第四章沉降与过滤
2021年九年级化学上册 4. 我们的水资源(课时)教案 (新版)粤教版
学生们对水的作用和水资源的的分布已经有了很多的认识和了解，这节课主要是承接上文，让学生主要学习自来水的由来，净化水的方法，以及硬水和软水等。这节课主要是水的净化，主要是学生通过自学，教师引导与生活知识关系等方法总结出水净化的方法，了分到自来水的来之不易。
三、教学目标
知识与
技能
1．了解纯水和天然水的区别。
作业
布置
练习册上基础部分全做，综合提升部分选做。课本的练习题要求是全做。
]B27825 6CB1沱39627 9ACB髋23638 50 8D2C贬/ 727741 6C5D汝22467 57C3埃
引出下一个课题水的蒸馏。
环节导入
蒸馏
看视频和课本上的图片，如何得到纯水呢？
自学，提升自学，观察能力。
导入硬水和软水
我们生活用的水很多是有害处的，为什么呢，因为含有较多钙镁化合物，含有较多钙镁化合物的水对人体是有害处的，引出硬水和软水。
提问:那如何去鉴别他们呢？又怎么样才能把硬水变成软水呢？
环节导入，导出硬水和软水。主要通过自学和教师引导。
情感态度与价值观
1．通过对水的净化过程的参与，加深爱护水资源的意识。
2．通过净化水实验，引导同学感受化学对生活和社会的意义，激发学生学习化学的兴趣。
四、教学重点难点
教学重点
1．了解自来水生产流程，理解吸附、沉淀、过滤和蒸馏等净化水的方法。
2．能够区分硬水与软水，了解硬水的危害及软化硬水的方法。
教学难点
1.水库中的水含有哪些杂质，能否直接引用呢？
2.怎样将水库中的水变成可以饮用的水？
接着，引出本节课课题---水的净化
学生小组之间，展开自由讨论，
水中有杂质，不能直接饮用，必须净化处理后，方可饮用。过滤方法的引出，介绍过滤的方法。再引出净化水的物质，硫酸铝，它所起的作用。
蛋白质沉淀技术
加固体硫酸铵量的计算： 加固体硫酸铵量的计算：
W=G（S2-S1)/（1-AS2） （ （
W——为1L溶液所需加入的硫酸铵的质量（g）； 为 溶液所需加入的硫酸铵的质量 溶液所需加入的硫酸铵的质量（ ）； S1和S2——分别为硫酸铵溶液的初始饱和度和最终饱和度； 和 分别为硫酸铵溶液的初始饱和度和最终饱和度； 分别为硫酸铵溶液的初始饱和度和最终饱和度 G——为经验常数，0℃时为 ，25 ℃时为 为经验常数， ℃时为515， 时为513； 为经验常数 ； A——为常数， 0℃时为 为常数， ℃时为0.27，25 ℃时为 时为0.29。 为常数 ， 。
缺点：硫酸铵水解后变酸，在高 值下会释放出氨 腐蚀性较强， 值下会释放出氨， 缺点：硫酸铵水解后变酸，在高pH值下会释放出氨，腐蚀性较强，因 盐析后要将硫酸铵从产品中出去。 此，盐析后要将硫酸铵从产品中出去。
（3）影响盐析的因素 ）
①蛋白质的浓度 一般较适当的样品浓度是2.5%-3.0% 一般较适当的样品浓度是 ②pH对盐析的影响 对盐析的影响 在保持待沉淀物稳定的前提下，尽可能的接近其等电点。 在保持待沉淀物稳定的前提下，尽可能的接近其等电点。 ③温度的影响 盐析一般在室温下进行。但对于温敏型生化物质，盐析最好在低温下操作。 盐析一般在室温下进行。但对于温敏型生化物质，盐析最好在低温下操作。 ④盐饱和度的影响（盐离子浓度） 盐饱和度的影响（盐离子浓度） 可通过实验确定所需的盐饱和度。 可通过实验确定所需的盐饱和度。
（4）盐析操作过程及注意事项 ）
