非均相混合物分离
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物理化学中常用的分离技术，用于分离混合物中的各个组分。
除了常见的沉淀、过滤、蒸馏等方法外，还有许多其他非均相物系分离方法，本文将重点介绍一些常见的非均相物系分离方法。
1. 吸附分离法吸附分离法是利用吸附剂对混合物中的某些组分具有选择性吸附的特性进行分离的方法。
常见的吸附剂有活性炭、硅胶、膨润土等。
该方法适用于分离液体和气体中的溶质，通过控制吸附剂的选择和条件，可以实现不同组分的分离。
2. 萃取分离法萃取分离法是利用溶液中各组分在两种互不溶解的溶剂中的溶解度差异进行分离的方法。
通常，一种溶剂被称为萃取剂，用于选择性地溶解混合物中的某个组分。
常见的萃取剂有乙酸乙酯、苯、四氯化碳等。
萃取分离法广泛应用于有机合成、环境监测等领域。
3. 离心分离法离心分离法是利用离心力将混合物中的不同组分分离的方法。
由于不同组分的密度、尺寸等特性不同，它们在离心力的作用下会产生不同的沉降速度，从而实现分离。
离心分离法广泛应用于生物化学、生命科学等领域，可以分离细胞、细胞器、蛋白质等。
4. 气相色谱（GC）气相色谱是一种基于物质在固定相与流动相间分配平衡的方法，通过分离和定量混合物中的不同组分。
在气相色谱中，混合物中的组分首先通过装有吸附剂的柱子，然后通过加热柱子使组分逐个挥发，最后被流动相带出，通过检测器进行检测和定量。
气相色谱广泛应用于分析化学、环境检测、食品安全等领域。
5. 气液色谱（GLC）气液色谱是利用不同组分在液态固定相和气相间分配平衡的方法进行分离的。
在气液色谱中，混合物首先通过液态固定相，然后通过加热使其逐个挥发，最后被气相带出，通过检测器进行检测和定量。
气液色谱广泛应用于分析化学、食品安全、医药生物等领域。
6. 膜分离法膜分离法是利用特殊的分离膜对混合物中的组分进行分离的方法。
根据分离机理和应用需求的不同，膜分离可以分为微滤、超滤、纳滤、逆渗透等。
例如，超滤膜可以通过分子大小的差异来分离溶液中的大分子和小分子。
3非均相混合物分离
真实密
b =s(1-ε)
14
三、床层的自由截面积
床层截面上未被颗粒占据的、流体可以自由通过 的面积，称为床层的自由截面面积。
3.2.3 流体通过床层流动的压降（p155 ）
一、床层的简化模型 简化模型是将床层中不规则的通道假设成长度为 L、 当量直径为 deb 的一组平行细管，并且规定： ① 细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容积；
重力 压强差 压强差 惯性离心力
三、非均相混合物分离的目的
非均相混合物分离的应用： ① 收集分散物质； ② 净化连续介质； ③ 环境保护与安全生产。
7
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
8
3.2.1 颗粒的特性（p131）
由于 Reb ＞2，不宜用康采尼公式计算Δpf 又由于 Reb ＜20，用欧根公式计算Δpf 时，可忽略式中 等号右边第二项，于是
p f 1 5 0 ( 1 3 (s ) d 2 e u ) 2= 1 5 ( 0 0 .4 ( 4 1 3 - 2 0 ) . 3 4 4 ( 3 0 2 .) 8 2 7 4 0 .2 0 . 0 1 0 . 3 8 4 1 3 5 1 ) 2 0 - 5 = 2 1 4 .4 ( P a )
4
=1-G /s =1-980=0.4432
V b
1760
a 6=
6
= 1 9 9 9(m 2 /m 3 )
sd e 0 .8 7 4 0 .0 0 3 4 3 5
于是 a b = ( 1 - ε ) a = ( 1 - 0 . 4 4 3 2 ) 1 9 9 9 = 1 1 1 3 ( m 2 / m 3 )
第三章非均相混和物的分离
液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，
从而实现悬浮液中固液分离的操作。
过滤介质：过滤操作采用
的多孔物质。
滤浆或料浆：所处理的悬浮液
滤液：通过介质孔道的液体
滤饼或滤渣：被介质截留的固体颗粒层
