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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。
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。
非均相物系的分离-资料
多层 除尘室
A-清液区 B-等浓区 C-变浓区 D-沉聚区
料浆 连 续 沉 降 槽
清液 溢流
底流
非均相物系的分离 3-1-1 沉降速度
球形颗粒) 3
f(Ret)
Re t
du t
二、沉降速度的计算 1. 试差法 2. 摩擦数群法
三、直径计算
d 3 ut2 4g(s )
四、非球形颗粒的自由沉降 1. 当量直径de：与颗粒体积相等的圆球直径
VP
6
de3
VP —颗粒的实际体积
分析：若气体通过降尘室所用的时间为 ；颗粒降至室底的时间为 t。
则颗粒能被分离出的条件为： ≥ t （ = t 时是能被分离出的临界颗粒）
l u
t
H ut
bH u
Vs
lH 而
u
ut
lbH H
Vs
ut
Vs lbut Vs最大lbut
可见： Vs=f（lb，ut）
说明：Vs与沉降面积和沉降速度有关，而与尘 室的高度无关，因此，可将其做成多层式。
2. 球形度 s ： s
S Sp
S——与颗粒实际体积相等的球形表面积 SP——颗粒的实际表面积
3. 球形度对沉降速度的影响（用图3-2分析）
（1 ）相同体积的同一种固体物质， 当Ret 一定时， s 越小， 就越大， u t 就越小。
说明：相同体积的同一种固体物质， 当Ret 一定时，颗粒越接近球形， 越易沉降
(2) 滞流区内， s 对的影响并不显著。随着 Ret 的增大，这种影响逐渐变大。
4非均相物系的分离 共98页
1
ut
4g22(2p5)2
3
dp
（3）湍流区 ut
3.03dpg(p )
3）沉降速度的求取
通常采用试差法： ①假设属于层流区，计算沉降速度（用斯托克斯
公式求ut）； ②计算Re，验证与假设是否相符；
③如果不相符，则转①。如果相符，OK !
例：计算直径为95m，密度为3000kg/m3的固体颗粒
量较大的悬浮液的分离。这种设备具有结构简单， 可连续操作且增稠物浓度较均匀等优点，其缺点 是设备庞大、占地面积大、分离效率较低等。
连续沉降槽
沉聚（sedimentation）：悬浮液放在大型容器里，其中
的固体颗粒在重力下沉降，得到澄清液与稠浆的操作。
澄清：当原液中固体颗粒的浓度较低，而为了得到澄清液
沉降操作分类：重力沉降、离心沉降。
一、重力沉降沉降.AVI
• 依据重力作用而发生的沉降过程。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。
• 一般用于分离气、固混合物和混悬液的分离。
• 1、球形颗粒的自由沉降
• 1）沉降速度
• 若固体颗粒在沉降过程中，不受流体中其它颗粒的干扰及 器壁的影响的沉降过程，称为自由沉降。
二、非均相物系的分离
1、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、颗粒形状、尺寸有差异等)，故可用 机械方法使两相产生相对运动而将两相分离。
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。
• 2、操作方式 • 根据两相相对运动方式不同，机械分离分为过
称为临界粒径dpc 。
• 以滞流区为例，则
第三章非均相物系的分离
➢上式满足条件(1)容器相对颗粒直径大得多(100倍以上) (2)颗粒不可过细，否则出现布朗运动(d>2μm)
➢适用条件(1)颗粒静止，流体运动 (2)颗粒运动，流体静止 (3)颗粒流体作相反方向运动 (4)颗粒、流体作相同方向运动，但速度不同
• 例3-1,3-2见教材111页
• 斯托克斯定律的含义:FD=3πμdpu • 临界直径：指理论上能够完全分离出来的
到阻力、浮力和重力的作用，其中阻力是由摩擦引
起的，随颗粒与流体间的相对运动速度而变，仿照
管内流动阻力计算式：
p f
u 2
2
Fd u 2
A
2
Fd
A u 2
2
d 2 u 2
4
2
则，受力情况：
重力：Fg
6
d 3 sg
浮力：Fb
6
d 3g
阻力：Fdຫໍສະໝຸດ 4d2 u 2
2
24 24 Re p dpu
内曲线所对应的ζ可分别用相应的数学关系式表示。
• 1) 场力F • 重力场 Fg=mg • 离心场 Fc=mrω2
• 2) 浮力Fb 重力场 Fgb=mρg/ρb(重力场中颗粒所受的浮
力) 离心场 Fb=mrω2ρ/ρb(离心场中颗粒所受的
浮力)
2020/7/11
11
• 设直径为d、密度为ρs的光滑球形颗粒在密度为 ρ，粘度为μ的静止流体中作自由沉降。此时颗粒受
缩后气体中的油滴分离而净化气体等。 • (3).环境保护与安全生产(环境保护的需要) • 象烟道气的排放、废液的排放都要求其含固量达到一定
标准，以防止对大气、河海等环境污染。
• 混合物的分类
• 均相物系：物系内部各处物料性质均匀而不存在相界面的混合物系。 • 非均相物系：物系内部有明显的相界面存在而界面两侧物料的性质不同的
2023年其他非均相物系分离方法
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。
非均相物系的分离
2,常见非均相物系分离操作有: ,常见非均相物系分离操作有:
(1)沉降:在外力作用下颗粒相对于流体(运动或静止 ) )沉降:在外力作用下颗粒相对于流体(
运动而实现分离的过程. 运动而实现分离的过程. 重力沉降——重力场,颗粒自上而下运动. 重力场, 重力沉降 重力场 颗粒自上而下运动. 离心沉降——离心力场,颗粒自旋转中心向外沿运动. 离心力场, 离心沉降 离心力场 颗粒自旋转中心向外沿运动.
