非均相物系分离方法
第三章 非均相物系的汇总
4d(S
)
u
2 T
3 R
ut是常量，ur随uT和R变化，是变量。
2.离心沉降所处理的非均相物系中固粒直径通常很小，沉降一般
在滞流区进行，故其沉降速度可表示为：
ur
d2 (S ) 18
u
2 T
R
3.分离因数：同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉降
速度的比值，以Kc表示：
KC
ur ut
u
2 T
粒径d/μm
d<dc的颗粒有些可能已在进口处靠近壁面，在停留时间内能 够到达器壁；或者互相聚集而成大颗粒因而具有较大的沉降速 度。
②颗粒向器壁运动时，穿过厚度为进气口宽度B的流体层；
③颗粒与流体相对运动为滞流，且ρs>>ρ。
ur
d2 (S ) uT2 18 R
d2S 18
u
2 i
Rm
临界粒径计算公式的推导
颗粒到达器壁所需沉降时间：t
B ur
18R mB
d
2Su
2 i
气流在旋风分离器内停留时间： l 2R m Ne
ui
ηo～di粒级效率曲线：
100
粒径效率ηpi/％
此曲线可通过实测旋风分离器进、
出口气流中的含尘浓度及粒度分布得
到。设其临界直径dc为10μm。理论 上 ： 凡 d>10μm 的 颗 粒 ， 均 应
ηpi=100%;而 d<10μm的颗粒，均
为ηpi=0,即为折线所示。
0 10
实际上：d<dc的颗粒也有可观的 分 离 效 果 ； d>dc 的 颗 粒 也 有 部 分 未 被分离下来。其原因：
第三章 非均相物系的分离——离心沉降
非均相分离
1
第三章 非 均 相 分 离
§1 概述
非均相分离的分类
均相物系——传质操作（如蒸馏、吸收、萃取、干燥等）
非均相物系——机械操作（如沉降、过滤等）
1、非均相物系：存在相界面。对悬浮物有分分散相与连续相。
2、常见非均相物系分离操作有：
1）沉降物系置于力场，两相沿受力方向产生相对运动而分离，即沉降。 2）过滤：利用多孔的介质，将颗粒截留于介质上方达到液体与固体分离 3）湿法净制：“洗涤”气体 4）静电除尘：高压直流电场中，带电粒子定向运动，聚集分离。
………………（Ⅳ）牛顿定律
(三)沉降速度计算：
试差步骤：假设流型→采用对应公式计算 u t →校核 Ret 及流型
5
二、重力沉降计算举例
【例3-1】 有一玉米淀粉水悬浮液，温度20℃，淀粉颗粒平均直径为 15μm，淀粉颗粒吸水后的密度为1020kg m3 ，试求颗粒的沉降速度。
解：先假定沉降在层流区进行，故可以用式（Ⅱ）计算:
Pa
12
三、旋风分离计算举例
【例3-4】 某含尘空气中微粒的密度为1500 kg m3，温度70℃，常 压下流量1200 m3 h1。现采用筒体直径400mm的标准旋风分离器
进行除尘，试求能分离出尘粒的最小直径。
解：应用式（Ⅷ）求取 d c ，即：
dc
查图得： B D 0.4 0.1m, Ne 5 44
二、过滤基本方程式
dV P A
Ad r(V Ve)
…………………（Ⅸ）
即为滤饼不可压缩的过滤基本方程式。为过滤过程中任一瞬间的速度 dV ~ V 的关系。
d
15
三、恒压过滤
非均相物系分离
4．滤饼的压缩性。分为不可压缩滤饼和可压缩滤饼）。 5．过滤机的生产能力。过滤机的生产能力用单位时间 内所得滤液量表示。
（二）典型过滤设备 1．板框压滤机 主要由机头、滤框、滤板、尾板和压紧装置构成。板框压滤机工作 过程
二、过滤 （一）过滤基本概念
过滤是在推动力作用下，使悬浮液中的液体通过多孔
介质、而固体粒子被截留的液固分离的单元操作。过滤操 作所处理的悬浮液称为滤浆，通过多孔介质的液体为滤液， 被截留的固体粒子为滤饼或滤渣。
1．过滤介质。过滤操作中用于截留浮液中固体粒子的 多孔介质称为过滤介质。
2．滤饼过滤和深层过滤。按照固体颗粒被截留的情况， 过滤可分为滤饼过滤和深层过滤两类。
间为t
t
H ut
若要使直径为的颗粒在气体离开设备之前降到设备底 部，气流的停留时间至少等于颗粒的沉降时间，即
整理后，可得
t
BLH H
Vs
ut
Vs BLut
降尘室的生产能力只取决于降尘室的底面积BL和颗粒 的沉降速度ut，与降尘室的高度无关。因此，降尘室一般 设计成扁平形状，或设置多层水平隔板成多层降尘室。
在重力作用下使颗粒与流体之间发生相对运动而实现
