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1、第三章非均相物系的分离和固体流态化第1页，本讲稿共20页1.基本概念非均相物系：凡物系内部有隔开两相的界面存在，而界面两侧的物料性质截然不同者称为。分散相：非均相物系里，处于分散状态的物质称为分散相。连续相：包围着分散物质而处于连续状态的流体称为连续相。第2页，本讲稿共20页均相物系 常用的分离方法：精馏、吸收、萃取、干燥、结晶、膜分离、吸附等 非均相物系：过滤、沉降 根据外力不同：重力沉降、离心沉降第3页，本讲稿共20页2.非均相物系分离的目的：（1）回收分散物质（2）净化分散物质 (3)环境保护和安全生产。第4页，本讲稿共20页第一节第一节颗粒及床层的特性颗粒及床层的特性311颗粒的特征颗
2、粒的特征一、颗粒的大小及形状一、颗粒的大小及形状（一）单一颗粒（一）单一颗粒1、球形颗粒：对于球形颗粒，通常用直径表示其尺寸，、球形颗粒：对于球形颗粒，通常用直径表示其尺寸，其其它尺寸均表示为与直径的关系：它尺寸均表示为与直径的关系：体积体积表面积表面积比表面积比表面积第5页，本讲稿共20页实际颗粒的体积等于当量球形颗粒的体积时，球形颗粒的实际颗粒的体积等于当量球形颗粒的体积时，球形颗粒的直径称为体积当量直径。直径称为体积当量直径。2、非球形颗粒：、非球形颗粒：常用当量直径和形状系数来表示其特征。常用当量直径和形状系数来表示其特征。体积当量直径：体积当量直径：实际颗粒的表面积等于当量球形颗粒的
3、表面积时，实际颗粒的表面积等于当量球形颗粒的表面积时，球形球形颗粒的直径称为表面积当量直径。颗粒的直径称为表面积当量直径。表面积当量直径：表面积当量直径：第6页，本讲稿共20页 实际颗粒的比表面积等于当量球形颗粒的比实际颗粒的比表面积等于当量球形颗粒的比表面积时，表面积时，球形颗粒的直径称为比表面积当量直径。球形颗粒的直径称为比表面积当量直径。比表面积当量直径：比表面积当量直径：第7页，本讲稿共20页颗粒的形状与球形颗粒的差异程度。颗粒的形状与球形颗粒的差异程度。（二）形状系数（球形度）：（二）形状系数（球形度）：对于非球形颗粒，必须有两个参数对于非球形颗粒，必须有两个参数才能确定其特征，通常
4、才能确定其特征，通常选用体积当量直径和形状系数来表选用体积当量直径和形状系数来表征颗粒的体积、表面积征颗粒的体积、表面积和比表面积。即：和比表面积。即：由于相同体积时球形颗粒的表面积由于相同体积时球形颗粒的表面积最小，因此任何非球形颗粒的球最小，因此任何非球形颗粒的球形度均小于形度均小于1，对于球形颗粒，对于球形颗粒，s1。第8页，本讲稿共20页颗粒群的平均比表面粒群的平均比表面积直径：直径：（二）（二）颗粒的平均粒径粒的平均粒径（颗粒平均直径的粒平均直径的计算方法很多）算方法很多）第9页，本讲稿共20页3、堆积密度（表观密度）、堆积密度（表观密度）b：粒子体积包括：粒子体积包括颗粒间的空颗粒
5、间的空隙，则称为粒子的堆隙，则称为粒子的堆积密度。显然，积密度。显然，bs三、粒子的密度三、粒子的密度1、密度：单位体积内的粒子质量称为粒子的、密度：单位体积内的粒子质量称为粒子的密度。密度。2、真实密度、真实密度 s：粒子体积不包括颗粒间的空：粒子体积不包括颗粒间的空隙，隙，则称为粒子的真实密度。则称为粒子的真实密度。第10页，本讲稿共20页（4）基本常识：）基本常识：非球形非球形球形，球形，均均非均，非均，边壁边壁中心，乱堆床层中心，乱堆床层 在在0.470.70。312颗粒床层的特性颗粒床层的特性一、床层的空隙率一、床层的空隙率颗粒床层：颗粒床层：由颗粒群堆积而成的、具有一定厚度的静止颗
6、粒层由颗粒群堆积而成的、具有一定厚度的静止颗粒层.其疏密程度常用空隙率表示：其疏密程度常用空隙率表示：说明：说明：（1）与颗粒形状、大小、均匀程度、堆积方法有与颗粒形状、大小、均匀程度、堆积方法有关，具体数值由实验获得；关，具体数值由实验获得；（2）的数值直接影响流体流经床层的阻力大小；的数值直接影响流体流经床层的阻力大小；（3）工业上通常假设）工业上通常假设 各向同性；各向同性；第11页，本讲稿共20页单位床层体积具有的颗粒表面积称为床层的比表面积。单位床层体积具有的颗粒表面积称为床层的比表面积。若忽略颗粒间接触面积的影响，则：若忽略颗粒间接触面积的影响，则：床层的比表面积也可根据堆积密度估