1,自由沉降和沉降速度: ,自由沉降和沉降速度:
自由沉降:单一颗粒或充分分散的颗粒群(颗粒间不接触) 自由沉降:单一颗粒或充分分散的颗粒群(颗粒间不接触)在粘性流体 中沉降.(较稀混悬液和含尘气中颗粒) .(较稀混悬液和含尘气中颗粒 中沉降.(较稀混悬液和含尘气中颗粒) 重力沉降速度指自由沉降达匀速沉降时的速度 指自由沉降达匀速沉降时的速度. 重力沉降速度指自由沉降达匀速沉降时的速度. 颗粒沉降速度与其形状有很大关系, 颗粒沉降速度与其形状有很大关系,先取光滑球形颗粒在静止流体中 来研究. 来研究. 颗粒密度大于流体密度时,作自由沉降,受到三个力的作用: 颗粒密度大于流体密度时,作自由沉降,受到三个力的作用:
提高其生产能力,只能通过增大降尘室的沉降面积实现, 提高其生产能力,只能通过增大降尘室的沉降面积实现,故可将 降尘室做成多层,气流并联通过各区.可见, 降尘室做成多层,气流并联通过各区.可见,理论上降尘室的生产能 力只与其沉降面积bl及颗粒的沉降速度u 有关,而与降生室高度H无关. bl及颗粒的沉降速度 力只与其沉降面积bl及颗粒的沉降速度ut有关,而与降生室高度H无关. 故降尘室应设计成扁平形,或在室内均匀设置多层水平隔板,构成多 故降尘室应设计成扁平形,或在室内均匀设置多层水平隔板,构成多 层降尘室. 层降尘室.
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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最新整理其他非均相物系分离方法
气体的净制是化工生产过程中较为常见的分离操作。
实现气体的净制除可利用前面介绍的沉降与过滤方法外，还可利用惯性、洗涤等分离方法。
一惯性分离器
惯性分离器是利用夹带于气流中的颗粒或液滴的惯性进行分离在气体流动的路径设置障碍物，气流或液流绕过障碍物时发生突然的转折，颗粒或液滴便撞击在障碍物上被捕集下来。
惯性分离的操作原理与旋风分离器相近，颗粒的惯性愈大，气流转折的曲率半径愈小，则其分离效率愈高。
所以颗粒的密度与直径愈大，则愈易分离。
适当增大气流速度及减少转折处的曲率半径也有利于提高分离效率。
一般来说，惯性分离器的分离效率比降尘室略高，可作为预除尘器使用。
二、文丘里除尘器
文丘里除尘器是一种湿法除尘设备。
其结构与文丘里流量计相似。
收缩管、喉管、扩散管3部分组成。
只是喉管四周均匀地开有若干小孔，有时扩散管内设置有可调锥，以适应气体负荷的变化。
操作中，含尘气体以50～lOOm／s 的速度通过喉管时，把液体喉管外围夹套经径向小孔进入喉管内，并喷成很细的雾滴，促使尘粒润湿并聚结变大，随后引入旋风分离器或其他分离设备进行分离。
文丘里除尘器结构简单紧凑、造价较低、操作简便，但阻力较大，其压力降—;般为2000—;5000Pa，需与其他分离设备联合使用。
三、泡沫除尘器
泡沫除尘器也是常用的湿法除尘设备之一，其外壳为圆形或方形简体，中间装有水平筛板将内部分成上下两室。
液体上室的一侧靠近筛板处进入，并水平流过筛板，气体下室进入，穿过筛孔与板上液体接触，在筛板上形成一泡沫层，泡沫层内气液混合剧烈，泡沫不断破灭和更新，从而创造了良好的捕尘条件。
气体中的尘粒一部分(较大尘粒)被从筛板泄漏下来的液体吸去，器底排出，
另一部分(微小尘粒)则在通过筛板后被泡沫层所截留，并随泡沫液经溢流板流出。
泡沫除尘具有分离效率高，结构简单，阻力较小等优点，但对设备的安装要求严格，特别是筛板的水平度对操作的影响很大。