1. 过滤方式 过滤可分为饼层过滤（也称表面过滤）和深床过滤。 饼层过滤：悬浮液置于过滤介质的一侧， 固体物沉积于介质表面形成滤饼层。 会发生“架桥”现象。滤饼是有效的过滤介质 深床过滤：采用砂子等堆积介质作为过滤介质 颗粒靠静电与表面力附着其上。 深床过滤常用于颗粒浓度小（体积分率<0.1%）的场合。 2. 过滤介质 过滤介质：滤饼的支承物，有足够的机械强度，稳定的物 理化学 性质，相应的耐腐蚀性和耐热性。 （1）织物介质（2）堆积介质（3）多孔固体介质
3. 滤饼的压缩性和助滤剂
不可压缩性滤饼：悬浮液中的颗粒具有一定的刚性，所形
成的滤饼不受操作压差的增大而变形。
可压缩性滤饼：悬浮液中颗粒比较软，所形成的滤饼在压
差的作用下变形，使滤饼中流动通道变小，阻力增大。
助滤剂：是一些不可压缩的粒状或纤维状固体 。
助滤剂的作用：改变滤饼结构，提高刚性，增加空隙，减
总效率指进入旋风分离器的全部颗粒 中被分离下来的颗粒的质量分率 。 粒级效率指进入旋风分离器的直径为di 的颗粒被分离下来的颗粒的质量分率。 4 旋液分离器 旋液分离器又称水力旋流器，是利用离心沉降原理从 悬浮液中分离固体颗粒的设备，它的结构与操作原理与旋 风分离器类似。
3.4 过滤
3.4.1 过滤操作的基本概念
2 重力沉降设备
1）降尘室：
降尘室利用重力沉降从含尘气体中分离出尘粒的设备。
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。
非均相混合物的分离
洗涤速率 终了过滤速率 4
3600 V
W D
真空过滤，推动力较小； 转筒(滤网、 连续化生产，自动化程 适于粒度中 转鼓真空 滤布)、分 过滤、洗涤、度高，推动力小，滤饼湿 等，粘度不 过滤机 配头、滤浆 吹干、卸渣 度大，设备投资高 太大的物料 槽
Q 60nV 60 KA2 (60n e n 2 ) Ve n
通常将原悬浮液称为滤浆，滤浆中的固体颗粒称为滤渣， 过滤时积聚在过滤介质上的滤渣层称为滤饼，通过过滤 介质的液体称为滤液。
（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。
几种过滤设备的比较
设备名称 主要结构 工作过程 特点、 适用性 生产能力计算
加压过滤，推动力较大 结构简单，造价低； 滤板、滤框、 装合、过滤、过滤面积大，能耗少； 板框压滤 夹紧机构、 洗涤、卸渣、读为间歇操作，推动力 机 机架 整理 较大； 洗涤时间长，生产效率 低。
应用范围广。 对原料的适 3600 V 应性强 Q
滤浆槽。
工作过程
g槽
h槽
11 10 9
12
13 14
15 16 17
定盘
f槽
8
7 6 5 4 3 2
18
1
动盘
18格分成6个工作区
1区(1~7格)：过滤区； 2区(8~10格)：滤液吸干区； 3区(12~13格)：洗涤区；
4区(14格)：洗后吸干区；
5区(16格)：吹松卸渣区； 6区(17格)：滤布再生区。
第三章
学习要点：
非均相混合物的分离讲解
气液系统（如气体中的液滴）；
液液系统（如乳浊液中的微滴）等。
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（如密度），故可用机械方法进行 分离。利用密度差进行分离时，必须使分散相与连 续相产生相对运动，因此，分离非均相物系的单元 操作遵循流体力学的基本规律，按两相运动方式的 不同分为沉降和过滤。 非均相物系的分离主要用于： 1、回收有用物质，如颗粒状催化剂的回收； 2、净化气体，如除尘、废液、废气中有害物质的清 除等。
.6 gd1 p ( p ) ut= 0.153 0.4 0.6 1/ 1.4
艾伦公式
湍流区
ut=
1.74
d p ( p )g
牛顿公式
计算ut需用试差法，即先假设流动类型（层流、过渡流、湍 流）后选用相应的ut计算式算出ut，用ut计算Re，再检验假设 的流型是否正确。
通常将原悬浮液称为滤浆，滤浆中的固体颗粒称为滤渣， 过滤时积聚在过滤介质上的滤渣层称为滤饼，通过过滤 介质的液体称为滤液。
（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。
（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。
化工原理第3章 非均相物系的分离
第2节
离心沉降
离心沉降速度
仿照重力沉降速度的推导方法，可得到颗粒在径向 上相对于流体的运动速度
ur
2 4d s uT
3 R
ut2 R
是离心场的离心加速度。
离心沉降速度
如果是层流
则离心沉降速度为
而重力沉降速度是：
离心加速度与重力加速度之比叫离心分离因数， 用 kc表示。它是离心分离设备的重要性能指标。其 定义式为
