化工原理第三章非均相物系的分离

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
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② 颗粒的比表面积 a
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国际标准筛制：Tyler(泰勒)标准 单位：目 目数—为筛网上1英寸（25.4mm）长度内的网孔数
标准筛系列：
10 14 20 28 35 48 65 100 150 200 270 325 400 其中最细的是400目，孔径38μm。
m 25.4 ad
ad 25.4
(a、d单位mm)
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以100目为例(P354)： 网线直径规定为0.0042in（0.107mm）， 故筛孔的宽度为： 1/100-0.0042=0.0058in(0.147mm)
相邻筛号的筛孔大小按筛孔净宽度计，以 2 的 倍数递增，即筛孔面积按 2 的倍数递增。
颗粒的筛分尺寸： 算术平 dpi 均 di12： di
比较d： e,V
6 a
得d： e,Vde,a/
ddee,,V a精品(d 文档e,a de,V)
5. 混合颗粒的特性参数
（1）颗粒的筛分尺寸 标准筛：有不同的系列（见附录20—常用筛子
的规格：中国、日本、德国）。用金属丝制成，孔 类似正方形。
常用泰勒标准筛。 筛号(目数)：每英寸长度筛网上的筛孔数目； 筛过量：通过筛孔的颗粒量； 筛余量：截留于筛面上的颗粒量。
颗粒表(面 m2)积A a 颗粒体 (m积 3) V
说明：V 相同时，a ↓，则颗粒越接近球形。
比表面积a 与φ关系：
a As V
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As A
(2) 描述颗粒大小
① 等体积当量直径 de,V（非球形颗粒）
指：与颗粒体积相等的球形颗粒的直径。
即V ： Vs6ds3 de,V因此d， e,V 6V1/3
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。
总之：以满足工艺要求，提高产品质量，
改善劳动条件，保护Hale Waihona Puke Baidu境，节约能源及提高经
济效益。
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4. 单一颗粒的特
性
1）球形颗粒
V d 3 d： 颗粒的直径；
6
V： 球形颗粒的体积；
SAS=π dd 2A2S As：球形颗粒的表面积；
a 6
as：比表面积—单位体积颗粒的表面积。
d
球形颗粒比表面积：as
As V
ds2
6
ds3
6 ds
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第4段，在实际工业沉降精过品文程档 中一般是达不到的。
3.2.2 重力沉
u
颗降粒开始沉降的瞬间，速度u=0， u0
混合物 非均相混合物
气态：含尘气体等 液态：悬浮液等
2. 非均相混合物的分离方法
1）沉降（重力沉降和离心沉降） 2）过滤
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均相
混
合
物
非均相
气态 液态 气—固 气—液 液—固 液—液 固—固
空气、天然气 乙醇—水、石油
烟道气 雾滴—气体
泥水 油—水 煤矸gan石、金属矿
煤矸石：煤炭生产过程中产生的岩石统称。包括混入煤中 的岩石、巷道掘进排出的岩石、采空区中垮落的岩石、工 作面冒落的岩石以及选煤过精程品文中档 排出的碳质岩等。
• 该阻力由两部分组成：形状阻力（边界层分离产
• 生旋涡）和摩擦阻力。
• 流体阻力方向与颗粒运动方向相反，大小与流体和
颗粒间相对运动速度u、流体密度、黏度 以及颗
粒的大小、形状有关。
• 对于非球形颗粒物，这种关系非常复杂。
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对于球形颗粒，流体阻力的计算方程：
牛顿阻力公式：
FD
d42
u02
表面积当量直径。
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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 除尘
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3.2.1 流体阻力与阻力系数
• 当某一颗粒在不可压缩连续流体中做稳定运行时， 颗粒会受到来自流体的阻力。
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
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层流区
3.2.1 流体阻力与阻力系数
过渡区 湍流区
颗粒沉降的阻力系精数品文与档 雷诺数的关系
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阻力系数
实验得到球形颗粒 ( 1)阻力系数变化规律可分成 4 段：
① Re00.3，层流区，斯托克斯（Sokes）定律区： 24
Re o
②
2Reo500，过渡区，阿仑（Allen）定律区：
18 .5
Re
0.6 o
③ 500Roe2105，湍流区，牛顿定律区： 0.44
④ Reo 2105 后， 骤然下降，在 Roe（ 3~1） 0105
范围内，可近似取： 0.1
de,V与
a、φ关系：
a As V As
V
a
1
de,V
(6V )3
(6de2,V/a)1/3(6de2,V)1/3 a
因此d精， e品,V 文档6a
② 等比表面积当量直径 de,a 与非球形颗粒比表面积相等的球形颗粒的直径
aas
As V
ds2 6ds3
6/ds
de,a
因此 de,a， 6/a
第三章 非均相物系的分离
要求：1.掌握重力沉降的原理及设备的工艺计算； 2.掌握离心沉降的原理及设备的性能； 3.理解过滤操作的基本原理、基本方程式；
4.掌握恒压过滤基本方程式及应用； 5.掌握过滤常数的测定； 6.掌握过滤设备的工作原理及计算。
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3.1 颗粒的特性
1. 混合物的分
类 均相混合物：溶液和混合气体
几精品何 文档 平d均 pi：di1di
（2）颗粒群的平均特性参数
① 平均比表面积： am
wiai
6 wi dai
② 颗粒群的等比表面积当量直径：
di-1
dam
6 am
1
wi
1 dai
di di+1
wi —第 i 层筛网上颗粒的质量分数； di+2
ai — ………………………比表面积；
dai —混合颗粒中各种尺寸颗粒的等比