2023年其他非均相物系分离方法
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物理化学中常用的分离技术，用于分离混合物中的各个组分。
除了常见的沉淀、过滤、蒸馏等方法外，还有许多其他非均相物系分离方法，本文将重点介绍一些常见的非均相物系分离方法。
1. 吸附分离法吸附分离法是利用吸附剂对混合物中的某些组分具有选择性吸附的特性进行分离的方法。
常见的吸附剂有活性炭、硅胶、膨润土等。
该方法适用于分离液体和气体中的溶质，通过控制吸附剂的选择和条件，可以实现不同组分的分离。
2. 萃取分离法萃取分离法是利用溶液中各组分在两种互不溶解的溶剂中的溶解度差异进行分离的方法。
通常，一种溶剂被称为萃取剂，用于选择性地溶解混合物中的某个组分。
常见的萃取剂有乙酸乙酯、苯、四氯化碳等。
萃取分离法广泛应用于有机合成、环境监测等领域。
3. 离心分离法离心分离法是利用离心力将混合物中的不同组分分离的方法。
由于不同组分的密度、尺寸等特性不同，它们在离心力的作用下会产生不同的沉降速度，从而实现分离。
离心分离法广泛应用于生物化学、生命科学等领域，可以分离细胞、细胞器、蛋白质等。
4. 气相色谱（GC）气相色谱是一种基于物质在固定相与流动相间分配平衡的方法，通过分离和定量混合物中的不同组分。
在气相色谱中，混合物中的组分首先通过装有吸附剂的柱子，然后通过加热柱子使组分逐个挥发，最后被流动相带出，通过检测器进行检测和定量。
气相色谱广泛应用于分析化学、环境检测、食品安全等领域。
5. 气液色谱（GLC）气液色谱是利用不同组分在液态固定相和气相间分配平衡的方法进行分离的。
在气液色谱中，混合物首先通过液态固定相，然后通过加热使其逐个挥发，最后被气相带出，通过检测器进行检测和定量。
气液色谱广泛应用于分析化学、食品安全、医药生物等领域。
6. 膜分离法膜分离法是利用特殊的分离膜对混合物中的组分进行分离的方法。
根据分离机理和应用需求的不同，膜分离可以分为微滤、超滤、纳滤、逆渗透等。
例如，超滤膜可以通过分子大小的差异来分离溶液中的大分子和小分子。
非均相物系的分离全课件
contents
目录
• 非均相物系分离概述 • 非均相物系分离原理 • 非均相物系分离技术及应用 • 非均相物系分离设备 • 非均相物系分离实验与案例分析
01
CATALOGUE
非均相物系分离概述
定义与分类
定义
非均相物系是指由固体颗粒、液体或 气体等不同相态物质组成的混合物。 分离是指将非均相物系中的各相态物 质进行分离、提纯或富集的过程。
萃取设备
总结词
利用两种不相溶溶剂的溶质分配原理，实现溶质由一种溶剂向另一种溶剂转移 的设备。
详细描述
萃取设备包括萃取塔、混合器、分液漏斗和离心萃取器等，适用于处理难以用 一般分离方法分离的混合物。通过选择合适的萃取剂，将目标物质从一种溶剂 转移到另一种溶剂中，达到分离和提纯的目的。
05
CATALOGUE
浮选分离原理
泡沫浮选
利用气泡将目的物质吸附并浮至液面形成泡沫层，从而实现 物质的分离。
沉淀浮选
将目的物质在溶液中先沉淀，再通过浮选的方法将其与其他 物质分离。
萃取分离原理
分配系数
物质在两种不混溶液体中的溶解度之比。
萃取过程
将待分离的物质加入两种不混溶液体的混合物中，经过一定时间后，利用两种液体的密度差异进行分 离。
应用
在石油、化工、制药、食品、环保等领域广泛应用，主 要用于固-液分离。
离心分离技术及应用
离心分离技术
利用离心力场的作用，使不同密度的物 质在离心场中受到不同的离心力，从而 实现物质分离的技术。
VS
应用
在化工、制药、环保、食品等领域广泛应 用，主要用于固-液分离和液-液分离。
浮选分离技术及应用
浮选分离技术
化工原理-3非均相物系的分离
02
离心分离因数 ： Kc=(uT2/R)/g Kc值是反映离心分离设备性能的重要指标，一般远大于1，高速离心机K值可达十万以上。
