数与ψ该s ：颗与粒非表球面形积颗之粒比体。积相等的球 ψs=s/sp
式中：vp为非球形颗粒的体积。 Sp为非球形颗粒的表面积。
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：
第42页/共131页
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。
第31页/共131页
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
第32页/共131页
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。
非均相物系的分离全PPT课件
FD 3d pu
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
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。
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（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
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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
第三章 非均相混合物的分离
1 Re t 1000
18.5 0 .6 Re t
ut 0.27
gd s Re
0.6 t
第三章 非均相物系的分离
3.3 沉降分离
③湍流区(牛顿区)
1000 Re t 200000
形体阻力占主导地位，表面摩擦阻力可以忽略
阻力u2 阻力系数与Ret无关
b (1 ) s
第三章 非均相物系的分离
3.2 颗粒及颗粒床层的特性 3.2.3 流体通过床层流动的压降（3.4 过滤）
第三章 非均相物系的分离
3.3 沉降分离 沉降分离是借助某种力的作用，利用分散 物质与分散介质的密度差异使之发生相对运动 而分离的过程。 沉降: 重力沉降 作用力是重力 离心沉降 作用力是惯性离心力
第三章 非均相物系的分离
3.3 沉降分离 3.3.1.2 重力沉降分离设备
◇气体沉降设备 利用重力沉降除去气流中颗粒的设备。 ◇液体沉降设备 用于浓缩、澄清
单层沉降槽 间歇式沉降槽又分为 沉降槽： 多层沉降槽 连续式
第三章 非均相物系的分离
3.3 沉降分离
一、降尘室 1.用途：分离气流中的尘粒
分离条件：
L H t u ut
第三章 非均相物系的分离
3.3 沉降分离
说明： ①某一粒径的粒子，只要满足
t
，
则该粒径的粒子可以100％被分离 ②某一粒径的粒子，如果不满足 t ， 则该粒径的粒子不能被100％分离 ③对于一降尘室,存在一能100％被除去的最小粒子, 用 d sc 表示；其沉降速度最小，用 utc 表示， 称为临界沉降速度。
第三章 非均相物系的分离
3.3 沉降分离
化工原理第三章非均相物系的分离ppt课件
6 ds
精选ppt
5
2）非球形颗粒
(1) 描述颗粒形状
球形颗粒 非球形颗粒
① 颗粒的形状系数（球形度φ）
球 形 度 与 颗 粒 等 体 颗 积 粒 的 的 球 表 形 面 颗 积 粒 的 表 面 积
公式表示 ： As A
1
表明：颗粒形状接近于球形的程度；φ↑，则颗粒
越接近于球形。球形颗粒：
1
精选ppt
ai — ………………………比表面积；
dai —混合颗粒中各种尺寸颗粒的等比
表面积当量直径。
精选ppt
13
3.2 沉 降
目的：流体与固体颗粒分离
原理：利用颗粒与流体之间的密度差，
将固体颗粒从流体中分离出来。
常用方法：
(1) 重力沉降(分离较大的颗粒），例：选矿
(2) 离心沉降 (分离尺寸小的颗粒），例：气体
• 对于非球形颗粒物，这种关非常复杂。
精选ppt
15
对于球形颗粒，流体阻力的计算方程：
牛顿阻力公式：
FD
d42
u02
2
FD
CDAP
u2
2
颗粒的投影面积
:阻力系数，通过因次分析法得知，ξ值是颗粒
与流体相对运动时的雷诺数的函数。
f(Roe)
Re0
duo
颗粒的雷诺数
精选ppt
16
层流区
过渡区
3. 非均相物系分离的目的
1）、回收分散物质，如从母液中分离出晶粒 （如海盐生产） ；从催化反应器出来的气体， 常带有催化剂颗粒，必须把这些有价值的颗粒 回收利用。
2）、劳动保护和环境卫生，对三废：废气、废 液、废渣的处理（环保），非均相物系分离的 目的是除害收益。
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d 2 s g 3 u0 6.2910 m / s 18
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需设置水平隔板层数
Vs 3 n 1 1 46.69，取47层 3 A0u0 10 6.2910
板间距
H 2 h 0.042 m n 1 48
核算气体在多层降尘室内的流型：若忽略隔板厚 度所占的空间，则气体的流速为 Vs 3 u 0.75 m / s bH 2 2 返回
Fg mg Fb
Fd
6
dp pg
3
Fb
浮力
阻力
6
d p g
3
Fd Ap
u
2 4 2 u↑则Fd↑
2
d p 2 u 2
Fg
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根据牛顿第二定律可知
du↑ Fg Fb Fd ma m d
↑ ↓
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解： （1）理论上可完全回收的最小颗粒直径 在降尘室中能完全被分离出的最小颗粒 的沉降速度为
Vs 3 ut 0.3m / s A0 10
假设沉降在层流区，用Stokes公式求最小 颗粒直径
d min
18 ut 5 6.91
惯性离心力场强度： uT2/r
B
r2
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 向心力 阻力
2 π 3 uT Fc d p p 6 r
Fc
（方向向外）
ur
uT
（方向向内）
2 π 3 uT Fb d p 6 r
Fb FD
r
FD
u πd p
2 r
2
（方向向内）
2
4
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当三个力达到平衡时： Fc- Fb- FD=0
π 3 u π 3 u u πd p dp p d p 0 6 r 6 r 2 4
2 T 2 T 2 r
2 4d p ( p )uT 2 d p ( p ) uT 相对运动为层流 18 r 2
ReP
106
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华南理工大学化工原理电子课件 ①层流区（Stokes定律区，Re0< 2） 2 24 d p p g ut Re t 18 ②过渡区（Allen定律区， 2< Re0 < 1000）
18.5 0.6 Ret
ut 0.27
gd p p Re t0.6
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【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。