以硫酸铵为例介绍盐析操作过程 A.盐析曲线的制作步骤 盐析曲线的制作步骤 ①取一部分料液，将其分成等体积的份数，冷却至0℃。 取一部分料液，将其分成等体积的份数，冷却至 ℃ 所需加入硫酸铵的质量， ②跟据公式或者附表查料液饱和度达20%-100%所需加入硫酸铵的质量，并 跟据公式或者附表查料液饱和度达 所需加入硫酸铵的质量 在搅拌条件下分别加到终了，继续搅拌 以上 同时保持0℃ 以上， 在搅拌条件下分别加到终了，继续搅拌1h以上，同时保持 ℃，使沉淀得到 平衡。 平衡。 下离心40min后，将沉淀溶于 倍体积的缓冲液中，测定其中蛋白 倍体积的缓冲液中， ③在3000g下离心 下离心 后 将沉淀溶于2倍体积的缓冲液中 质的总浓度和目标蛋白的浓度。 质的总浓度和目标蛋白的浓度。
生物工程设备第4章
第四节 膜分离设备
一、膜分离
膜分离技术是借助于膜的孔径，在推动力作用下，把大于标示膜孔径的 物质分子截留，实现溶质的分离、分级、浓缩的过程 膜分离与其他一些分离手段相比，具有干净（比萃取）、效率高（比薄 膜蒸发浓缩）、投资小（比大型离心机）、易验证（比有机溶剂沉淀）、 连续操作、易于放大等优点 缺点：膜分离设备价格昂贵、易堵塞、处理量小
滤饼过滤
深层过滤
膜过滤
2. 沉降原理
沉降是利用液固间密度差异，在重力场或离心 力场中的速度差实现液固分离的过程。密度差 越大越有利于分离，重力场或离心力场越大越 有利于分离。
3. 沉降速度
gd p ( ρ p − ρ ) wt = 18 μ
2
沉降速度的计算
假设wt t处斯托克斯定律区时 d pρw t Re p = <2 μ 计算沉降速度 验证是否符合假设？如符合，OK;如不符合，设 其他区，直至符合。 校正 看例题
πω h( 3R 2 + R 1 ) Σ= 2g
2
2
2
碟片式离心机
2πω s( R 2 − R 1 ) Σ= 3g tan θ
2
3
3
卧螺机
πl1ω ( 3R 1 + R 2 ) πl 2ω ( R 2 + 3R 2R 1 + 4R 1 ) Σ= + 2g 4g
2 2
2
2
2
2
6. 离心机的生产能力
明流
暗流
2. 板框压滤机的特点
结构简单、操作容易、故障少、保养方便，机器使用 寿命长，所需辅助设备少 对物料的适应性强，既能分离难以过滤的低浓度悬浮 液和胶体悬浮液，又能分离料液黏度高和接近饱和状态 的悬浮液 2间选用 过滤面积选择范围广，可在3~1250m2 滤饼含湿量较低 固相回收率高、滤液澄清度好 滤布的检查、洗涤、更换较方便 过滤操作压力大，可达1 MPa，过滤操作稳定 造价低、投资小 间歇操作，辅助时间长，劳动强度大
hgyl四非均相物系的分离PPT课件
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2、阻力系数
阻力系数反映颗粒运动时
流体对颗粒的曳力，所以又称
曳力系数。
Re t
dut
式中通：过d量—纲颗分粒析的可直推径导；出，
阻动201及9/力时9/20粘系雷度，数诺；是准—流数流体的体与函的颗数密粒，度相即对运 21
与Ret的具体关系式也 很难得到，将大量的实验结
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§4－2－1 重力沉降速度
一、重力沉降 1、概念 重力沉降：在重力沉降。
即借地球引力场的作用而实现的沉降就是重力 沉降。
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2、分类
重力沉降分为自由沉降和干 扰沉降。
自由沉降：非均相物系中的固
（3） 湍流区（Newton
区）：103<Ret<2×105
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（1）滞流区（Stokes 区）：1u0t － 4d<2(R1e8s t<)1g
计各 算区
（2）过渡区（Allen 区):ut 01.2<7 Rde(t<s10)3Ret0.6
公沉 式降
速
（3） 湍流区（Newton