自由沉降速度
ut
4d s g 3
Fg>Fb
速度u 加速度a
颗粒向下运动
F
b
阻力Fd a=0，恒速运动
Fd
Fg
加速运动：减加速运动，忽略； 等速阶段：沉降速度ut（恒速）
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
第3章 非均相物系的分离
第1节
重力沉降
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。
沉降：悬浮在流体中的固体颗粒借助于外场作用力产生定向 运动，从而实现与流体相分离，或者使颗粒相增稠、流体相 澄清的一类操作。
过滤设备
非洗涤板 悬浮液
洗涤板
非洗涤板
滤液 板 框 板 框 板
过滤操作：过滤阶段悬浮液从通道进入滤框，滤液在压力下 穿过滤框两边的滤布、沿滤布与滤板凹凸表面之间形成的沟 道流下，既可单独由每块滤板上设置的出液旋塞排出，称为 明流式；也可汇总后排出，称为暗
第3节
过滤
第三章 非均相混合
r r0 p
s
式中 r0—单位压强差下滤饼的比阻，1/m2 s—滤饼的压缩性指数，由实验测定，其值在 0~1之间 实际上，过滤阻力包括过滤介质阻力和滤饼阻力 两个部分。若过滤介质阻力相当的滤饼厚度用Le 表示（Le又称为虚拟滤饼厚度），则：对于不可 压缩滤饼，有
dV P Adt r L Le
（二）过滤介质
1.过滤介质的作用 ①促使滤饼形成 ②支撑滤饼 2.过滤介质的基本要求 具有多孔性；流动阻力小；耐腐蚀，易于清洗消 毒；耐热；具有足够的机械强度；具有适当的表面 活性，便于卸除滤饼；安全无毒；不易滋生微生物。
3.常用的过滤介质 （1）织物介质 由棉、麻、丝、毛等天然纤维及各 种合成纤维制成的织物，此外还有玻璃丝、金属 丝等编织而成的滤网。 （2）粒状介质 由石砾、细沙、活性炭、硅藻土等 堆积而成，多应用于深床过滤。 （3）多孔性介质 由多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑 料等，多制成管状或板状。
此时，Δp为液体通过滤饼层和过滤介质层的总压强 差。
对于可压缩滤饼，有
dV (P)1s Adt r0 L Le
设C为获得单位体积滤液所形成的滤饼体积；Ve 为过滤介质的虚拟滤液体积，即形成厚度为Le的滤 饼所获得的滤液体积。
dV A2 (P)1s Adt r0 C V Ve
二、过滤操作计算 （一）过滤基本参数 （1）过滤面积A 过滤床 层的截面积，m2
（2）过滤速率 单位时间内获得的滤液体积， m3/s dV （3）过滤速度 Adt 单位时间内通过单位过滤面积的 滤液体积，m3/（m2· s）
dV dt
（二）过滤基本方程 由于过滤速率与推动力成正比，而与阻力成反 比，因此
，由式可
3
P
第三章非均相混合物的分离
3.3 沉降分离
④ Ret>2105
阻力系数骤然下降
层流边界层湍流边界层
分离点后移，尾流区收缩，形体阻力突然下降
近似取=0.1
3.3 沉降分离
自由沉降速度的公式不适用于非常微细颗粒（如d<0.5μm ) 的沉降计算，这是由于流体分子热运动使得颗粒发生布朗运动。当Ret>10-4时，可不考虑布朗运动的影响。
摩擦数群法 无因次判据法
非试差法：
3.3 沉降分离
试差法：
假设 流型
选择公式
计算
计算
验算
3.3 沉降分离
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：
设为层流，则：
查30℃、0.1MPa空气：
校核：
(正确)
3.3 沉降分离
4.影响沉降速度的因素
解：
查80℃
(1)
进口横截面积
进口气速
3.3 沉降分离
(2)
由图查得 p=0.83=83%
(3)
3.3 沉降分离
4.存在问题及改进
上部易形成涡流
尘粒易带走
——倾斜式、 旁路
——扩散式
3.3 沉降分离
旋液分离器
3.3 沉降分离
滤浆(料浆)——悬浮液
滤液
滤饼(滤渣)
过滤介质
过滤操作推动力
与H无关
①当
有关，
3.3 沉降分离
②对设备而言，生产能力
只与沉降面积 和
有关，与H无关。
最小颗粒的沉降速度
所以设计降尘室时，应作成扁平形。
③气体在降尘室的流速u
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一种将混合物中的组分分离开来的方法，其中混合物的组分一般无法通过物理或化学性质的差异来实现分离。