分离满足的条件：
H L ut u
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说明：
（1）不同直径d的颗粒ut不同，相应的θt不同。 d ，ut 容易除去。 （2）当某直径的颗粒满足θt ≤θ时，它能够被完全 （100%）地分离；当某直径的颗粒满足θt＞θ时， 它不是不能被分离，仍然可以被分离，只不过是不 能被完全分离。
2、床层的比表面积 单位体积床层所具有的颗粒的表面积称为 床层的比表面积。
ab=(1-ε)a
ab—床层比表面积； a —颗粒的比表面积； ε—床层空隙率。 返回
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3.3 颗粒的沉降
3.3.1 重力沉降 3.3.2 重力沉降分离设备 3.3.3 离心沉降 3.3.4 离心沉降设备
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3.2.2 颗粒床的特性
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1、床层的空隙率 单位体积床层所具有的空隙体积(m3/m3)。
空隙体积 （床层体积 颗粒体积） 床层体积 床层体积
空隙率通过实验测得 一般乱堆床层的空隙率大致在0.47~0.70之间
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2 u du 3 2 d p p g d p ma m 6 4 d 2
du 当a 0时, u ut 颗粒做匀速沉降 d
ut
4 gd p p 3
沉降速度/ 末端速度
上式称为重力沉降速度基本方程式。
gd p p
③湍流区（Newton定律区， 1000< Re0 < 2×105）
0.44
ut 1.74
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4、强化重力沉降的方法
ut f d p , ,
增加颗粒的直径，加凝聚剂、助附着剂
减小流体的密度、粘度ρ↓μ↓→ut↑ 减μ——对于液体 μ= f (T ) T↑ μ↓ 对于气体 μ= f (T ) T↓ μ↓
降尘室结构简单，流动阻力小，但体积庞大，分离效
率低，通常仅适用于分离直径大于50μm的颗粒，用 于过程的预除尘。
多层降尘室虽能分离细小的颗粒，并节省地面，但出
灰麻烦。 返回
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课堂练习 （1）一球形石英颗粒，在空气中按斯托克斯定律 沉降，若空气温度由20℃升至50℃，则其沉降速度 将 。 （2）在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增 加一倍，则沉降时间 ，气流速度 ，生 产能力 。 （3）在滞流（层流）区，颗粒的沉降速度与颗粒 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。 返回
（4）最大处理量（生产能力）
Vmax≤ut· Lb = utA0
①Vmax为某一粒径能100%被去除的最大处理量，即沉 降速度ut应按需要完全分离下来的最小颗粒计算； ②Vmax与 (100%去除的) d, A0有关，而与H无关。
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降尘室一般用水平隔
含尘气流
清洁气流
隔板
挡板
板做成多层，间距为 40～100mm。 多层降尘室生产能力 (n层水平隔板)：
VS≤(n+1)ut· Lb
VS n 1 (取整) blu t
多层降尘室
H 隔板间距：h n 1
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〖说明〗
气流速度u不应太高，以免干扰颗粒的沉降或把已经
沉降下来的颗粒重新卷起。为此，应保证气体流动的 雷诺准数处于滞流范围之内；
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由于各种尺寸的颗粒在降尘室内的停留时间均相 同，故40 m的颗粒的回收率也可用其沉降速度 ut’与69.1 m的颗粒的沉降速度ut之比来确定，在 层流区 ut ' d' 2 40 2 回收率＝ ( ) ( ) 33.5% ut d min 69.1 （3）需设置水平隔板层数及板间距 由上面计算可知，10 m的颗粒的沉降必在 层流区，可用stokes公式计算沉降速度
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第三章 非均相物系的分离
授课教师：庞煜霞
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3.1 概述
3.1.1 混合物的分类
均相混合物 （均相物系） 混合物
物系内部各处组成均匀且 不存在相界面
例如：溶液及混合气体
物系内部有隔开两相的界 非均相混合物 面存在且界面两侧的物料 （非均相物系） 性质截然不同
例如：含尘气体、悬浮液等
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分散相（分散物质）：处于分散状态 的物质, 如固体颗粒、液滴、气泡
非均相 物系 连续相（分散介质）：包围着分散物质而 处于连续状态的物质
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3.1.2 非均相物系的分类
根据连续相的状态分：
液态非均相物系：固、液、气分散在液相中。
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（3）能(100%)被除去的最小颗粒直径
Hu HBu Vs ut L LB A0
最低沉降速度~能被分离的最小粒径
ut
gd
2 min
18
s Vs
A0
d min
18 Vs g s A0
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悬浮液、乳浊液、泡沫液 气态非均相物系：固、液分散在气相中。 含尘气体、含雾气体
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3.1.3 非均相物系的分离目的
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3.1.4 非均相物系的分离方法
1、沉降：颗粒相对于流体运动。 重力沉降 离心沉降 2、过滤：流体相对于固体颗粒床层运动。 重力过滤 加压过滤 真空过滤 离心过滤 返回
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6、沉降速度的影响因素
① 颗粒的体积浓度
颗粒的体积浓度小于0.2%时，理论计算值的偏差在1%以内； 颗粒浓度较高时便发生干扰沉降,需要根据浓度进行修正。 ② 器壁效应 当容器尺寸D远远大于颗粒尺寸dp时(100倍以上)，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。实际计算时非球形颗粒的大小可用当量直径表示。 ④ 颗粒大小的影响
2
ur