第三章_非均相物系的分离.ppt

学习目的： 通过本章的学习，要重点掌握沉降和过滤这两种机械分离操作的原理、过程计算，了解典型设备的结构与特性。 重点掌握： （1）沉降速度的计算 （2）恒压过滤的基本方程式及计算;混合物 ; 分散相 分散物质 ; 3.2重力沉降 ;自由沉降： 是无干扰沉降，要求物系中分散相为球形，且颗粒的光洁度、直径、密度相同，颗粒的浓度较稀，沉降设备的尺寸相对较大，器壁对颗粒的沉降无干扰作用。 1、球形颗粒的自由沉降速度 设颗粒的密度为ρs，直径为ds，流体的密度为ρ， ρs ρ,颗粒将在重力作用下作沉降运动。 分析颗粒的受力情况。;浮力 ;(a);——斯托克斯公式;——艾伦公式 ;Re;3、影响沉降速度的因素 1）干扰沉降 在前面介绍的各种沉降速度关系式中，当颗粒的体积浓度小于0.2%时，理论计算值的偏差在1%以内，但当颗粒浓度较高时，由于颗粒间相互作用明显，便发生干扰沉降，自由沉降的公式不再适用。干扰沉降的速度比自由沉降的小。 2）壁面效应 当颗粒在靠近器壁的位置沉降时，由于器壁的影响，其 沉降速度较自由沉降速度小，这种影响称为壁面效应。;3）颗粒形状的影响 ;4、沉降速度的计算 （1）试差法 （2）摩擦数群法（不介绍）; 解：用试差法计算 先假设颗粒在滞流区内沉降 ，;二、重力沉降设备;离心沉降：依靠离心力的作用实现的沉降过程 适于分离两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系。;重力沉降速度与离心沉降速度的比较 表达式： 重力沉降速度公式中的重力加速度g改为离心加速度 数值：重力沉降速度基本上为定值 离心沉降速度随旋转半径而变化 方向：重力沉降的方向向下，离心沉降的方向径向向外;采用离心沉降的颗粒较小，一般处于层流区，阻力系数 代入离心沉降公式得层流区的离心沉降公式：;二、旋风分离器的操作原理与结构;Date;一、过滤基本概念 过滤：是以某种多孔性物质为介质，在外力作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现悬浮液中固液分离的操作。 采用的多孔物质称为过滤介质； 过滤操作中所处理的悬浮液称为滤浆或料浆； 通过介质孔道的液体称为滤液； 被介质截留的固体颗粒层称为滤饼或滤渣； 实现过滤操作的外力有重力、压力、离心力； 化工中应用最多的是压力过滤。;1、过滤方式;悬浮液;悬浮液; 2、过滤介质 过滤介质是滤饼的支承物，应具有下列条件： a)足够的机械强度，使用寿命长 b) 物理化学性质稳定，耐热，耐化学腐蚀。 d) 价格便宜 工业常用的过滤介质主要有 a) 织物介质：又称滤布，包括有棉、毛、丝等天然纤维，玻璃丝和各种合成纤维制成的织物，以及金属丝织成的网 能截留的粒径的范围较宽，从几十μm到1μm。 优点：织物介质薄，阻力小，清洗与更新方便，价格比较便宜，是工业上应用最广泛的过滤介质。;b) 堆积介质：由各种固体颗粒（砂、木炭、石棉粉等）或非编织的纤维（玻璃棉等）堆积而成，层较厚。 c)多孔固体介质：如烧结金属．塑料细粉粘成的多孔塑料，棉花饼等 这类介质较厚，孔道细，阻力大，能截留1～3μm的颗粒。 d) 多孔膜：由高分子材料制成，膜很薄（几十μm到200μm），孔很小，可以分离小到0.05μm的颗粒,应用多孔膜的过滤有超滤和微滤。;3、滤饼的压缩性和助滤剂 ;加入方法;二、过滤基本方程式;滤液在滤饼层中的流动过程可视为在直径细小的毛细管中流动，其流动类型属于层流。在过程的某一瞬间它的流动规律应符合哈-泊方程，即：;滤液通过滤饼后将继续穿过过滤介质层，由于过滤介质两侧的推动力为 ，阻力的确定仿照当量长度法，将过滤介质产生的阻力折合成一定厚度滤饼层Le所形成的阻力，则有：;上式就可以写成 ;三、恒压过滤 ;将上式分离变量，积分为：;积分上两式得： ;——恒压过滤方程;例：过滤一种含固体颗粒体积分数为0.1的悬浮液,滤饼含水的体积分数为0.5,颗粒不可压缩,经实验测定滤饼比阻为1.3×1011m-2,水的粘度为1.0×10-3Pa.s。在压强差恒为9.8×104Pa的条件下过滤,假设滤布阻力可以忽略,试求： 1）每m2过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间。 2）如将此过滤时间延长一倍,可再得滤液多少？ 解：1）过滤时间;∵滤布阻力可忽略 ;2、过滤常数测定 恒压过滤时，必须首先确定K、 、 qe、Ve 。 实验原理：设过滤过程中，任意两个时刻 所获得的 滤液量为 V1、V2，由式 建立方程组;在实验室测定过滤常数时，为减小实验误差，往往需测定 多组 数据。 恒