（二）离心沉降设备:旋风分离器 (cyclone separator) 1.结构及工作原理 标准型旋风分离器结构如图。
h =D/2 D1=D/2 B = D/4 H1=2D H2=2D S =D/8 D2=D/4
Newton 公式：
Stokes 公式：
沉降速度的其它影响因素
颗粒浓度：颗粒体积浓度较大时，发生干扰沉降，沉降较慢。
器壁效应：容器壁面、底面处阻力↑→ut↓。
颗粒形状：对非球形颗粒，用到当量直径de，阻力系数与球形度（形状系数）φs 有关,比球形颗粒大，ut减小 。
*
P145 图3-2
01
不同球形度
*
可见，分离条件与沉降面积有关，而与降尘室的高度无关。所以降尘室可设计成扁平形状，或在室内设置多层水平隔板，构成多层降尘室。
颗粒能从气流中分离出来的条件是: θt≤θ 即 VS ≤blut （降尘室的基本公式） VS＝blut所对应的ut为理论上能完全(100%)分离下来的最小颗粒的沉降速度.
单个颗粒
一、颗粒的特性
比表面积a （单位体积颗粒所具有的表面积） a=(πd2)/(πd3/6)=6/d （与颗粒直径成反比）
（1）球形颗粒：直径d
体积当量直径de:与颗粒体积相等的圆球的直径,即令
（2）非球形颗粒
贰
壹
叁
②球形度（或形状系数）φs：反映颗粒形状与球形的差异程度。 φs＝S/Sp
离心沉降:当流体带着颗粒旋转时，若颗粒的密度大于流体的，则颗粒在惯性离心力作用下在径向与流体发生相对运动飞离中心。
非均相物系分离.pptx
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②深层过滤
颗粒尺寸比介质孔道小的多，孔道弯曲细长，颗粒进入孔道后容易被截留。同时 由于流体流过时所引起的挤压和冲撞作用。颗粒紧附在孔道的壁面上。介质表面 无滤饼形成，过滤是在介质内部进行的。
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3、过滤方式 表面过滤（滤饼过滤）
过滤
加入方法
预涂： 用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进行过滤，在过 滤介质上形成一层由助滤剂组成的滤饼。
将助滤剂混在滤浆中一起过滤
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第二节 表面过滤的基本理论
一、过滤基本方程式
1、滤液通过饼层的流动的过滤速度
过滤速度：单位时间通过单位过滤面积的滤液体积。
悬浮液
p
u dV
、 W、与V 有关，V ， ， W 。V由生产任务所
定 ，V ，
L
若W ，D
V 但的幅 滤度饼小厚于度 ，平均过滤Q 速 率 ，
一定，
的Q 幅度， 。
，L ，
W
V
D
平均过滤速率 ， ，但 V ， 而
一定且Q 在 一个周期内所占比例 ， 幅度小于
的幅度，
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从上面的分析可知，op对t 恒Q定过滤每一操作周期中必
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则：Rm=rmLm; Rc=rL
u
(rm
p
Lm rL)
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设想以一层厚度为 的滤饼来代替过滤介质，
Le
rm Lm rLe Rm
故上式可写为
P
P
u
(rL rLe ) r(L Le )
式中：
Le —过滤介质的当量滤饼厚度，或称为虚拟滤饼厚度，m;
非均相物系的分离
非均相物系的分离第一节概述非均相物系包括气固系统(空气中的尘埃)、液固系统(液体中的固体颗粒)、气液系统(气体中的液滴)、液液系统(乳浊液中的微滴)等。
