第三章 第1次 非均相物系的分离-(颗粒及颗粒床层特性)

第三章 非均相物系的分离

重点：过滤和沉降的基本理论、基本方程 难点：过滤基本方程的应用、过滤设备

一、概 述自然界的混合物分为两大类：

均相物系(honogeneous

system): 均相混合物。物系内

部各处均匀且无相界面。如溶液和混合气体都是均相物系。

非均相物系(non-honogeneous

system): 非均相混合物。

物系内部有隔开不同相的界面存在，且界面两侧的物料性质有 显著差异。如：悬浮液、乳浊液、泡沫液属于液态非均相物系，

含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。

分散相： 分散物质。在非均相物系中，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。 分离的目的1、对原料或产品进行分离与提纯

2、回收与获取有用物质，提高产品产率3、去除有害物质，实现环保目的

非均相物系的分离原理：根据两相物理性质(如密度等)的不同而进行的分离。

非均相物系的分离方法：由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较大，因此常 采用机械方法进行分离。按两相运动方式的不同，机械分离大

致分为沉降和过滤两种操作。

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。沉降操作的作用力 沉降 2. 过滤 重力沉降 重力 离心沉降 惯性离心力

流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程。 依实现过滤操作的外力不同，过滤操作又可分为

过滤操作的外力

重力过滤 过滤

重力

加压过滤真空过滤 离心过滤

压强差压强差 惯性离心力

颗粒的特性(p128)

一、单一颗粒特性1. 球形颗粒球形颗粒的尺寸由直径 d 体积 表面积 比表面积 确定。 m3 m2 m2 /m3

πd V 6 2 S π d3

S 6 a V d

2. 非球形颗粒(1) 体积当量直径

需要大小和形状两个参数来描述其特性。

实际颗粒的体积 VP 等于当量球形颗粒的体积 V, 则体积当量直径 de 定义为

de (2) 球形度 s

3

6 Vp π

,m与该颗粒体 积相等的球 体的表面积

S s Sp非球形颗粒 s 1 , 球形颗粒

颗粒的实 际表面积

s 1

非球形颗粒的特性参数，即体积

一、单一颗粒特性

π 3 Vp = de 6Sp = πd e 2

m3

表面积

s

m2

比表面积

6 a= s d e

m2 /m3

2. 颗粒群特性 (1)粒度分布不同粒径范围内所含粒 子的个数或质量目数 孔径μm 3 4 6 8 10 14 20 35 6680 4699 3327 2362 1651 1168 833 417 目数 孔径μm 48 65 100 150 200 270 400 295 208 147 104 74 53 38

泰勒标准筛

(2)筛分分析用标准筛测量颗粒粒度分 布的方法称为筛分分析

(3)颗粒的平均直径常用的是平均比表面积直径(体积表面积平均直径)

1 dV , S , m

wi i

1 d p ,i

k

dV , S ,m - 平均比表面积直径 wi 相邻两筛号间的颗粒质量分率 d p ,i 筛分直径( 相邻两筛的筛孔平均值)

三、颗粒的沉降 定义： 在某种力场的作用下，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单元操作。 沉降操作分类：重力沉降、离心沉降。

1. 重力沉降在重力作用下实现的沉降过程。

(1)沉降速度1.1 球形颗粒的自由沉降

自由沉降(free settling): 单个颗粒在流体中沉降，或者颗粒群在流体中分散得较好而颗粒之间互不接触互不碰撞的条

件下沉降。自由沉降分两个阶段---加速段和等速段

球形颗粒等速沉降速度公式推导球形颗粒受力分析 重力：Fg m p g V p p g

63

d 3 pg p

阻力 Fd浮力 Fb

浮力：Fb mg V p g

6

d p g

u重力 Fg

ut2 Fd p f A W f' A A 阻力： 2 2 u t A 2 p为颗粒密度

根据牛顿第二定律，颗粒的重力沉降运动基本方程式应为:

dut Fg Fb Fd ma m dt

6

d ( p ) g 3 p

4

d

2 p

u 2

dut d p 2 6 dt3 p

等速沉降有：

dut 0 dt3 p

即：

6

d ( p )g

8

2 d p ut 0

整理得式：

ut

4 gd p ( p ) 3

球形颗粒等速沉降速度公式

(2)阻力系数ζ与沉降速度实用公式ζ—Ret曲线 滞流区 10-4< Ret<2 有公式：

24 Re t可得斯托克斯(Stokes)公式：

ut

d ( p )g2 p

18

ut 过渡区

4 gd p ( p ) 3

2< Ret<500 有

18.5 0.6 Re t得艾伦(Allen)公式求沉降速度

ut 0.269

gd p ( p ) Re

0.6 t

d ( p ) 0.781 0.4 0.6 1.6 p

0.714

ut

4 gd p ( p ) 3

湍流区 500 < Ret<2×105 有

0.44得牛顿(Newton)公式

ut 1.74

gd p ( p )

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/t2jm.html