非均相物系的分离.docx

第三章 非均相物系的分离 教学目的:1、掌握重力沉降和离心沉降的操作原理和基本公式 2、沉降室的结构，沉降室的生产能力，旋风分离器的结构和工作原理 教学重点：1、重力沉降和离心沉降的操作原理。 教学内容：1、重力沉降；2；重力沉降设备；3、离心沉降；离心沉降设备系：一个集体。 分散系：一种物质或几种物质的微粒分散到另一种物质里形成的混合物，我们把这种混合物叫做分散系。包括： 分散质和分散剂。分散质和分散系都可为固、液、气。 根据分散质粒径不同可分为： d10-9 溶液 10-9d10-7 胶体 10-7d 悬浊液、乳浊液溶液：小分子或离子，质为：固液气，均一稳定，单相， 胶体：大分子或小分子集合，大分子稳定，小分子较稳定，大分子单相，小分子多相粗分：大分子集合，悬固，乳液，不均一不稳定，多相。 悬浊液：固体小颗粒悬浮于液体里形成的混合物，外形特征：浑浊，不透明，不均一，不稳定，固体小颗粒是 由很多分集合而成，由于固体小颗粒的密度比水大，因此悬浊液 相：在同一个系统中具有相同物理性质及化学性质的一类混合物叫作相。根据分散关系可分为：均相与非均相。 非均相混合物的特点是体系内包含一个以上的相，相界面两侧物质的性质完全不同，如由固体颗粒与液体 构成的悬浮液、由固体颗粒与气体构成的含尘气体等。这类混合物的分离就是将不同的相分开，通常采用机械的方 法。 非均相混合物的特点是体系内包含一个以上的相，相界面两侧物质的性质完全不同，如由固体颗粒与液体构成 的悬浮液、由固体颗粒与气体构成的含尘气体等。这类混合物的分离就是将不同的相分开，通常采用机械的方法。 含尘和含雾的气体属于气态非均相混合物。 悬浮液，乳浊液及泡沫液属于液态非均相混合物。 非均相物系中处于分散状态的物质称为分散物质或分散相。例：气体中的尘粒。 非均相物系中处于连续状态的物质称为分散介质或连续相。例：气态非均相物系中的气体。非均相物系分离的目的：1）回收分散物质 2）净制分散介质 3）劳动保护和环境卫生 非均相物系分离的常用方法： 沉降法 过 滤 法 对于含尘气体： 液体洗涤除尘法 点除尘法 第一节 沉降 一、 固体颗粒在流体中的沉降运动现象 颗粒沉降运动中的受力分析 固体颗粒在真空中自由降落时，只受重力的作用。但是微粒在静止的流体中降落时，不但受重力的作用，同时 还受到流体的浮力和阻力作用。 当固体处于流体中时，只要两者的密度有差异，则在重力场中颗粒将在重力方向与流体作相对运动；在 离心力场中与流体在离心力方向上作相对运动。 ? 直径为d 的球形颗粒受到的重力为： F ? 6  d 3 ? s  g(N ) ；其中? s 为颗粒密度。 颗粒处于流体中，无论运动与否，都会受到浮力。 ? 当流体处于重力场中，颗粒受到的浮力等于： F 1 ? d 3 ? g(N ) ； 6 两种阻力：包括表皮阻力和形体阻力。当颗粒速度很小时，流体对球的运动阻力主要是粘性摩擦或表皮 阻力。若速度增加，便有旋涡出现，即发生边界层分离，表皮阻力让位于形体阻力。 阻力大小的计算仿照管路阻力的计算，即认为阻力与相对运动速度的平方成正比。对于直径为d 的球形颗粒： R ? ? ?u2 0 ? d 2  (N ) 2 4 沉降速度与阻力系数二、重力沉降 重力场中，颗粒在流体中受到重力、浮力和阻力，这些力会使颗粒产生一个加速度，根据牛顿第二定律：重力 -浮力-阻力=颗粒质量×加速度。当颗粒在流体中做均速运动时， ? d 3 ? g ? d 3 ?g ? ?u 2 0 ?d 2 6 s - 6 - 2 4 =0 4d 4d ?? ? ? ?g 3?? s u ? 0 解得：  （1） 其它因素对沉降速度的影响：上述计算沉降速度的方法，是在下列条件下建立的：①颗粒为球形；②颗粒沉 降时彼此相距较远，互不干扰；③容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略；④ 颗粒直径不能小到受流体分子运动的影 响。 在一定条件下，上述各种因素都可能会对沉降过程产生影响，详情参见教材。 （4）阻力系数：使用式（ 1）或（2）计算沉降速度首先要知道阻力系数，通过因次分析法可知它是颗粒与流体相对运动雷 0Re ? 0 诺数的函数：? ? f (Re 0 ) ，而 du ? 0 ? 。计算Re 0  时d 应为足 以表征颗粒大小的长度，对球形颗粒而言，自然是它的直径。 根据实验结果作出的阻力系数与雷诺的关系如图所示，其变化规律可以分成四段，用不同的公式表示。第一段 的表达式是准确的，其它几段是近似的。 ? ? 24 d 2 ?? u ? s ? ??g ①层流区—— Re 0 ? 0.3 —— Re0 —— 0 18 ；可以近似用到Re 0 ? 2 。 gd ?? ? ?? gd ?? ? ??Re0.6 s ? 0