其中尘埃、固体颗粒、气泡和微滴等统称为分散物质(或称分散相)，而非均相物系中的气体、液体称为分散介质(或称连续相)。
非均相物系分离的依据是连续相与分散相具有不同的物理性质(两相的密度不同)，故可用机械方法将两相分离。
利用两相密度差进行分离时，必须使分散相与连续相间产生相对运动，故分离非均相物系的单元操作遵循流体流动的基本规律。
非均相物系的分离主要用于：1 回收有用物质；2 净化分散介质；3 除去废液、废气中的有害物质，满足环境保护的要求。
第二节重力沉降一、沉降速度在重力场中，借连续相与分散相的密度差异使两相分离的过程，称为重力沉降。
1、球形颗粒的自由沉降若固体颗粒在沉降过程中，不因流体中其它颗粒的存在而受到干扰的沉降过程，称为自由沉降。
表面光滑的球形颗粒在静止流体中沉降时，由于颗粒的密度ρs大于流体的密度ρ，所以颗粒受重力作用向下沉降，即与颗粒与流体产生相对运动。
在沉降中，颗粒所受到的作用力有重力、浮力和阻力。
开始时，颗粒为加速运动，随着颗粒沉降速度的增大，阻力亦增大，当颗粒受力达平衡时，颗粒即开始作匀速沉降，对应的沉降速度为一定值，称该速度为沉降速度或终端速度，以u t表示，其计算式为ξρρρ34)(dg u s t -=2、阻力系数ζ阻力系数ζ是流体与颗粒相对运动时的雷诺数准Re t 的函数，即ζ=f(Re t )μρi t du Re =阻力系数ζ与Re t 的关系由实验测定，结果如图3-2所示。
图中曲线按Re t 值可分成四个区，即(1) 层流区，Re t ≤2(又称斯托克斯区) tRe 24=ξ (2) 过渡区，2＜ Re t ＜1036.0Re 5.18t =ξ(3) 湍流区，103＜ Re t ＜2×105 ζ=0.44 对应各区沉降速度u i 的计算公式如下： (1) 层流区μρρ18)(2g d u s i -=(2) 过渡区6.0)(27.0ts i Re gd u ρρρ-=(3) 湍流区ρρρgd u s i )(74.1-=3、沉降速度的计算计算沉降速度u i 时，为选用计算公式，应先判断流动类型，即先算出Re t 值，计算Re t 时需已知u i ，而u i 是待求量，故需用试差法求解。
常见非均相物系的分离
常见异构系统的分离
由于非均相物系中分散相和连续相具有不同的物理性质，故工业
生产中多采用机械方法对两相进行分离。
该方法试图引起分散相和连
续相之间的相对运动，其分离规律遵循流体力学的基本规律。
常见有
如下几种。
(1)沉降分离沉淀分离利用连续相和分散相之间的密度差，借助
某机械力
的作用，通过相对运动使粒子和流体分离。
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)过滤分离过滤分离利用了两种相对多孔介质渗透性的差异，
在某种推动力的作用下，使非均相物系得以分离。
根据推动力的不同，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基于两相带电的差异，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。
工业上常用的分离设备是泡沫除尘器、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，在热诱导迁移力的作用下，颗粒从高温迁移到低温并被分离。
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。
化工原理第3章 非均相物系的分离
第2节
离心沉降
离心沉降速度
仿照重力沉降速度的推导方法，可得到颗粒在径向 上相对于流体的运动速度
ur
2 4d s uT
3 R
ut2 R
是离心场的离心加速度。
离心沉降速度
如果是层流
则离心沉降速度为
而重力沉降速度是：
离心加速度与重力加速度之比叫离心分离因数， 用 kc表示。它是离心分离设备的重要性能指标。其 定义式为
