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1、第三章 非均相物系分离,1. 基本概念 非均相物系：凡物系内部有隔开两相的界面存在，而界面两侧的物料性质截然不同者称为。 分散相：非均相物系里，处于分散状态的物质称为分散相。 连续相：包围着分散物质而处于连续状态的流体称为连续相。,均相物系 常用的分离方法：精馏、吸收、萃取、干燥、结晶、膜分离、吸附等 非均相物系：过滤、沉降 根据外力不同：重力沉降、离心沉降,2. 非均相物系分离的目的： （1）回收分散物质 （2）净化分散物质 (3)环境保护和安全生产。,第一节 颗粒及床层的特性 311 颗粒的特征 一、颗粒的大小及形状 （一）单一颗粒 1、球形颗粒：对于球形颗粒，通常用直径表示其尺寸，其 它
2、尺寸均表示为与直径的关系： 体积 表面积 比表面积,实际颗粒的体积等于当量球形颗粒的体积时，球形颗粒的直径称为体积当量直径。 2、非球形颗粒： 常用当量直径和形状系数来表示其特征。 体积当量直径： 实际颗粒的表面积等于当量球形颗粒的表面积时，球形 颗粒的直径称为表面积当量直径。 表面积当量直径：,实际颗粒的比表面积等于当量球形颗粒的比表面积时， 球形颗粒的直径称为比表面积当量直径。 比表面积当量直径：,颗粒的形状与球形颗粒的差异程度。 （二）形状系数（球形度）： 对于非球形颗粒，必须有两个参数才能确定其特征，通常 选用体积当量直径和形状系数来表征颗粒的体积、表面积 和比表面积。即： 由于相同体
3、积时球形颗粒的表面积最小，因此任何非球形颗粒的球形度均小于1，对于球形颗粒，s1。,颗粒群的平均比表面积直径：,（二）颗粒的平均粒径,（颗粒平均直径的计算方法很多）,3、堆积密度（表观密度）b：粒子体积包括颗粒间的空 隙，则称为粒子的堆积密度。显然， b s 三、粒子的密度 1、密度：单位体积内的粒子质量称为粒子的密度。 2、真实密度s：粒子体积不包括颗粒间的空隙， 则称为粒子的真实密度。,（4）基本常识：非球形 球形，均非均， 边壁中心，乱堆床层在0.470.70。 312颗粒床层的特性 一、床层的空隙率 颗粒床层： 由颗粒群堆积而成的、具有一定厚度的静止颗粒层. 其疏密程度常用空隙率表示：
4、 说明： （1）与颗粒形状、大小、均匀程度、堆积方法有 关，具体数值由实验获得； （2）的数值直接影响流体流经床层的阻力大小； （3）工业上通常假设各向同性；,单位床层体积具有的颗粒表面积称为床层的比表面积。,若忽略颗粒间接触面积的影响，则：,床层的比表面积也可根据堆积密度估算：,第一节 沉降过程 沉降操作： 在某种力的作用下，利用分散相和连续相之间密度的差异， 使之发生相对运动而实现分离的操作过程。 实现沉降操作的作用力: 即重力沉降和离心沉降 通常是重力和离心力， 321 重力沉降 一、沉降速度 （一）颗粒的自由沉降 1、单颗粒运动的受力分析,设有一表面光滑的球形颗粒，置于静止的流体介质中
5、， 如果颗粒密度大于流体密度，则必发生相对运动， 受力情况如图。假设颗粒的密度为s，直径为d，流体的密度，,阻力与相对运动速度u有关，仿照管内流体阻力计算式，,可写成如下关系：,根据牛顿第二定律：,式中,或：,因此加速阶段是指颗粒的相对运动速度u由0ut的这个阶段。,保持为ut的阶段称为等速阶段。,2、沉降的两个阶段,当颗粒开始沉降的瞬间 u=0，则Fd=0，,此时FgFb0，,故加速度a具有最大值，,随u值的增加，曳力有一定的数值Fd0，,直到某一数值时，FgFbFd=0, 此时u值不再增加而恒定,VsAut,为满足除尘要求，气流的停留时间至少与颗粒的沉降时间相等，,即：,若降尘室设置n层水
6、平隔板，则多层降尘室的生产能力为：,上式表明：对一定物系,降尘室的处理能力只取决于降尘室 的底面积，而与高度无关。因此降尘室常设计成扁平形， 或在室内设置多层水平板。,为避免沉降颗粒被重新卷起，通常板间距H40mm，且一般使气流流动处于层流区。降尘室,1、 沉降槽的构造与操作 2、 浓悬浮液的沉聚过,（二）沉降槽,（三）分级器,322 离心沉降,依靠惯性离心力的作用二实现的沉降过程称为离心沉降,分类：,气固分离旋风分离器；,气液分离旋液分离器，沉降离心机,一、惯性离心力作用下的沉降速度,当流体带着颗粒旋转时，如果颗粒的密度大于流体密度，,在惯性离心力的作用下，颗粒将沿切线方向甩出。,设颗粒与中心轴的距离为R，切线速度为uT，,如颗粒呈球形，密度s，直径d，流体的密度，,则颗粒在径向上受到三个力的作用，则三个力分别为：,根据沉降速度的定义，以上三个力达到平衡时颗粒在径向上 相对于流体的速度ur便是它在此位置上的离心沉降速度，即：,