以下是一些常见的非均相物系分离方法：1. 沉淀法沉淀法是通过添加一种特定的药剂，使混合物中的某些组分产生沉淀，从而实现分离。
常见的沉淀法包括乙酸纤维素沉淀法、硫酸亚铁沉淀法等。
2. 萃取法萃取法是利用溶液中不同溶剂的亲和度差异，将混合物中的组分分离出来。
常见的萃取法有液-液萃取法、固-液萃取法等。
3. 蒸馏法蒸馏法是通过控制混合物中各组分的沸点差异，将其分离出来。
常见的蒸馏法有常压蒸馏法、减压蒸馏法等。
4. 结晶法结晶法是通过控制混合物中不同组分的溶解度，使一部分组分结晶出来，从而实现分离。
常见的结晶法有溶剂结晶法、冷却结晶法等。
5. 绝热升华法绝热升华法是利用混合物中某些组分的升华性质，通过加热使其升华出来，从而实现分离。
常见的绝热升华法有淋滤干燥法、干燥剂吸附法等。
6. 离心法离心法是利用混合物中各组分的密度差异，通过离心操作使其分离出来。
常见的离心法有常规离心法、密度梯度离心法等。
7. 色谱法色谱法是利用混合物中各组分在固定相和流动相之间的分配系数差异，通过在固定相上移动的速度差异来实现分离。
常见的色谱法有气相色谱法、液相色谱法等。
8. 电泳法电泳法是利用混合物中各组分在电场下的迁移速度差异，通过在带电介质中的迁移来实现分离。
常见的电泳法有毛细管电泳法、凝胶电泳法等。
总结起来，非均相物系分离方法包括沉淀法、萃取法、蒸馏法、结晶法、绝热升华法、离心法、色谱法和电泳法等。
每种方法在不同的实际应用场景中都有其独特的优势和适用性，通过合理选择和组合这些方法，可以实现对混合物中组分的有效分离和提纯。
第三章非均相混合物的分离3.1
度大于连续相的密度而使颗粒沉降达到分离。
3.1.1 重力沉降
一、 重力沉降速度ut （球形颗粒的自由沉降）
颗粒沉降过程受力
浮力 Fb
重力： F mg d 3 g g s
6
阻力Fd
浮力： F d 3 g b
6
重力 Fg
颗粒在流体中沉降时受力
d 2 (ρs - ρ)ut2 d 2 ρs ut2 ur = = 18μr 18μrm
18μrm B θt = 2 d ρs ut2
18μBrm = 2 2 dc ρs ui
θt = θ时, d = dc 2πrm N
ui
dc =
9 μB πNρs ui
——临界粒径（能完全分离的颗粒直径为最小直径）。 在标准旋风器中 N = 5，一般 N = 3 ~ 8
第三章
非均相混合物的分离
一、混合物的分类 1. 均相混合物（物系）
物系内各处均匀，不存在相界面的混合物。 如：溶液、混合气体分离方法： 蒸馏：分离苯-甲苯混合溶液 吸收：含有氨气的混合空气 萃取：芳烃和非芳烃的分离
结晶：盐水中提取固体盐
2.非均相混合物（物系）
由具有不同物理性质的分散物质和连续介质所组成
用。
3）环境保护和安全生产。
eg：工业“三废”的处理。
3.1 沉降
沉降是在外力作用下使颗粒相对于流体(静止或运动) 运动而实现分离的过程。
重力沉降：分离颗粒较大的物质
按实现沉降的操作力不同
离心沉降：分离颗粒较小的物质
3.1.1 重力沉降
重力沉降是依据重力作用而发生的沉降过程。
一般用于气-固混合物和悬浮液的分离。
化工原理1非均相混合物的分离
4.52
2.61＜K<69.1，沉降在过渡区。用艾伦公式计算沉降速度。
ut
1 .6 1 1 . 4 0.154 g d 1.4
s
1.4
1 1.4
0 .4
1 .4
0.6
0.619m / s
二、重靠重力沉降从气流中分离出固体颗 粒的设备
令
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 ，
d 2 s g ut 18
附录查得，20℃时水的密度为998.2kg/m3,μ=1.005×10-3Pa.s
XLK型(扩散式)
14
二、离心沉降设备
（4）旋风分离器的选用
首先应根据系统的物性，结合各型设备的 特点，选定旋风分离器的类型； 然后依据含尘气的体积流量，要求达到的 分离效率，允许的压力降计算决定旋风分离器 的型号与个数。
15
二、离心沉降设备
2. 旋液分离器 旋液分离器又称水力旋流器，是利用离心沉 降原理从悬浮液中分离固体颗粒的设备，它的结 构与操作原理和旋风分离器类似。
旋风分离器的 进口气速 气流的有效旋 转圈数
临界粒径是判断旋风分离器分离效率高低的重要依据。 临界粒径越小，说明旋风分离器的分离性能越好 。 6
二、离心沉降设备
②分离效率
总效率η0
0
C1 C2
C1
粒级效率ηpi
pi
C 1i C2i C 1i
7