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三、非均相物系分离的目的
主要有三个的目的：
1、回收有用物质：主要回
收物系中的分散相。
如颗粒催化剂的回收。从
催化反应器出来的气体中，往
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比如硫酸的生产过程中，
原料气（炉气）中含有大量
灰尘，在SO2的催化氧化工序 之前，必须把大量灰尘除去，
否则除降低催化剂的活性外，
第二阶段为等速运动。
855化工原理-参考书目和考试大纲
研究生入学考试《化工原理》参考书及考试大纲参考书：1. 杨同舟,于殿宇主编，食品工程原理中国农业出版社，2011年2月第2版；2. 王志祥主编，制药化工原理，化学工业出版社，2014年9月第2版考试大纲：第0章引论0-1 化工原理的研究内容（了解）0-2 物料衡算和能量衡算（掌握）第一章流体流动第一节流体静力学原理（熟悉）1-1 流体密度和压力1-2 流体静力学基本方程式（掌握）第二节管内流体流动的基本规律（掌握）1-3 管内流动的连续性方程1-4 柏努利方程第三节流体流动现象（熟悉）1-5 流体的黏度1-6 流体流动型态1-7 流体在圆管内速度分布第四节流体流动的阻力（熟悉）1-8 管内流体流动的直管阻力1-9 管内流体流动的局部阻力第五节管路计算（掌握）1-10简单管路1-11 复杂管路第六节流量测定（了解）1-12 测速管和流量计第二章流体输送第一节离心泵（掌握）2-1离心泵的结构原理2-2 离心泵的性能2-3 离心泵的安装高度和工作点2-4 离心泵的类型和选用第二节其它类型泵（了解）2-5 往复泵2-6 旋转泵第三节风机（了解）2-7 通风机和鼓风机第三章粉碎与混合第一节粉碎（了解）3-1 粉碎的基本概念3-2 粉碎设备第二节筛分（熟悉）3-3 筛分和筛析3-4 筛分设备第三节混合（掌握）3-5 混合的基本理论3-6 液体的搅拌混合3-7乳化3-8 浆体的混合及塑性固体的捏合3-9 固体的混合第四章沉降与过滤第一节重力沉降（熟悉）4-1 颗粒在流体中的运动4-2 悬浮液的重力沉降4-3 气溶胶的重力沉降第二节过滤（掌握）4-4 过滤的基本概念4-5 过滤的基本理论4-6 过滤设备第三节离心分离（掌握）4-7 离心分离原理4-8 过滤式离心机4-9 沉降式离心机4-10 分离式离心机4-11 旋风分离器第五章传热第一节概述（理解）第二节热传导（掌握）第三节对流传热（掌握）第四节传热计算（掌握）第五节换热器（理解）第六章蒸发第一节蒸发概述（了解）6-1 食品物料蒸发6-2 蒸发的操作方法第二节蒸发器（熟悉）6-3 蒸发器6-4 蒸发的辅助设备第三节单效蒸发（掌握）6-5 蒸发器的换热误差6-6 单效蒸发的计算第四节多效蒸发（了解）6-7 多效蒸发流程和温差分配6-8 多效蒸发的计算第七章干燥第一节干燥的基本原理（掌握）7-1 干燥的目的和方法7-2 湿物料中的水分7-3 干燥静力学7-4干燥动力学第二节干燥设备（熟悉）7-5 对流干燥设备7-6其它干燥设备第三节喷雾干燥（熟悉）7-7 喷雾干燥原理及应用7-8 喷雾干燥设备第八章萃取第一节液-液萃取（熟悉）10-1 液-液萃取的基本原理10-2 液-液萃取过程第二节浸取（了解）10-3 浸取的基本原理10-4 浸取流程和设备10-5 多级逆流浸取级数的计算第三节超临界流体萃取（熟悉）10-6 超临界流体萃取的基本原理10-7 超临界流体萃取在食品、药品工业中的应用第九章膜分离第一节膜及膜分离器（熟悉）11-1 分离膜11-2 膜分离器第二节反渗透和超滤（熟悉）11-3 反渗透的基本原理11-4 反渗透的实际过程11-5 超滤和微孔过滤11-6 超滤和反渗透在食品工业中的应用第三节电渗析（了解）11-7 电渗析的基本原理和概念11-8 电渗析装置系统计算题主要在第一、二和第五章。