分离的过程称为重力沉降。降尘室工作状况。
（一）球形颗粒沉降速度
颗粒在降尘室内沉降时的受力分析
浮力
重力为 浮力为 阻力为
Fg
6
d
3 p
s
g
Fb
6
d
3 p
g
u2
Fd A 2
阻力
阻力
重力
根据牛顿第二定律，可得 Fg -Fb - Fd = ma 对于小颗粒沉降加速阶段很短，可忽略，认为颗粒始终
常见非均相物系的分离
常见非均相物系的分离非均相物系是指由两种或两种以上物质组成的混合物，不同物质之间具有明显的物理和/或化学性质差异。
在很多情况下，需要将非均相物系进行分离，以便单独利用或处理每种物质。
下面是常见的非均相物系分离方法。
1. 溶液蒸馏法溶液蒸馏法是将一个液体从另一个液体中分离出来的一种方法。
它利用了两种液体在不同温度下的沸点差异。
将混合液体加热到其中一种液体的沸点，这种液体汽化，经过冷凝后分离出来。
例如，水和酒精的混合物可以用溶液蒸馏法分离成单独的水和酒精。
2. 磁性分离法磁性分离法是一种利用物质磁性差异进行分离的方法。
这种方法通常适用于含有磁性物质和非磁性物质的混合物。
通过加磁场，磁性物质会被吸附到磁性物质收集器中，而非磁性物质则会保留在原始混合物中。
例如，铁粉可以用磁性分离法从混合物中分离出来。
3. 过滤法过滤法是将一个物质从另一个物质中分离出来的一种方法，适用于固体和液体的混合物。
该方法利用了物质间的粒度差异。
将混合物过滤，固体颗粒被滤出，而液体则通过筛网留在容器中。
例如，沉积在水中的泥土、砂和碎石可以通过过滤法分离。
4. 蒸发结晶法蒸发结晶法是将溶解在溶液中的固体物质分离出来的一种方法。
通过控制温度和压力来使溶液蒸发并结晶，溶解物会被分离出来。
例如，从海水中提取盐分就是利用蒸发结晶法实现的。
5. 萃取法萃取法是一种利用溶剂对混合物进行分离的方法。
尽管在分离混合物时溶剂的选择很重要，但萃取法的基本步骤是将萃取剂与混合物混合，使其中一种物质溶解在萃取剂中，另一种物质留在原混合物中。
例如，从生物体中提取化合物通常需要利用萃取法。
6. 离心法离心法是一种利用离心机对液体混合物进行分离的方法。
该方法依靠液体中不同物质之间的密度差异。
将混合物放入离心机中，并在高速旋转下，物质会向不同方向移动。
例如，从牛奶中分离脂肪可以使用离心法。
7. 气体吸附法气体吸附法是一种将气态物质从混合物中分离出来的方法。
这种方法利用了不同气体之间的吸附性差异。
常见非均相物系的分离
常见非均相物系的分离
由于非均相物系中分散相和连续相具备不同的物理性质，故工业生产中多采用机械方法对两相进行分离。
其方法是设法造成分散相和连续相之间的相对运动其分离规律遵循流体力学基本规律。
常见有如下几种。
(1)沉降分离沉降分离是利用连续相与分散相的密度差异，借助某机械力
的作用，使颗粒和流体发生相对运动而得以分离。
根据机械力的不同，可分为重力沉降、离心沉降和惯性沉降。
(2)过滤分离过滤分离是利用两相对多孔介质穿透性的差异，在某种推进力的作用下，使非均相物系得以分离。
根据推进力的不同，可分为重力过滤、加压(或真空)过滤和离心过滤。
(3)静电分离静电分离是利用两相带电性的差异，借助于电场的作用，使两相得以分离。
属于此类的操作有电除尘、电除雾等。
(4)湿洗分离湿洗分离是使气固混合物穿过液体、固体颗粒粘附于液体而被分离出来。
工业上常用的此类分离设备有泡沫除尘器、湍球塔、文氏管洗涤器等。
此外，还有音波除尘和热除尘等方法。
音波除尘法是利用音波使含尘气流产生振动，细小的颗粒相互碰撞而团聚变大，再由离心分离等方法加以分离。
热除尘是使含尘气体处于一个温度场(其中存在温度差)中，颗粒在热致迁移力的作用下从高温处迁移至低温处而被分离。
在实验室内，应用此原理已制成热沉降器来采样分析，但尚未运用到工业生产中。
非均相物系的分离
实验数据处理
采用Δ/Δq代替d/dq，在过滤面积一定时，记录 下时间和累计的滤液量V，并由此计算一系列q值，
饼则被压紧，使单位厚度滤饼的流动阻力增大，此类滤饼称 为可压缩滤饼。
助滤剂：对于可压缩滤饼，为了使过滤顺利进行，可以将
质地坚硬而能形成疏松滤饼的另一种固体颗粒混入悬浮液或 预涂于过滤介质上，以形成疏松饼层，使得滤液畅流，该种 颗粒状物质就称为助滤剂。
助滤剂的基本要求：
1、能形成多孔饼层的刚性颗粒，使滤饼有良好的渗透性及 较低的流体阻力。 2、具有化学稳定性。
