[工学]3化工原理非均相物系分离.ppt
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第3章 非均相物系分离 3.1 概述 3.2 颗粒及颗粒床层的特性 3.3 沉降分离 3.4 过滤 3.1 概述 3.1.1 均相物系和非均相物系 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。溶液以及各种气体的混合物都是均相物系,它们的分离方法将在后面章节讨论。 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混合物系。 3.1.2 非均相物系的分类 1.按状态分 液态非均相物系:固、液、气分散在液相中。分: 悬浮液(液固物系):指液体中含有一部分固体颗粒 乳浊液(液液物系):指一种液体分散在与其不互溶的另一种液体中 泡沫液(液气物系):指液体中含有气泡的物系 气态非均相物系:固、液分散在气相中。分: 含尘气体(气固物系):指气体中含有固体颗粒 含雾气体(气液物系):指气体中含有少量液滴 2.按颗粒大小分 粗悬浮系统:d100μm 悬浮系统:0.1μmd100μm 胶体系统:d0.1μm 3.1.3 连续相与分散相 分散相(分散物质):处于分散状态的物质 连续相 (分散介质):包围着分散物质而处于连续状态的物质 由于非均相物系中连续相与分散相之间具有不同的物理性质(如密度、粒子的大小与另一相分子尺寸等),受到外力作用时运动状态就不同,因而可应用机械方法将它们分开。 要实现这种分离,其方法是使分散物质与分散介质之间发生相对运动,所以非均相物系的分离操作也遵循流体流动的基本规律。 3.1.4 非均相物系分离的目的 1回收有用物质 2净化物料 3环境保护的需要 3.1.5 非均相物系的分离方法 1.沉降:据力的不同分: 重力沉降 离心沉降 2.过滤: 3.气体湿法净制: 4.电子除尘: 3.2 颗粒及颗粒床层的特性 3.2.1 颗粒的特性(单颗粒的几何特性参数) 颗粒的几何特性参数:大小(尺寸)、形状和表面积(或比表面积)等。 3.2.1.1 特征尺寸 1.球形颗粒:常用直径d作为特征长度,其体积、表面积和比表面积为: 颗粒一定:比表面积一定;颗粒的直径愈小:比表面积愈大。 2.非球形颗粒:常用颗粒的当量直径和球形度表示其特性。 (1)体积当量直径de:与实际颗粒体积Vp相等的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的当量直径。即: (2)表面积当量直径ds:表面积等于实际颗粒表面积Sp的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的表面积当量直径。即: (3)比表面积当量直径da:比表面积等于实际颗料比表面积ap的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的比表面积当量直径。即: 工程上常用de。 (4)形状系数 亦称球形度,用于表征颗粒的形状与球形的差异程度。 定义:体积与实际颗粒相等时球形颗粒表面积与实际颗粒的表面积之比,即: 〖说明〗 由于体积相同时,球形颗粒的表面积最小,故非球形颗粒的?s 1,而且颗粒与球形差别愈大,其?s值愈小。 对非球形颗粒必须有两个参数才能确定其几何特性,通常选用de和?s来表征。 3.颗粒群的特性 (1).粒度分布 按颗粒尺寸对颗粒群进行排列划分的结果称为粒度分布。根据颗粒大小的范围不同,采用不同的方法测量颗粒群的粒度分布,对工业上常见的尺寸大于40μm的颗粒群,一般采用标准筛进行测量,称为筛分。 (2)平均粒径 以比表面积等于颗粒群的比表面积的颗粒直径定义为颗粒群的平均直粒dm。 对于球形颗粒,1kg密度为ρs的颗粒,其中粒径为di的颗粒质量分数为xi,则该颗粒群的表面积为: 若颗粒群的平均直径为dm,则 3.粒子的密度 单位体积内粒子的质量称为密度,kg/m3。 若粒子体积不包括颗粒之间的空隙,称为粒子的真密度,以ρs表示。 若粒子体积包括颗粒之间的空隙,称为粒子的堆积密度或表观密度,以ρb表示。 ρsρb 3.2.2 颗粒床层的特性 由颗粒堆积而成的颗粒层称为颗粒床层,颗粒床层具有以下特性。 3.2.2.1.床层空隙率ε 床层堆积的疏密程度用空隙率表示,指单位体积床层所具有的空隙体积(m3/m3)。即: ε=空隙体积/床层体积 =(床层体积-颗粒体积)/床层体积 [说明] ε的大小与颗粒的大小、形状、粒度分布、填充方式等有关,其值由实验测定。 非球形颗粒的球形度愈小,床层的空隙率愈大; 大小愈不均匀的颗粒,空隙率愈小; 颗粒愈光滑,空隙率愈小; 愈靠近壁面,空隙率愈大。 3.2.2.2.床层的比表面积ab 单位体积床层所具有的颗粒的表面积称为床层的比表面积,若忽略因颗粒相互接触而减少的裸露面积,则: ab=(1-ε)a 3.2.2.3床层的各向同性 在工业上小颗粒的床层采用乱堆方式堆成,这时颗粒的定位是随机的,所以堆成的床层可认为是各向
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