初中化学 第四章 自然界中的水
自然界的水知1爱护水资源的两种方法：一是节约用水；二是防治水体污染。
“水华”是淡水水体中藻类大量繁殖的一种现象，是实体富含营养化的一种表现，海水中出现的这种现象被称为“赤潮”。
知2 水的净化与水有关的纯净物：纯水、蒸馏水、冰水混合物；与水有关的混合物：河水、湖水、井水、海水、矿泉水。
1.自来水的净化过程：取水→加絮凝济→反应沉淀池→过滤池→活性炭吸附池→清水池→消毒→配水泵→用户。
①絮凝剂使用的是明矾，也叫做白矾，主要成分为十二水硫酸铝钾。
明矾溶于水后生成的角状物对杂质有吸附作用，使杂质沉降。
②自来水净化过程中只有投药消毒这个环节是化学变化，其他环节都是物理变化。
2.常见的净水方法①沉淀：包括静止沉淀和吸附沉淀，作用是除去不溶性杂质②过滤：把液态和不溶于液态的固体分开，作用是除去不溶性杂质③吸附：由于活性炭疏松多孔、表面积大，具有吸附性，作用是除去不溶性杂质、部分可溶性杂质、臭味、色素等。
④蒸馏：用加热的方法使水变成水蒸气后冷凝成水，作用是除去可溶性杂质和不溶性杂质知3 过滤①过滤原理：过滤是分离颗粒大小不同混合物的方法。
②过滤仪器：漏斗、烧杯、玻璃棒、铁架台③步骤及注意事项：a.“一贴”，滤纸紧贴漏斗内壁。
滤纸先用水润湿，不润湿无法紧贴漏斗内壁，滤纸上不能有气泡。
“紧贴”和“无气泡”的目的都是加快过滤速度。
b.“二低”，滤纸边缘低于漏斗边缘，目的是防止从漏斗外流出液态；滤液边缘低于滤纸边缘，目的是防止液体从滤纸和漏斗的间隙流下。
c.“三靠”，烧杯口紧靠引流玻璃棒中下部，目的是防止待滤液体流到漏斗外；玻璃棒的末端轻轻斜靠在三层滤纸处，目的是防止戳破滤纸；漏斗下端管口紧靠烧杯内壁，目的是防止液体溅出，加快过滤速度。
④过滤后滤液仍浑浊的原因：a.滤纸破损；b.仪器不干净；c.滤液边缘高于滤纸边缘。
知4 硬水和软水硬水是含有较多可溶性钙、镁化合物的水；软水是不含或含较少可溶性钙、镁化合物的水。
区分方法是取少量样品分别加入肥皂水，产生大量泡沫的是软水，不产生泡沫或产生很少泡沫且浮渣多的是硬水。
生物分离工程第四章沉淀分离法
3、特点
• 沉淀效果很好； • 选择性好 • 容易使生物分子变性 • 复合物难分解
• 丙酮（浓度40-50%） ：沉析作用更强，用量省，但毒 性大，应用范围不广；
• 特点：
– 介电常数小， 60%乙醇的介电常数是48
– 容易获取
40-50%丙酮的介电常数是22
4.有机溶剂沉淀的特点
• 分辨率高； • 溶剂容易分离，并可回收使用； • 产品洁净（有机溶剂易祛除）； • 容易使蛋白质等生物大分子变性失活； • 应注意在低温下操作； • 成本高
沉淀法分离蛋白质的特点有：
1 在生产的前期就可使原料液体积很快地减小10～50 倍，,从而简化生产工艺、降低生产费用；
2 使中间产物保持在一个中性温和的环境；
3 可及早地将目标蛋白从其与蛋白水解酶混合的溶液中 分离出来、避免蛋白质的降解，提高产物稳定性；
4 用蛋白质沉淀法作为色谱分离的前处理技术，可使色 谱分离使用的限制因素降到最低。
（七）选择性变性沉淀法
• 选择一定的条件使溶液中存在的某些杂质蛋白 变性沉淀下来，而与目的物分开，这种分离方 法就称为选择性变性沉淀法
• 在操作之前要对欲分离的物质中的杂蛋白等杂 质的种类、含量及其物理化学性质等有比较全 面的了解。
使用时需慎重！！！！
选择性变性的方法
• 选择性热变性：对于α-淀粉酶等热稳定性好 的酶，可以通过加热进行热处理，使大多数杂 蛋白受热变性沉淀而被除去。
《沉降与过滤》PPT课件
—与真空 管相连
15 不工作区 16-17吹松区、卸料 区 18 不工作区