二、离心沉降设备
粒级效率曲线 通过实测旋风分离器进、出气流中所含尘粒 的浓度及粒度分布，可得粒级效率与颗粒直径di 的对应关系曲线，该曲线称为粒级效率曲线。 分割粒径 d50 粒级效率恰为50%的颗粒直径，称为分割粒 径。 D
非均相混合物的分离
2
Part
沉降及其设备
Settlement and its equipment
2 Part
沉降及其设备
沉降是使密度不同的两相，在外力（重力或离心力）的作用下， 发生相对运动而实现分离的过程。如悬浮在流体中的固体颗粒， 在重力或离心力作用下，沿着受力方向发生运动而沉积，从而与 流体分离。 主要类型： 重力沉降：利用重力完成分离的操作。 离心沉降：利用离心力作用而获得分离的操作。 依 据：连续相与分散相密度不同。
沉降及其设备
2 离心沉降
微粒在重力场中所受的重力作用是一个定值，而离心力由旋转而
产生，旋转的速度愈大则离心力也愈大。利用离心力使颗粒在离心力
场的作用下而沉降的过程称为离心沉降。
离心力沉降比重力沉降的沉降速度增大很多，因此离心力分离设
备不仅可以分离较小的微粒，而且设备体积缩小。
2 Part
沉降及其设备
3 Part
过滤及其设备
2 过滤介质
织物介质
编制滤布
织物介质
天然纤维：棉、毛、丝、麻 化学纤维：聚氯乙烯、聚乙烯、聚酯纤维
玻璃丝
滤网
金属丝
特点：品种最多，用途最广。
3 Part
过滤及其设备
2 过滤介质
多孔性固体介质
• 多孔性陶瓷板 • 多孔性塑料板 • 多孔性金属陶瓷板或管（由金属粉末烧结而成）
中的空隙流动叫做滤饼过滤。
（2）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。用 于去除直径小于5μm的细小颗粒,滤介质要 定期更换或清洗再生。
3 Part
过滤及其设备
2 过滤介质
过滤介质是过滤设备的核心，过滤过程的关键。 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、多孔性固体介质 ➢ 堆积介质、多孔膜
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。
非均相混合物的分离
少 少 少 少 中 少 大 中上
运行 费用
少 少 中 中下 中 大 中上 大
模块二 液-固分离设备的认识与操作
概述 除了气态非均相物系外，另一种非均相物
系是液态非均相物系，其连续相为液体， 例如悬浮液、乳浊液以及含有气泡的液体， 即泡沫液等。 化工生产中还经常涉及液态非均相物系的 分离。经常采用沉降和过滤的方法。
一、气-固分离方法和设备的认识
目前，气-固分离设备的种类繁多 根据在除尘过程中是否采用液体除尘和清水，可分为干式
和湿式气-固分离设备两大类。 按捕集粉尘的机理不同，可将各种气-固分离设备分为机
械式气-固分离设备(机械力)、过滤式气-固分离设备、洗 涤式除尘器和静电气-固分离设备(静电力)四类。
图2-6惯性除尘器分离机理示意图
（2）惯性除尘器的分类 惯性除尘器有碰撞式和反转式两类。
碰撞式除尘器：是在气流流动的通道内增设挡板构成的， 当含尘气流流经挡板时，尘粒借助惯性力撞击在挡板上， 失去动能后的尘粒在重力作用下沿挡板下落，进入灰斗中。
图2-7 碰撞式惯性除尘器
反转式除尘器 又分为弯管型、百叶窗型和多层隔板塔型三种 。 采用内部构件使气流急剧折转，利用气体和尘粒在折转
（2）旋风分离器的分离性能 ①临界直径 临界直径是旋风分离器能够100%除去的最小粒径，用dc表
示。 ②分离效率 旋风分离器的分离效率可用到下两种方法表示： Ⅰ总效率（η 0）： 指旋风分离器的全部颗粒中能被分离下来的颗粒量，以质
量分率表示
0
C1 C2 C1
C1──进口气含尘浓度，g/m3 C2──出口气含尘浓度，g/m3
3、旋风分离设备
旋风分离器是利用惯性离心力作用来分离气体中的尘粒或 液滴的设备。
化工单元操作非均相物系的分离
澄清液体
普通要求：连续沉降槽、过滤机； 澄清要求高：深层过滤；
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分离要求； 悬浮液特性； 操作条件； 过滤设备的类型； 过滤的推动力 重力、离心力和压强差。 加压过滤和真空过滤；恒速过滤与恒压过滤；
