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颗粒大小与分离过程的选择 分离工程 分离工程 一般认为，混合物包括均相混合物和非均相混合物。混合物分离过程有传递分离过程和非传递分离过程，采用哪种分离过程主要决定于混合物内颗粒的特性。非均相混合物的分离主要用非传递分离过程分离。 非均相混合物的分离方法很多，采用哪种分离方法主要决定于介质及颗粒的特性。颗粒的特性繁多，主要包括几何特性、物理特性和化学特性。 一、概述 分离工程 二、颗粒大小与混合物分类 均相混合物和非均相混合物的分类实际上是依据分散相颗粒的大小。非均相混合物中的颗粒较大，均相混合物中的颗粒为离子或分子。如图所示，在均相混合物和非均相混合物之间，有一个过渡性混合物，即胶体。胶体粒子的大小为1-100 nm。当然，也有人认为，胶体颗粒的范围应是1-1000nm，有的甚至认为大到几个微米。不管怎么样，胶体可以认为是分散相为微细颗粒的非均相混合物。 分离工程 颗粒从大到小，混合物从非均相混合物演变为均相混合物，其相互作用从物理作用演变为化学作用，颗粒的分离过程从非传递分离过程演变为传递分离过程，处理过程从机械过程演变为化工过程。 广义地讲，根据物质的存在形态，颗粒有固体颗粒，液体颗粒-液滴和气体颗粒-气泡三种。固体颗粒为刚体颗粒，液滴和气泡均为流体颗粒。在自然界中，它们存在于固体、液体和气体三种形态的介质中，形成各种非均相混合物。 分离工程 三、颗粒的相态与非均相混合物种类 分离工程 刚体颗粒的分离特性：刚体颗粒具有刚体的特性，在分离过程中流体介质的剪切作用下，不变形或不易变形。 流体颗粒的分离特性：流体颗粒具有流体的特性，在分离过程中流体介质的剪切作用下，容易发生变形，甚至破碎。 分离工程 四、颗粒的相态及其分离特性 1、颗粒粒度与范德华力 范德华力是分子极子之间的作用力，是各种作用力中最强的。范德华力在许多现象中都起着重要的作用，如附着力、表面张力、物理吸附、表面浸润、薄膜特征等。对于颗粒，粒度越小，范德华力越明显。在表面积与体积之比很大（即颗粒粒度很小）的体系巾，范德华力有着显著的影响。 分离工程 五、颗粒粒度对分离过程的影响 颗粒的扩散运动可用Einstein第一扩散公式来描述： 分离工程 2、颗粒的布朗运动与扩散运动 由上式可知：颗粒粒径越小，扩散速度越快，扩散能力越强。 当颗粒在重力或离心力作用下作自由沉降运动时，且Rep1，其终了沉降速度可用Stokes定律来描述： 分离工程 3、颗粒的沉降运动与沉降极限 分离工程 当颗粒较大时，重力或离心力起主要作用，颗粒将发生沉降分离；当颗粒较小时，扩散力起主要作用，颗粒在介质中的分布将趋于均匀。当这两种作用相等时，混合体系就达到沉降平衡状态。下式为能达到沉降平衡的颗粒直径，即沉降极限： 分离工程 4、颗粒粒度与颗粒的床层特性（过滤特性） 对于颗粒粒度为0.04-0.2mm的均一粒度颗粒床，Rumer提出了一个等径球粒床的物理渗透系数K（mm^2）与粒径d（mm）的关系式： 由上式可看出，颗粒越小，渗透系数越小，过滤越难。 颗粒越小，越易电离、离子吸附或晶格取代，或因与离子碰撞而荷电。在静电除尘过程中，粉尘在静电场作用下的驱进速度为： 分离工程 5、颗粒粒度与静电分离 分离工程 在其他条件一定下，静电除尘器中粉尘驱进速度与颗粒粒度成正比。但当颗粒小到一定程度，颗粒荷电总量小，电场力小，颗粒在电场中运动速度小，除尘效率降低。静电除尘器对除去大于10μm的大颗粒的效率非常高(99.9%),但一般对于在0.5μm 到2μm之间的颗粒，效率会低于90%,甚至会低于50%。 1、气体中颗粒的分离 分离工程 六、颗粒大小及其分离过程的选择 若介质为气体，气体中固体或液滴的分离通常根据颗粒大小及对颗粒的作用力不同分赝性分离、重力沉降、旋风除尘、布袋除尘、洗涤除尘和静电除尘等。常用除尘器常温下的除尘性能见表2。 分离工程 惯性分离和重力沉降只能分离15微米以上的颗粒。旋风除尘可分离到5微米，高效旋风除尘可分到2-3微米。洗涤除尘可以分离3μm以上的颗粒。对于2μm以下的颗粒，因颗粒跟气体的随动性好而效果甚微。当然，采用合适的雾滴可提高除尘效率。雾滴与尘埃颗粒大小相近时，吸附、凝结的机率最大。一般的静电除尘器只能分离3μm以上的颗粒，无法收集PM2.5级的超细粉尘。采用脉冲放电等离子体技术就可有效地脱除PM2.5级的颗粒物。INDIGO凝聚器可进一步提高细微颗粒的捕集效率。 当介质为液体时，颗粒与介质的密度差小，颗粒迁移的阻力大，因此液体中