—h槽 —压缩空气
第4节 膜过滤 一、膜过滤原理与膜组件 〔一〕膜过滤原理
原料液
小分子的 A物质
大分子的 B物质
溢流
膜
A物质
渗透液
?化工原理?课件——第3章 沉降与过滤
第4节 膜过滤
一、膜过滤原理与膜组件
〔二〕膜组件
渗透液
?化工原理?课件——第3章 沉降与过滤
第1节 重力沉降
一、重力沉降速度
球形颗粒： ——Stokes定律
层流区 1 4 0 R e 2区
24
Re
d2()g
ut
s
18
过渡区 2R e50—0—Allen定律区
10
Re0.5
ut d
4g2()2 s 225
?化工原理?课件——第3章 沉降与过滤
40um的颗粒的回收百分率？(4)如欲回收直径为
15um的尘粒，降尘室应各成多少层？
解:(1) VbLu
s
tc
4
utcV s (b)L250.4ms
?化工原理?课件——第3章 沉降与过滤
第1节 重力沉降
二、降尘室
设为层流沉降： utcdc2(1s8)g
dc
18utc (s )g
18 0.0261 030.4 (300 00.7)59.81
(L L e ) W 2 (L L e ) E
〔二〕转筒真空过滤机
转筒及分配头：
?化工原理?课件——第3章 沉降与过滤
第3节 过滤
二、过滤设备
工 作 原
1-7 过滤区 8-10 吸干 区11 不工作区
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层流时曳力 Fd 3πμdu (N)
Fd
24 π 4
d2(
μ duρ
)ρ u2 2
令
Re p
duρ μ
称修正雷诺数
A π d 2 为球形颗粒投影面积，m2
4
ζ 24 Re p
称为阻力因数
Fd
ζAρ u2 2
非层流时，ζ～Rep 关系可实验求得
（1）层流区
（Stockes区） （Rep<1）
ζ 24 Re p
（2）过渡区
（Allen区）
（1< Rep<500）
Rep
ζ 18.5
Re
0.6 p
（3）湍流区（500< Rep<1.5×105）， Newton区
ζ 0.44
4.1B 沉降速度
1.球形颗粒的自由沉降（ free settling）
颗粒受向下重力Fg，向上浮力Fb,向上阻力Fd 三 力平衡：
第四章
沉降与过滤
Settling and Filtration
第一节 重力沉降 第二节 过 滤 第三节 离心分离
第一节 重力沉降
4-1 颗粒在流体中的运动
4.1A 颗粒与流体相对运动时所受的力 4.1B 沉降速度
4-2 悬浮液的重力沉降
4.2A 间歇式沉降器 4.2B 半连续式沉降器 4.2C 连续式沉降器
3.生产能力 qv bh0uL
qv
bh0u0
L h0
u0bL
u0 A0
4.2C 连续式沉降器
分离条件为：
u0 u1
u1
设：qm－料液中固
体的质量流量, kgs/s
C0－料液中清液含量, kgL/kgs CR－增浓液的清液含量, kgL/kgs （1）清液流量
qv
qm (C0 CR ρ
uL
qv bh0
u0
uL
h0 L
u0
qv bL
临界粒径 dc ：恰能100％沉降分离的颗粒粒径
u0c
qv bL
u0c
d
2 c
(ρp 18μ
ρ)g
dc
(
1 ρp
8μ ρ )
g
qv bL
降尘室用水平隔板分为N层， dc 降至原 1 /N
例（习题4，p.147）O/W混合物，滴径0.05mm,油水
π 6
Fg Fb d3ρpg
π
6
Fd d3
ρg
ζ
π 4
d
2
ρ
u0 2 2
1 6
d(ρp
ρ)g
1 8
ζρu02
u0
4d(ρp ρ)g 3ζρ
Fb Fd Fg
这是球形颗粒自由沉降速度的一般公式
(1) 层流区的Stokes定律：
1 6
d(ρp ζ
ρ)g 24 Re p
