第6章 非均相分离.ppt

物料的性质 固体颗粒特性 (1) 比表面积 单位质量多孔颗粒所具有的表面积(m2/m3或m2/g)。 (2) 孔隙度 颗粒之间的孔隙体积与其表观体积之比。 (3) 流动性 颗粒体自然堆积时没有团聚效应而具有明显的流动性。 （4）颗粒形状 固体颗粒常作为球形对待。 (5) 粒径及粒度分布 粒径表示颗粒的线性尺寸或本身特性；不同粒径的颗粒在颗粒群中所占比例。 (6) 颗粒密度 固体颗粒在液体内的速度沉降与固液间密度差成正比变化。 (7) 黏性和散粒性 黏性导致颗粒碰撞后凝聚，颗粒的散粒性受到分子力、毛细管黏附力和静电力等影响。 (8) 电性 粒子在生成和处理过程中产生的荷电会影响到固液分离过程。 液体的特性 (1) 密度 沉降分离中，分离推动力与固液两相的密度差成正比。一般情况下，升高液体温度，使液体密度下降。 (2) 黏度 黏度是液体分子间在外力作用下相对摩擦的摩擦阻力的大小。温度越高，液体的黏度越小，透过过滤介质的阻力越小。 (3) 表面张力 液体表面上任一单位长度，并与之相切的表面紧缩力。它说明增加单位表面积所需做的功。表面张力的大小直接影响液体润湿固体表面的程度，并促成颗粒堆聚。 (4) 挥发性 易挥发的液体在真空下会挥发成气体。 悬浮液的特性 (1) 密度 由于固体颗粒的掺入，悬浮液的密度不再是原来液体的密度。根据悬浮液的固相和液相含量悬浮液的密度如下： 式中，ρ为悬浮液密度；C为悬浮液中固相质量浓度； ρL为悬浮液中液相密度； ρS为悬浮液中固相密度。 （2）黏度 悬浮液中分散的固体颗粒增大了液体抗剪切变形的能力，悬浮液的黏度随液体中固相浓度的增大而增加。 （3）固含量 固含量表示固体颗粒的质量占悬浮液总质量的百分数。固含量除了影响悬浮液黏度外，当它达到一定值后，颗粒间距减小，互相制约，将在沉降分离中出现干涉沉降的现象，进而影响沉降速度。 (4) 电动现象及ζ电位 带有一定电荷的颗粒在水中形成双电子层，双电子层与悬浮液中分散介质之间的电势差成为ζ电位，颗粒自身带有的剩余电荷还会造成带有相同电荷的颗粒之间相互排斥，当对悬浮液施加外加电场时，荷电颗粒也会产生相应的定向运动，这将影响颗粒间的团聚长大，也影响过滤介质的堵塞性能。 过滤 过滤的基本概念 过滤操作时利用重力或人为造成的压差使悬浮液通过某种多孔性过滤介质，悬浮液中的固体颗粒被截留，滤液则穿过介质流出。 两种过滤方式 (1) 滤饼过滤 过滤时悬浮液中有部分颗粒进入过滤介质网孔中发生架桥现象，也有少量颗粒穿过介质而混于滤液中。随着滤渣的逐步堆积，在介质上形成了一个滤渣层，称为滤饼。不断增厚的滤饼才是真正有效的过滤介质，而穿过滤饼的液体则变为清净的滤液。 (2) 深层过滤 固体颗粒并不形成滤饼而是沉积于较厚的过滤介质内部。此时，颗粒尺寸小于介质孔隙。在惯性和扩散作用下，进入介质通道的固体颗粒趋向通道壁面并籍静电与表面力附着其上。 过滤过程的特点 液体通过过滤介质和滤饼空隙的流动是流体通过固定床流动的一种具体情况。在一定压力下，过滤操作中床层厚度不断增加，滤液通过速率随过滤时间的延长而减小，但是由于滤饼厚度的增加比较缓慢，所以过滤操作可作为拟定态处理。 假设过滤面积为A，过滤时间为τ时所得滤液量为V，则过滤速度u为 过滤过程的计算 (1) 物料衡算 对指定的悬浮液，获得一定量的滤液并须形成相对应的滤饼，其间关系取决于悬浮液中的固含量，并可由物料衡算方法求出。物料衡算时，可对总量和固体物量列出两个衡算式， 式中，V悬为悬浮液总量；ε为滤饼孔隙率；A为过滤面积；L为滤饼厚度；ρp为固体颗粒的密度； ρ为滤液的密度； 和 为悬浮液中固含量的质量分数和体积分数。 通过上两式可以推导出滤饼厚度L 过滤速度 过滤操作所涉及的颗粒尺寸一般都很小，液体在滤饼空隙中的流动多处于康采尼公式适用的低雷诺数范围内。由过滤速率的定义，结合康采尼公式可得 将以上两式的推动力和阻力分别家和可得 影响过滤速率的物性参数很多，包括悬浮液性质及滤饼特性。为计算过滤速率本应先获得这些参数，但是，由于参数在一般恒压过滤操作中保持恒定。若为解