非均相物系分离之概念.
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非均相物系的分离全课件
非均相物系的分 离全课件
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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
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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
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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
滞流离心沉降
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。
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
通常将原悬浮液称为滤浆，滤浆中的固体颗粒称为滤渣， 过滤时积聚在过滤介质上的滤渣层称为滤饼，通过过滤 介质的液体称为滤液。
（二）过滤介质
过滤介质的作用是支承滤饼，故除有孔隙外，还应具有足 够的机械强度及尽可能小的阻力。
工业上常用的过滤介质有：
织物介质：天然纤维、化学纤维、玻璃丝、金属丝织成的 滤网。
与重力沉降速度相比，只是将重力场改为离心场。
三、沉降分离设备 1、重力沉降设备 降尘室、连续沉降槽 2、离心分离设备 旋风分离器、旋液分离器、离心沉降机
第二节 过滤
一、概述
（一）滤饼过滤与深层过滤
滤饼过滤 悬浮液中的颗粒沉积在过滤介质表面形成滤饼 层，滤液穿过滤饼层中的空隙流动叫做滤饼过滤。
深层过滤 固体颗粒不形成滤饼，而是沉积在过滤介质内 部叫做深层过滤。
第三章 非均相混合物的分离
学习要点： 重力沉降与离心沉降的基本公式； 过滤机理和过滤基本参数； 恒压过滤方程及过滤常数的测定
均相物系：指物系内部各处均匀且无相界面，包括 溶液、气体混合物等。
非均相物系：指物系内部有隔不同相的界面且界面 两侧的物料性质有差异。
包括： 气固系统（如空气中的尘埃）；
液固系统（如液体中的固体颗粒）；
（四）实际重力沉降速度
自由沉降：固体颗粒在沉降过程中不因流体中其他颗 粒的存在而受到干扰的沉降。
干扰沉降：固体颗粒在沉降过程中，因颗粒之间的相 互影响，而使颗粒不能正常沉降。
二、 离心沉降
颗粒在离心力场作用下，受到离心力的作用而沉降的过程 称为离心沉降。
悬浮在流体中的微粒，利用离心力比利用重力可以使微粒 的沉降速度增大很多，这是因为离心力由旋转而产生，旋 转的速度愈大则离心力也愈大；而微粒在重力场中所受的 重力作用是一个定值。因此，将微粒从悬浮物系中分离时， 利用离心力比利用重力有效的多。同时，利用离心力作用 的分离设备不仅可以分离较小的微粒，而且设备的体积可 以缩小。
（二）过滤介质
过滤介质的作用是支承滤饼，故除有孔隙外，还应具有足 够的机械强度及尽可能小的阻力。
工业上常用的过滤介质有：
织物介质：天然纤维、化学纤维、玻璃丝、金属丝织成的 滤网。
与重力沉降速度相比，只是将重力场改为离心场。
三、沉降分离设备 1、重力沉降设备 降尘室、连续沉降槽 2、离心分离设备 旋风分离器、旋液分离器、离心沉降机
第二节 过滤
一、概述
（一）滤饼过滤与深层过滤
滤饼过滤 悬浮液中的颗粒沉积在过滤介质表面形成滤饼 层，滤液穿过滤饼层中的空隙流动叫做滤饼过滤。
深层过滤 固体颗粒不形成滤饼，而是沉积在过滤介质内 部叫做深层过滤。
第三章 非均相混合物的分离
学习要点： 重力沉降与离心沉降的基本公式； 过滤机理和过滤基本参数； 恒压过滤方程及过滤常数的测定
均相物系：指物系内部各处均匀且无相界面，包括 溶液、气体混合物等。
非均相物系：指物系内部有隔不同相的界面且界面 两侧的物料性质有差异。
包括： 气固系统（如空气中的尘埃）；
液固系统（如液体中的固体颗粒）；
（四）实际重力沉降速度
自由沉降：固体颗粒在沉降过程中不因流体中其他颗 粒的存在而受到干扰的沉降。
干扰沉降：固体颗粒在沉降过程中，因颗粒之间的相 互影响，而使颗粒不能正常沉降。
二、 离心沉降
颗粒在离心力场作用下，受到离心力的作用而沉降的过程 称为离心沉降。