)
(m 3 /s )
（2） 清液向上流速
u1
qv A0
qm (C0 CR ρA0
)
(m/s)
（3） 沉降面积A0
由连续沉降条件：u1 u0
qm (C0 ρA0
CR
)
u0
A0 qm （4）生产能力
(C0 ρu0
CR
)
(m 2 )
qv
qm (C0 C R ρ
)
A0u0
(m 3/s)
4-3 气溶胶的重力沉降
4.3A 立式沉降室
u1<< u0
u1
qv A0
4qv πD 2
βu0
圆筒部分直径：
(β 1 )
D 4qv 1.13 qv
βπu0
βu0
圆筒部分高度：H1=(1.0~2.0)D
4.3B 卧式沉降室
必要条件： tL t0
L h0
uL u0
qv u0 A0
(m3s1 )
4.2B 半连续式沉降器
1．临界流速
Fd=Ff 对应的uL即为临界流速uc
ζ
π 4
d 2 ρ uc 2 2
π 6
d
3
(ρ
p
ρ)gμs
uc
4d(ρp ρ)gμs 3ζρ
应使 uL< uc
2.沉降器尺寸
L h0 uL u0
L uL u0 h0
先假定u01→ Rep→ ζ→ u02
(2) 复验法
先假定流型区域→ u0 再代入Rep式求Rep复验
(3) 直接法
K
d[
ρ(ρ p μ2
ρ)g 1 ]3
K
2.62
43.6
层流区
过渡区
湍流区
4-2 悬浮液的重力沉降
4.2A 间歇式沉降器
沉降器的生产 能力qv
qv
V t0
h0 A0 t0
h0 u0t0
2.两种过滤方式
(1) 深床过滤 （deep bed filtration）
(2) 滤饼过滤 （cake filtration） 开始有架桥现象
3.过滤的推动力和阻力
过滤推动力是上下游的压力差Δp 过滤按其推动力的来源分四类：
质量比1：4。温度38℃，料液流量2t/h,油的相对密度
为0.9，求沉降槽的沉降面积。（符Stokes定律）
解
dp = 5×10-5m 查38℃水：μw =
0.691×10-3Pa·s
则油滴 ρo =ρ1w0=009×930.k9g=/m9300kg/m3
qv
2 0.81000 3600 993
1 8
ζρu02 Re p
du0 ρ μ
u0
d 2 (ρp 18μ
ρ)g
(2) 过渡区的Allen定律：
u0
d 0.154[
1.6
d
(ρp 0.4
ρ)g 5 μ0.6 ]7
(3)湍流区的Newton 定律：
u0 1.74
d(ρp ρ)g ρ
2.沉降速度的求算
u0←ζ ←Rep ←u0 ? (1) 试差法
4-4 过滤的基本概念
4-5 过滤的基本理论
4.5A 过滤基本方程 4.5B 恒压过滤和恒速过滤
4-6 过滤设备
4.6A 板框压滤机 4.6B 转鼓真空过滤机 4.6C 袋滤器
4-4 过滤的基本概念
1.过滤操作概念
过滤介质 （filtration medium） 滤浆 (slurry) 滤饼（filter cake） 滤液（filtrate）
4.48 104 m 3 /s
u0
d2
ρp ρ 18μ
g
5 105 2 900 9939.81
18 0.691103
= -1.96×10-4 m/s (上浮)
A0
qv u0
4.48104 1.96104
2.29 m2
第二节 过 滤
使含固体颗粒的非均匀混合物通过多孔性介质 分离出固体颗粒的单元操作，称为过滤（filtration）
4-3 气溶胶的重力沉降
4.3A 立式沉降室 4.3B 卧式沉降室
由地球引力作用而产生的分散质颗粒沉降过程， 称为重力沉降（gravity settling）
4-1 颗粒在流体中的运动
4.1A 颗粒与流体相对运动时所受的力
流体绕过球形体的运动
理想流体绕流
实际流体绕流
实际流体有黏度,对颗粒会产生曳力（drag force）