k
1
r'v
r'rp1s
5a2(1)2
r
3
七、过滤常数的测定
测定时采用恒压试验，恒压过滤方程为：
(q+qe )2=K (+e ) d/dt
微分上式得 2(q+qe )dq=Kd
d
dq
2 q K
2 Kqe
2qe/K
q
上式表明：d/dq与q成直线关系，直线斜率为2/K，截距为2qe/K
➢由斜率=2/K，求出K; ➢由截距=2qe/K ，求出qe； ➢由q2+2qqe=K， =0，q=0，求出e= qe2/K。
➢ 所以，在滤饼过滤时真正起过滤作用的是滤饼本 身，而非过滤介质。
架桥现象
注意：所选过滤介质的孔道尺寸一定要使“架桥现象”能够
过发生。
饼层过滤适于处理固体含量较高的悬浮液。
2.2 深层过滤(deep bed filtration)：深床过滤
➢特点：颗粒(粒子)沉积于介质内部。
➢过滤对象：悬浮液中的固体颗粒小而少。
➢比阻反映了颗粒特性(形状、尺寸及床层空隙率)对滤液流 动的影响；
其他非均相物系分离方法
其他非均相物系分离方法非均相物系分离方法是指一种将混合物中的组分分离开来的方法，其中混合物的组分一般无法通过物理或化学性质的差异来实现分离。
以下是一些常见的非均相物系分离方法：1. 沉淀法沉淀法是通过添加一种特定的药剂，使混合物中的某些组分产生沉淀，从而实现分离。
常见的沉淀法包括乙酸纤维素沉淀法、硫酸亚铁沉淀法等。
2. 萃取法萃取法是利用溶液中不同溶剂的亲和度差异，将混合物中的组分分离出来。
常见的萃取法有液-液萃取法、固-液萃取法等。
3. 蒸馏法蒸馏法是通过控制混合物中各组分的沸点差异，将其分离出来。
常见的蒸馏法有常压蒸馏法、减压蒸馏法等。
4. 结晶法结晶法是通过控制混合物中不同组分的溶解度，使一部分组分结晶出来，从而实现分离。
常见的结晶法有溶剂结晶法、冷却结晶法等。
5. 绝热升华法绝热升华法是利用混合物中某些组分的升华性质，通过加热使其升华出来，从而实现分离。
常见的绝热升华法有淋滤干燥法、干燥剂吸附法等。
6. 离心法离心法是利用混合物中各组分的密度差异，通过离心操作使其分离出来。
常见的离心法有常规离心法、密度梯度离心法等。
7. 色谱法色谱法是利用混合物中各组分在固定相和流动相之间的分配系数差异，通过在固定相上移动的速度差异来实现分离。
常见的色谱法有气相色谱法、液相色谱法等。
8. 电泳法电泳法是利用混合物中各组分在电场下的迁移速度差异，通过在带电介质中的迁移来实现分离。
常见的电泳法有毛细管电泳法、凝胶电泳法等。
总结起来，非均相物系分离方法包括沉淀法、萃取法、蒸馏法、结晶法、绝热升华法、离心法、色谱法和电泳法等。
每种方法在不同的实际应用场景中都有其独特的优势和适用性，通过合理选择和组合这些方法，可以实现对混合物中组分的有效分离和提纯。
分离非均相物系的方法
q2 2qeq K
qe2 Ke
qV A
qe
Ve A
V Ve 2 KA2 e q qe 2 K e
注意：累计滤液体积与累计过滤时间
当量滤液体积、虚拟滤液体积 当量过滤时间、虚拟过滤时间
返回
当过滤介质阻力可以忽略时有 Ve=0
过滤常数
K 2k p1s 2p1s m2/s
rv
qe、 e
104 Ret 1
Ret
dut
斯托克斯公式
ut
d 2s g
18
试差法：三步曲
假定流动处于层流区 Stokes公式求相关物理量
计算Ret ，并判断是否<1，若yes则计算有效 结论
合理工艺流程：气体先冷却后除尘；液体先除尘后冷却
返回
（3）重力沉降设备降尘室
分离依据气体通过降尘室的时间内颗粒能够 沉降至室底，即 t
全部液体=滤饼中液体+滤液
返回
（3）滤液流动的模型 滤饼床层中滤液的不规则通道 一组长度为l 的平行细管
①细管内表面积=床层颗粒的全部表面积 ②细管的总体积=床层空隙体积
滤液在滤饼床层中的流动类型为滞流
返回
（4）恒压过滤
过程特点：推动力不变，阻力逐渐变大，
过滤速率逐渐变小
V 2 2VeV KA2 Ve2 KA2e
1.分离非均相物系的方法 机械法 沉降：颗粒相对于流体运动，利用连续相与分散 相密度差异 过滤：流体相对于固体颗粒床层运动
2.沉降 重力沉降重点掌握 离心沉降
自由沉降 干扰沉降
3.重力沉降 （1）过程分析：先加速后等速沉降 加速阶段时间短
等速阶段速度为沉降速度（终端速度） 返回
（2）沉降速度的计算：重点掌握层流区