悬浮在流体中的微粒，利用离心力比利用重力可以使微粒 的沉降速度增大很多，这是因为离心力由旋转而产生，旋 转的速度愈大则离心力也愈大；而微粒在重力场中所受的 重力作用是一个定值。因此，将微粒从悬浮物系中分离时， 利用离心力比利用重力有效的多。同时，利用离心力作用 的分离设备不仅可以分离较小的微粒，而且设备的体积可 以缩小。
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
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。
非均相分离
四、过滤速度
1.过滤速度与过滤速率
单位时间内通过单位过滤面积滤液的体积称为过滤速度，
u=V/At 式中： A——过滤面积，m２
非均相物系里，处于分散状态的物质称为分散物质（或分散 相），包围着分散物质而处于连续状态的流体，称为分散介质 （或连续相）。
4、非均相物系的分离：通过机械方法分离非均相物系的单元 操作。具体点讲机械方法:沉降和过滤。
常遇到的混合物可分为两大类
第一类是均相物系—如混合气体、溶液；
特征：物系内各处性质相同，无分界面。须用吸收、蒸馏等 方法分离。
连续相若为液体，则为液相非均相物系
均相
气态 液态 气—固
混
气—液
合
物
非均相
液—固
液—液
固—固
空气、天然气 乙醇—水、石油
烟道气 气泡—液体 雾滴—气体 泥水、硫铵+母液 牛奶、油—水 煤矸石、金属矿
非均相物系分离的目的
1、回收分散物质，如从母液中分离出晶粒；如从催化反应器 出来的气体中，往往带有催化剂颗粒，必须把这些有价值的 颗粒回收利用。
第二类是非均相体系—
液态非均相物系：固体颗粒与液体构成的悬浮液；不互溶液 体构成的乳浊液；
气态非均相物系：固体颗粒（或液体雾滴）与气体构成的含 尘气体（或含雾气体）；气泡与液体所组成的泡沫液等。
特征：物系内有相间的界面，界面两侧的物性截然不同。
（1）分散相：往往是液滴、雾滴、气泡，固体颗粒。
（2）连续相：连续相若为气体，则为气相非均相物系。
线性尺寸
② 粒度分布
L-对数标准分布； R-罗逊拉姆勒分布； N-标准分布
粒度分布的代表性曲线
6.颗粒密度 从一般手册中查得
非均相分离
第三章 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
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
3．过滤推动力和过滤速度。在工业上应用最广的是压 差过滤，包括加压过滤和真空过滤。
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
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
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
《化工原理》第3章 非均相物系的分离
图3-14 外滤式转筒真空过滤机操作简图
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第3章 非均相物系的分离
图3-15表示分配头的结构。此分配头由一随转鼓转动的 转动盘和一固定盘所组成。
1.转动盘 2.固定盘 3.与真空管路相通的孔隙 4.与洗涤液贮槽相通的孔隙 5、6.与压缩空气管路相通的孔隙 7.转动盘上的小孔 图3-15 分配头
21
图3-17 气体在旋风分离器中的运动情况
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第3章 非均相物系的分离
2.旋液分离器 旋液分离器是一种利用 离心力的作用分离悬浮液的 设备。其结构和原理和旋风 分离器相似。如图3-18所示， 设备主体是由圆筒和圆锥两 部分构成。
1.悬浮液入口管 2.圆筒 3.锥形筒 4.底流出口 5.中心溢流管 6.溢流出口管 图3-18 旋液分离器
我们从过滤速率式出发，求出过滤的推动力和阻力，然后 对上式进行积分即可得到滤液量V与过滤时间τ之间的关 系，即过滤基本方程式。
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第3章 非均相物系的分离
