化工原理 非均相物质分离

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。
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。
❖ 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）=
Байду номын сангаас
与颗粒体积相等的一个球的表面积 颗粒表面积
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
(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
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 ；
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:
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。
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。
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
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
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
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
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。