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（1）处理量 （2）生产能力：单位时间内得到的滤液的体积， m3滤液/h； （3）生产率G：单位时间、单位面积内过滤出的干 固体质量，kg干固体/(m2.s)； （4）过滤面积A （5）悬浮液固相浓度c:单位体积悬浮液中含有的 固体颗粒的总体积。
可压缩滤饼: 助滤剂 滤饼 不可压缩滤饼 6、滤饼的洗涤 例题：P112。
5、滤饼的可压缩性
#2022
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1、过滤的基本方程 流动模型：液体在圆管内的层（滞）流流动。 哈根·泊谡叶公式： （1）空隙率ε：单位体积床层中的空隙体积， m3/m3； （2）滤液的流速：
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3、过滤离心机
种类：三足式、卧式刮刀卸料式、离心卸料 式等； 操作过程：过滤、洗涤、甩干、卸料、洗网 操作特点： 操作时间可随意控制，分离1μm以上的颗粒，生产能力大，但不易保持颗粒形状的完整。
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第三节 分离设备的选择
降尘室：50 μm以上；用于含尘气体的预分离；
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三、离心沉降设备
旋风分离器 是判断旋风分离器分离效率高低的重要依据。 临界粒径： 5-75μm的粒子。 特点：结构简单， 价格低廉， 性能稳定；
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2、旋液分离器
旋风分离器相比，旋液分离器的特点是(1)形状细长，直径小，圆锥部分长，以利于颗粒的分离；(2)中心经常有一个处于负压的气柱，有利于提高分离效果。旋液分离器中颗粒沿壁面高速运动，磨损严重，一般采用耐磨材料制造。
非均相混合物的分离.
非均相混合物的分离一、重力沉降及设备：核心原理：θθ≤沉停1．降尘室：//t H u L u θθ≤⇒≤沉停t从而可推出： S t V u LB ≤解释：处理量S V 一定时，降尘室能够除尽的得颗粒最小直径只取决于降尘室的底面积，与其高度H 无关。
（若H 降低，则θ沉、θ停同时减少）注意事项： （1）将气流考虑为滞流流动，可利用斯托克斯公式处理t u t（2）由V S 计算底面积时，选用最小的颗粒直径d 来计算t u t（3）一般情况下，气体流速在1~3m/s ，有时可自行取值2．悬浮液沉降槽：(具体装置图见教材226页)主要运作过程：清液上浮从上面的溢流管流出，固体物质沉降下来随增稠液排出。
特点：稳态操作，各量不随时间变化。
核心问题是求沉降槽的截面积A 和高度h ：公式：11()o CW A u X X ρ=-， W 为固体质量流量，o u t 为液体的表观沉降速度（与浓度有关），ρ为液体密度 X 为当前液面固液比，C X 为底流固液比一般步骤是先求出个页面的A 值，取最大的一个，再乘一个安全系数（直径5m 以下*1.5，直径30m 以上*1.2）h 的计算参见课本228页。
（结果*安全系数1.75+其他因素1~2m ）二、离心沉降及设备主要设备：旋风分离器（设备图见课本230页）结构参数：标准的旋风分离器要求：h=D/2 B=D/4 D1=D/2 H1=2D H2=2D S=D/8 D2=D/4--------直径D 为旋风分离器最重要的结构参数，不同的型号各物理量对D 的比例不同主要性能指标：分离颗粒的效率与气体通过旋风分离器的压降。
处理量：V = uiBH ui 为进口气速一般在15～20 m/s主要问题：求临界粒径c d 和分割粒径50d主要公式：（1）c d = N=5（2）500.27D d u μρ=N=5，B=D/4）（3）总效率：100%o C C C η-=⨯入出入 o i i i x ηη=∑i η：粒级效率 i η=2(/)pi c d d（4）压降：22i f c u p ρζ∆=， 标准情况8c ζ=，且不随D 变化。
非均相混合物分离及固体流态化设备概述
非均相混合物分离及固体流态化设备概述引言在化学工程和材料科学领域，非均相混合物的分离以及固体流态化是重要的研究课题。
非均相混合物是指由不同物质构成、相互分布不均匀的混合物，如颗粒物质的混合物、油水乳液等。
为了实现对非均相混合物的高效分离和固体物质的流态化，我们可以利用一系列设备和技术。
本文将对非均相混合物分离及固体流态化设备进行概述。