2.恒压过滤方程式 过滤操作可以在恒压、恒速，先恒速后恒压等不同条件 下进行，其中恒压过滤是最常见的过滤方式。连续过滤机上 进行的过滤都是恒压过滤，间歇过滤机上进行的过滤也多为 恒压过滤，因此，我们重点讨论恒压过滤方程式。 恒压过滤时滤液体积与 过滤时间的关系为一抛物线 方程，如图3-8所示。
第3章 非均相物系的分离
3.1 概述 3.2 重力沉降 3.3 过滤 3.4 离心分离
第3章 非均相物系的分离
3.1 概述
在化工生产中，经常遇到混合物的分离过程。混合物可 分为两大类，即均相混合物（或均相物系）和非均相混合物 （或非均相物系）。 若物系内各处组成均匀且不存在相界面，则称为均相混 合物（或均相物系）。如溶液及混合气体都属于均相物系。 均相物系的分离可采用蒸发、精馏、吸收等方法。若物系内 有相界面存在且界面两侧的物质的性质截然不同，这类物系 称为非均相混合物（或非均相物系）。如含尘气体和含雾气 体属于气态非均相物系；悬浮液、乳浊液、泡沫液等属于液 态非均相物系。
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第3章 非均相物系的分离
图3-15表示分配头的结构。此分配头由一随转鼓转动的 转动盘和一固定盘所组成。
1.转动盘 2.固定盘 3.与真空管路相通的孔隙 4.与洗涤液贮槽相通的孔隙 5、6.与压缩空气管路相通的孔隙 7.转动盘上的小孔 图3-15 分配头
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图3-17 气体在旋风分离器中的运动情况
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第3章 非均相物系的分离
2.旋液分离器 旋液分离器是一种利用 离心力的作用分离悬浮液的 设备。其结构和原理和旋风 分离器相似。如图3-18所示， 设备主体是由圆筒和圆锥两 部分构成。
1.悬浮液入口管 2.圆筒 3.锥形筒 4.底流出口 5.中心溢流管 6.溢流出口管 图3-18 旋液分离器
我们从过滤速率式出发，求出过滤的推动力和阻力，然后 对上式进行积分即可得到滤液量V与过滤时间τ之间的关 系，即过滤基本方程式。
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第3章 非均相物系的分离
2.恒压过滤方程式 过滤操作可以在恒压、恒速，先恒速后恒压等不同条件 下进行，其中恒压过滤是最常见的过滤方式。连续过滤机上 进行的过滤都是恒压过滤，间歇过滤机上进行的过滤也多为 恒压过滤，因此，我们重点讨论恒压过滤方程式。 恒压过滤时滤液体积与 过滤时间的关系为一抛物线 方程，如图3-8所示。
第3章 非均相物系的分离
3.1 概述 3.2 重力沉降 3.3 过滤 3.4 离心分离
第3章 非均相物系的分离
3.1 概述
在化工生产中，经常遇到混合物的分离过程。混合物可 分为两大类，即均相混合物（或均相物系）和非均相混合物 （或非均相物系）。 若物系内各处组成均匀且不存在相界面，则称为均相混 合物（或均相物系）。如溶液及混合气体都属于均相物系。 均相物系的分离可采用蒸发、精馏、吸收等方法。若物系内 有相界面存在且界面两侧的物质的性质截然不同，这类物系 称为非均相混合物（或非均相物系）。如含尘气体和含雾气 体属于气态非均相物系；悬浮液、乳浊液、泡沫液等属于液 态非均相物系。
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沉
降 分散相相对连续相运动
离心沉降：由离心力引起的两相运动 滤 连续相相对分散相运动
过
重力沉降：由重力引起的两相运动
离心沉降：由离心力引起的两相运动 过 滤 连续相相对分散相运动
非均相物系分离的意义：收集分散相；提纯净化物质；环境保护。
本章章节
第一节 概 述
非均相物系：具有不同物理性质的分散相和连续介质组成的物质。 分离的条件：分散相和连续相两相作相对运动。 根据两相相对运动可分为： 重力沉降：由重力引起的两相运动
非均相物系分离
本章章节
第一节 概述 第二节 重力沉降 第三节 离心沉降
第四节 过滤（重点）
概
概 念
述
非均相物系：具有不同物理性质的分散相和连续介质组成的物质。 根据连续相的不同可分为：
液态非均相物系： 液固、液液、液气混合物
气态非均相物系： 气固、气液混合物
概
概 念
述
分离的条件：分散相和连续相两相作相对运动。 根据两相相对运动可分为： 沉 降 分散相相对连续相运动