第三章非均相混和物的分离.ppt

①②③ ④⑤⑥称为恒压过滤方程式，它表明恒压过滤时滤液体积与过滤时间的关系为抛物线方程。 过滤常数： ?e（s）：当量过滤时间 Ve（ m3 ）：当量滤液量 qe（ m3/m2 ）：当量滤液量 K （ m2/s）：过滤常数 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 例3-3 实验室用叶滤机对某种悬浮液进行恒压过滤，已测得过滤面积为0.2m2，操作压差为0.15MPa。现测得，当过滤进行到10min时，共得到滤液0.002m3，又过滤10min，再得到滤液0.001m3。试求 ： （1）恒压过滤的基本方程式；（2）再过滤10min，又能得到多少m3的滤液？ * 第三章 非均相混合物的分离 3.1 概述 1 混合物的分类 均相混合物(物系)：物系内部各处物料性质均匀，无相界面。 例：混合气体、溶液。 非均相混合物(物系)：物系内部有隔开的相界面存在，而在相界面两侧的物料性质截然不同的物系。 例：含尘气体、悬浮液、乳浊液、泡沫液。 非均相物系 ◆分散相(分散物质)：处于分散状态的物质。气体中尘粒、悬浮液中的颗粒、乳浊液中的液滴。 ◆连续相(分散介质)：包围着分散相，处于连续状态的物质。含尘气体中的气体、悬浮液中的液体。 均相混合物的分离：吸收、蒸馏。 2 非均相混合物的分离方法 非均相混合物的分离：利用分散相、连续相物理性质不同(ρ不同)→机械方法 (沉降、过滤)。 ① 颗粒相对流体（静止或运动）运动而实现悬浮物系的分离的过程称为沉降分离。 ② 流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程称为过滤。（分离液、固混合物） 3 非均相混合物分离的目的： ①回收分散物质（气流干燥器，催化反应器） ②净制分散介质（催化反应保证催化剂的活性） ③劳动保护和环保的需要。 3.2 颗粒及颗粒床层的特性 3.2.1 颗粒的特性 1 单一颗粒特性 1）球形颗粒 （通常用直径（粒径）表示大小。） 体积 表面积 比表面积 2）非球形颗粒 （1）体积当量直径（令实际颗粒的体积等于当量球形颗粒的体积） （2）形状系数（球形度） 表征颗粒的形状与球形的差异程度。 Φs——颗粒的球形度，无因次； S—与实际颗粒体积相等的球形颗粒的表面积，m2； Sp——实际颗粒的表面积，m2。 对于球形颗粒，Φs=1。颗粒形状与球形的差异越大，球形度Φs越小。 3.2.2 颗粒床层的特性 1 床层空隙率 影响空隙率的因素有颗粒的大小，形状和粒径分布等。球形度越小，空隙率越大。振动也可改变空隙率。空隙率大，则流体通过床层的压降小。 2 床层的比表面积（单位床层体积具有的颗粒表面积） a-颗粒的比表面积 3.3 沉降分离 沉降：在某种力(重力、离心力)作用下，利用连续相与分散相的密度差异，使之发生相对运动而分离的操作。 3.3.1 重力沉降 重力沉降：由地球引力(重力)作用而发生的沉降过程。 1 沉降速度 1) 球形颗粒的自由沉降 (重力，向下) (浮力，向上) (阻力，向上) 当u增加到某一定数值时，Fg、Fb、Fd达平衡，即∑F=0，颗粒开始作匀速沉降运动，此时颗粒相对于流体的运动速度称为颗粒的自由沉降速度，用ut表示。 ① 层流区或斯托克斯区 ② 过渡区或艾伦区 ③ 湍流区或牛顿区 2） 阻力系数 （1）层流区： （非常重要） 称斯托克斯公式 （2）过渡区： 又称艾伦公式 （3）湍流区： 又称牛顿公式 由于沉降操作涉及的颗粒直径都较小，沉降通常处于层流区，因此斯托克斯公式应用较多。 3）影响沉降速度的因素 （1）干扰沉降 当流体中颗粒浓度较大时，颗粒沉降时彼此影响，这种沉降称为干扰沉降。干扰沉降的速度比自由沉降要小。 （2）壁面效应 当颗粒在靠近器壁的位置沉降时，由于器壁的影响，其沉降速度较自由沉降速度小，这种影响称为壁面效应。 （3）颗粒形状的影响 颗粒的球形度越小，同一雷诺数下的阻力系数越大。P145图3-2 4）沉降速度ut 的计算（步骤）： （1）假设沉降属于某一流型（例如层流区） ； （2）选用相应公式计算ut ； （3）用ut计算Ret，检验是否在原假设的流型区域内。 例3-1 已知固体颗粒的密度为2600kg/m3，大气压强为1.013×105Pa，试求直径为30μm的球形颗粒在30℃大气中的自由沉降速度。解 由附录查取，30℃，1atm下空气的物性参数 密度 ρ=1.165kg/m3；粘度 μ=1.86×10-5Pa·s 假设沉降处于层流区 校核 与假设相符，计算结果有效 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。 降尘室的作用：用作预分离器，分离粒径大于75μm的颗粒。 降尘室的长