一、非均相混合物分离设备1. 离心机离心机是一种常用的非均相混合物分离设备。
它利用离心力的作用，通过对混合物进行旋转，使具有不同密度的组分在离心力的作用下分层沉降，从而实现分离。
离心机广泛应用于生物医药、食品工程等领域。
2. 过滤设备过滤是一种常见的分离技术，通过介质过滤或表面过滤，可以实现对非均相混合物的分离。
常见的过滤设备包括滤布、滤纸、滤筒等。
过滤设备适用于从固液混合物或固气混合物中分离固体颗粒。
3. 萃取设备萃取是一种基于物质在溶剂中的溶解度差异而实现分离的技术。
在非均相混合物中，通过选择合适的溶剂，可以将目标物质从混合物中萃取出来。
萃取设备包括萃取塔、萃取装置等。
4. 蒸馏设备蒸馏是一种基于组分在溶液中的沸点差异而实现分离的技术。
通过加热混合物，使其中沸点较低的组分汽化，然后冷凝收集，可以实现对非均相混合物的分离。
蒸馏设备包括塔式蒸馏装置、蒸发器等。
二、固体流态化设备1. 流化床反应器流化床反应器是一种常用的固体流态化设备。
它利用气体的上升流动使颗粒物质悬浮起来，形成流态床。
流化床反应器广泛应用于化工反应器、催化裂化装置等领域。
2. 液固流化床液固流化床是一种将液态介质与固体颗粒悬浮在一起的流态化设备。
液固流化床广泛应用于化工生产中的固体/液体反应、液体的氧化、脱氢等反应过程。
三、实例应用1. 石油化工领域在石油化工领域，非均相混合物的分离及固体流态化设备的应用十分广泛。
例如，利用离心机对原油进行沉淀分离，获得含油和不含油的两相液体；利用过滤设备对油水乳液进行分离；利用流化床反应器进行催化裂化等。
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业 续相产生相对运动，因此，分离非均相物系的单元
技 操作遵循流体力学的基本规律，按两相运动方式的
术 不同分为沉降和过滤。
学 非均相物系的分离主要用于： 院
1、回收有用物质，如颗粒状催化剂的回收；
石 油 化
2、净化气体，如除尘、废液、废气中有害物质的清 除等。
学
工
程
系
化工原理
3/16
第三章 非均相混合物的分离
依
下降速度增加而增大。沉降开始阶段，颗粒作加速运动，经
职 业
过一段时间后，当重力等于浮力与阻力之和时，加速度为零， 颗粒即作等速沉降运动，此时颗粒的沉降速度称为沉降速度 或终端速度。
技 术
层流区
ut=
gd
2 p
(
p
)
18
斯托克斯公式
学 院
过渡区
ut=
0.153
gd
1.6 p
(
p
0.4 0.6
)
职 称为离心沉降。
业 技 术 学 院
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
石 的分离设备不仅可以分离较小的微粒，而且设备的体积可 油 以缩小。
技 包括： 气固系统（如空气中的尘埃）；
术 学
液固系统（如液体中的固体颗粒）；
院
气液系统（如气体中的液滴）；
石
液液系统（如乳浊液中的微滴）等。
油
化
学
工
程
系
化工原理
2/16
第三章 非均相混合物的分离
克
拉
玛
非均相物系分离的依据是连续相与分散相具有
依 不同的物理性质（如密度），故可用机械方法进行
职 分离。利用密度差进行分离时，必须使分散相与连
性金属陶瓷板等，此类介质能截留小至1-3m的固体颗粒。
石 油 堆积介质：细沙、石、炭屑等堆积的颗粒床层及非编织 化 纤维玻璃棉等的堆积层。一般用于处理含固体微粒少的悬 学 浮液，如水的净化。
工
程
系
化工原理
11/16
第三章 非均相混合物的分离
克
拉 （三）过滤推动力
玛 依 职 业
过滤推动力是指滤饼和过滤介质两侧的压力差。此压 力差可以是重力或人为压差。增加过滤推动力的方法 有：
拉 玛
第二节 过滤
依 职
一、概述
业 （一）滤饼过滤与深层过滤
技 术 学
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。
院 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。
石
油
通常将原悬浮液称为滤浆，滤浆中的固体颗粒称为滤
化 渣，过滤时积聚在过滤介质上的滤渣层称为滤饼，通过
第三章 非均相混合物的分离
克 拉
一、 重力沉降
玛 （一 ）球形颗粒的自由沉降
依 职 业 技
自由沉降速率：
ut
4d p ( p ) 3
术 （二）阻力系数 学 院 介质阻力系数=f(Rt)
石 油 化 学 工 程 系
化工原理
5/16
第三章 非均相混合物的分离