自由沉降速度
ut
4d s g 3
Fg>Fb
速度u 加速度a
颗粒向下运动
F
b
阻力Fd a=0，恒速运动
Fd
Fg
加速运动：减加速运动，忽略； 等速阶段：沉降速度ut（恒速）
根据牛顿第二运动定律，颗粒所受三个力的合 力应等于颗粒的质量与加速度的乘积，即
Fg-Fb-Fd= ma
第3章 非均相物系的分离
第1节
重力沉降
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。
沉降：悬浮在流体中的固体颗粒借助于外场作用力产生定向 运动，从而实现与流体相分离，或者使颗粒相增稠、流体相 澄清的一类操作。
过滤设备
非洗涤板 悬浮液
洗涤板
非洗涤板
滤液 板 框 板 框 板
过滤操作：过滤阶段悬浮液从通道进入滤框，滤液在压力下 穿过滤框两边的滤布、沿滤布与滤板凹凸表面之间形成的沟 道流下，既可单独由每块滤板上设置的出液旋塞排出，称为 明流式；也可汇总后排出，称为暗
第3节
过滤
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；
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2023年其他非均相物系分离方法
在材料科学领域，非均相物系的分离方法是关键技术之一。
2023年，随着科学技术的发展，新的分离方法将不断涌现。
本文将探讨2023年可能出现的几种非均相物系分离方法。
1. 受控分子组装分离法：
随着纳米技术的发展，分子组装已成为一种受到广泛关注的分离方法。
2023年，人们预计会进一步探索利用分子组装为非均相物系实现有效分离的方法。
例如，通过设计合适的组装剂，可以实现对分子的选择性吸附和分离。
这种方法具有高效、可控、可重复性等优点，对于分离杂质和提纯物质具有潜在应用价值。
2. 光敏材料分离法：
近年来，光敏材料在能源、环境、医药等领域得到广泛应用。
2023年，预计会出现一种基于光敏材料的非均相物系分离方法。
这种方法基于光敏材料对光反应的敏感性，通过光诱导的分子反应来实现分离。
例如，可以利用光敏材料表面吸附目标分子，在特定的光照条件下，触发光化学反应，使分子脱附从而实现分离。
这种方法具有无需添加外部试剂、易于操作和环境友好等特点，有望在分离技术中得到广泛应用。
3. 磁性纳米颗粒分离法：
磁性纳米颗粒具有独特的磁性特性，可在外加磁场的作用下实现对非均相物系的选择性分离。
预计在2023年，磁性纳米颗粒分离法将得到进一步的发展和应用。
例如，可以使用磁性纳米颗
粒作为分离材料，在外加磁场的作用下实现对特定分子的吸附和分离。
这种方法具有高选择性、易于回收和可重复使用等优点，在生物医药、环境污染处理等领域具有广泛的应用前景。
4. 电场分离法：
电场分离法是利用电场作用对非均相物系进行分离的方法。
2023年，预计会出现更加高效、高精度的电场分离技术。
例如，可以利用微纳米加工技术制备微通道结构，在外加电场的作用下实现对微纳米粒子的分离。
这种方法具有设备简单、操作灵活、处理速度快等优点，可应用于微生物分离、细胞分离等领域。
5. 超声波分离法：
超声波在材料科学领域有着广泛的应用。
2023年，超声波分离法有望得到进一步的研究和发展。
例如，可以利用超声波对非均相物系进行超声波辅助萃取和超声波辅助析出，实现分离过程的快速和高效。
这种方法具有无需加热、无需添加外部方法和处理速度快等特点，可以应用于食品化工、环境治理等领域。
总结起来，随着科学技术的不断进步，2023年可能出现的非均相物系分离方法包括受控分子组装分离法、光敏材料分离法、磁性纳米颗粒分离法、电场分离法和超声波分离法等。
这些分离方法在提升分离效率、减少能源消耗、实现环境友好等方面具有重要的应用价值。
然而，这些方法的应用仍然需要进一步的研究和探索，以满足不同领域对于非均相物系分离的需求。