非均相物系的分离-第一次课(颗粒及颗粒床层特性)02617.ppt

1、,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,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。,自然界的混合物分为两大类：,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。,一、概 述,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

2、流体。,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,分离的目的,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。,二、颗粒与颗粒群特性,直径dp 比表面积 as 单位体积固体颗粒所具有的表面积,1. 单颗粒的特性,（1）球形颗粒,等体积当量直径 等表面积当量直径 等比表面积当量直径,以正方体为例，设边长为h,则正方体等表面积当量直径为,（2）非球形颗粒,a

3、当量直径de,b 颗粒形状系数（球形度）,（2）筛分分析,2. 颗粒群特性,泰勒标准筛,（1）粒度分布,不同粒径范围内所含粒子的个数或质量,用标准筛测量颗粒粒度分布的方法称为筛分分析,常用的是平均比表面积直径（体积表面积平均直径）,（3）颗粒的平均直径,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。,三、颗粒的沉降,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

4、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：,浮力：,阻力：,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:,等速沉降有：,整理得式：,球形颗粒等速沉降速度公式,（2）阻力系数与沉降速度实用公式,Ret曲线,滞流区 10-4 Ret2 有公式：,可得斯托克斯（Stokes)公式：,过渡区 2 Ret500 有,得艾伦（Allen)公式求沉降速度,湍流区 500 Ret2105 有,得牛顿（Newton)公式,湍流区,滞流区,过渡区,不同流动形态下，球形颗粒等速沉降速度公式,假设流体流动类型； 计算沉降

5、速度； 计算Re，验证与假设是否相符； 如果不相符，则转。如果相符，OK !,求沉降速度通常采用试差法。,（3）沉降速度的计算,例：计算直径为95m，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。,计算Re，核算流型：,假设正确，计算有效。,解：在20 的水中： 20 水的密度为998.2kg/m3，粘度为1.00510-3 Pas,先设为层流区。,1) 颗粒直径dp:,应用： 均质乳化， dput，使饮料不易分层。 加絮凝剂，如水中加明矾。,2) 连续相的粘度：,应用： 增稠：浓饮料中添加增稠剂，使 ut，不易分层。 加热：,（4）影响沉降速度的因素(以层流区为例),3) 颗粒的球形度形状,非球形颗粒的形状可用球形度s 来描述。,球形度s越小，