克 拉
（三）沉降速度的计算
玛
对一定的颗粒与介质而言，重力与浮力值不变，而阻力则随
1/1.4
艾伦公式
石 油
湍流区
ut=
1.74
dp(p )g
牛顿公式
化 学
计算ut需用试差法，即先假设流动类型（层流、过渡流、湍流） 后选用相应的ut计算式算出ut，用ut计算Re，再检验假设的流
工
型是否正确。
程
系
化工原理
6/16
第三章 非均相混合物的分离
克
拉
玛
（四）实际重力沉降速度
依 职 业
克 拉
第三章 非均相混合物的分离
玛
依
本章学习要求
职 1.熟练掌握的内容
业
非均相混合物的重力沉降与离心沉降的基本公式；
技 术 学 院
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。
2.理解的内容 沉降区域的划分；降尘室生产能力的计算；旋风分
离器临界直径的计算；过滤基本方程；沉降与过滤的
石 油 化 学 工
克
拉
玛 依
第一节 沉降
职
沉降操作是使悬浮在流体中的固体颗粒，在重力或
业 技
离心力的作用下，沿着受力方向发生运动而沉积，从 而与流体分离的过程。
术
学 重力沉降：利用悬浮固体颗粒本身的重力完成分离的
院 操作。
石 离心沉降：利用悬浮的固体颗粒的离心力作用而获得 油 分离的操作。
化
学
工
程
系
化工原理
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化 与重力沉降速度相比，只是将重力场改为离心场。 学
工
程
系
化工原理
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第三章 非均相混合物的分离
克
拉 三、沉降分离设备
玛 依
1、重力沉降设备
职 降尘室、连续沉降槽
业 技
2、离心分离设备
术
旋风分离器、旋液分离器、离心沉降机
学
院
石
油
化
学
工
程
旋风分离器
系
化工原理
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第三章 非均相混合物的分离
克
技 1、增加悬浮液本身的液柱压力，一般不超过50KN/m2，
术 称为重力过滤。
学 院
2、增加悬浮液液面的压力，一般可达500KN/m2称为 加压过滤。
石 油 化
3、在过滤介质下面抽真空，通常不超过真空度 86.6KN/m2，称为真空过滤。
学 此外，过滤推动力还可以用离心力来增大，称为离心
工 过滤。
程
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。
技
干扰沉降：固体颗粒在沉降过程中，因颗粒之间的相
术
互影响，而使颗粒不能正常沉降。
学
院
石 油 化 学 工 程 系
化工原理
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第三章 非均相混合物的分离
克
拉 二、 离心沉降
玛
依 颗粒在离心力场作用下，受到离心力的作用而沉降的过程
系
化工原理
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第三章 非均相混合物的分离
克
拉 （四）过滤基本参数
玛 依 职 业
处理量、生产能力、生产率、过滤面积、悬浮液 固相浓度、滤饼含液量、滤饼与滤液的体积比、过 滤速率、过滤速度
学 过滤介质的液体称为滤液。
工
程
系
化工原理
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第三章 非均相混合物的分离
克
拉 （二）过滤介质
玛 依 职
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。
业 工业上常用的过滤介质有：
技 术 学
织物介质：天然纤维、化学纤维、玻璃丝、金属丝织成的 滤网。
院 多孔性固体介质：多孔性陶瓷板，多孔性塑料板，多孔
各种影响因素；板框压滤机与转鼓真空过滤机的基本 结构、操作及计算。
3.了解的内容 其它分离设备的构造与操作特点；干扰沉降；滤饼
的可压缩性；恒速过滤；分离设备的选择。
程
系
化工原理
1Hale Waihona Puke 16第三章 非均相混合物的分离
克
拉 均相物系：指物系内部各处均匀且无相界面，包括
玛 溶液、气体混合物等。
依 职 业
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。