7、算：床层的比表面积也可根据堆积密度估算：第12页，本讲稿共20页第一节第一节沉降过程沉降过程沉降操作：沉降操作：在某种力的作用下，利用分散相和连续相之间密度的差异，在某种力的作用下，利用分散相和连续相之间密度的差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。使之发生相对运动而实现分离的操作过程。实现沉降操作的作用力实现沉降操作的作用力:即重力沉降和离心沉降即重力沉降和离心沉降通常是重力和离心力，通常是重力和离心力，321重力沉降重力沉降一、沉降速度一、沉降速度（一）颗粒的自由沉降（一）颗粒的自由沉降1、单颗粒运动的受力分析、单颗粒运动的受力分析第13页，本讲稿共20页设有一表面光滑的球形颗粒，置于
8、静止的流体介质中，设有一表面光滑的球形颗粒，置于静止的流体介质中，如果颗粒密度大于流体密度，则必发生相对运动，如果颗粒密度大于流体密度，则必发生相对运动，受力情况受力情况如图如图。假设颗粒的密度为。假设颗粒的密度为 s，直径为，直径为d，流体的密度，流体的密度，阻力与相对运动速度阻力与相对运动速度u有关，仿照管内流体阻力计算式，有关，仿照管内流体阻力计算式，可写成如下关系：可写成如下关系：第14页，本讲稿共20页根据牛根据牛顿第二定律：第二定律：式中式中 或：或：因此因此加速加速阶段段是指是指颗粒的相粒的相对运运动速度速度u由由0ut的的这个个阶段。段。保持保持为ut的的阶段称段称为等速等速阶
9、段段。2、沉降的两个、沉降的两个阶段段当当颗粒开始沉降的瞬粒开始沉降的瞬间 u=0，则Fd=0，此此时FgFb 0，故加速度故加速度a具有最大具有最大值，随随u值的增加，曳力有一定的数的增加，曳力有一定的数值Fd 0，直到某一数直到某一数值时，FgFbFd=0,此此时u值不再增加而恒定不再增加而恒定,第15页，本讲稿共20页VsAut为满足除足除尘要求，气流的停留要求，气流的停留时间至少与至少与颗粒的沉降粒的沉降时间相等，相等，即：即：若降若降尘室室设置置n n层水平隔板，水平隔板，则多多层降降尘室的生室的生产能力能力为：上式表明：上式表明：对一定物系一定物系,降降尘室的室的处理能力只取决于降
10、理能力只取决于降尘室室 的底面的底面积，而与高度无关。因此降，而与高度无关。因此降尘室常室常设计成扁平形，成扁平形，或在室内或在室内设置多置多层水平板。水平板。第16页，本讲稿共20页为避避免免沉沉降降颗粒粒被被重重新新卷卷起起，通通常常板板间距距H40mm，且且一一般般使使气气流流流流动处于于层流区。流区。降降尘室室第17页，本讲稿共20页 1、沉降槽的构造与操作沉降槽的构造与操作2、浓悬浮液的沉聚浮液的沉聚过（二）沉降槽（二）沉降槽（三）（三）分分级器器第18页，本讲稿共20页322 离心沉降离心沉降依靠依靠惯性离心力的作用二性离心力的作用二实现的沉降的沉降过程称程称为离心沉降离心沉降分分
11、类：气固分离气固分离旋旋风分离器；分离器；气液分离气液分离旋液分离器，沉降离心机旋液分离器，沉降离心机一、一、惯性离心力作用下的沉降速度性离心力作用下的沉降速度 当流体当流体带着着颗粒旋粒旋转时，如果，如果颗粒的密度大于流体密度，粒的密度大于流体密度，在在惯性离心力的作用下，性离心力的作用下，颗粒将沿切粒将沿切线方向甩出。方向甩出。设颗粒与中心粒与中心轴的距离的距离为R，切，切线速度速度为uT，如如颗粒呈球形，密度粒呈球形，密度 s，直径，直径d，流体的密度，流体的密度，则颗粒在径向上受到三个力的作用，粒在径向上受到三个力的作用，则三个力分三个力分别为：第19页，本讲稿共20页根据沉降速度的定义，以上三个力达到平衡时颗粒在径向上根据沉降速度的定义，以上三个力达到平衡时颗粒在径向上相对于流体的速度相对于流体的速度ur便是它在此位置上的离心沉降速度，即：便是它在此位置上的离心沉降速度，即：第20页，本讲稿共20页