化工原理
第二章 非均相物系分 离
化工原理
本章学习要求掌握的内容沉降原理；自由沉降过程；重力沉降速度及计算；降尘 室的计算。过滤基本方程及应用；过滤常数及计算；恒 压过滤方程及应用。板框过滤机的基本结构、洗涤时间 及生产能力的计算。
熟悉的内容离心沉降过程及分析；旋风分离器原理、结构及分离性 能。过滤介质种类及选用。
了解的内容颗粒与颗粒群的特性；回转真空过滤机的特点、计算及 应用；离心机的基本结构及应用；非均相混和物分离过 程的强化。
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2 .1 概 述混合物 物系内部各处物料性质均匀 性质均匀而且不 性质均匀 存在相界面的混合物。 (homogeneous 例如：互溶溶液、 例如：互溶溶液、混合气体 均相混合物system)
物系内部有隔开两相的界面存在且 物料性质截然不同的混 物料性质截然不同 (non-homogeneous 界面两侧的物料性质截然不同 合物。 system) 非均相混合物
固体颗粒和气体构成的含尘气体 固体颗粒和液体构成的悬浮液 例如 固体颗粒和液体构成的悬浮液 不互溶液体构成的乳浊液 液体颗粒和气体构成的含雾气体 液体颗粒和气体构成的含雾气体
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分散相 分散物质 非均相物系 连续相
处于分散状态的物质 如：分散于流体中的固体颗粒、 液滴或气泡 包围着分散相物质且处于连续 状态的流体
连续相与分散相 机械 分散相和连续相 分离 分离 不同的物理性质 发生相对运动的方式
沉降 过滤
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2.1.1 非均相物系分离在 工业中的应用回收分散相 净化连续相 环境保护和安全生产
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常用分离方法1)重力沉降 2)离心分离 3)过滤 4)湿法净制 5)电除尘
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2.1.2 颗粒与颗粒群的特性2.1.2.1 颗粒的特性 (1) 球形颗粒 体积 面积 比表面积
S = 4πr 2 = πd 2S 6 a= = V d
m2 / m3
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一、颗粒的特性 (2)非球形颗粒 (当量直径和球形度) 当量直径和球形度) a.体积当量直径 假设实际颗粒的体积等于当量球形颗粒的体积， 假设实际颗粒的体积等于当量球形颗粒的体积， 则de =3
6V p
πd es = Sp
b. 表面积当量直径
π
c.球形度：与实际颗粒体积相等的球形颗粒的表面积与该颗 粒表面积之比 φ = S s Sp
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2.1.2.2 颗粒群的特性颗粒群(granular group) 颗粒群(granular group)大小不同的颗粒组成的集合体
颗粒群粒径分布泰勒标准筛
颗粒的平均粒径平均比表面积直径
颗粒的密度真密度和堆积密度
1 da = n xi ∑d i 1 i
颗粒的黏附性和散粒性
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2.2 颗粒沉降沉降: 沉降:在某种力场中利用分散相和连续相之间的密度差 异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程 2.2.1 颗粒在流体中的沉降过程 (1) 质量力F (重力或离心力) 质量力F F=ma m: 颗粒质量，kg; a:
力场加速度，m/s2 颗粒质量，kg; a:力场加速度，m/s (2) 浮力Fb (阿基米德原理) 浮力F Fb =Vpρa ρ: 流体密度，kg/m3 流体密度，kg/m (3) 曳力Fd (drag force) 曳力F force)
Fd = ξA
ρu22
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2.2.2 重力沉降及设备重力 作用力 重力 沉降 惯性离心力 离心沉降 重力沉降:在重力场中利用分散相和连续相之间的密度差 重力沉降 异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。
1、重力沉降速度( 1、重力沉降速度(free & hindered settling)1)球形颗粒的自由沉降 ) 设颗粒的密度为ρs,直径为d, 流体的密度为ρ,
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重力 浮力 阻力
Fg =
π6
d3ρs g3
F = b
π
6
d ρgρu222
Fd = ξA
对球形颗粒A =
π4
d
∴Fd = ξ d 4 22
π
ρu2
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重力沉降速度的定义沉降速度(settling velocity):等速段中流体的运动 沉降速度(settling velocity):等速段中流体的运动 速度u 速度ut颗粒开始沉降的瞬间，速度u=0,因此阻力Fd=0,a→max 颗粒开始沉降后，u ↑ →Fd ↑;u → ut 时，a=0 。 对颗粒在沉降过程中做受力分析可得
4dg(ρs ρ) ut = 3ρξ
——沉降速度表达式
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……
判断
求ut
艾伦公式
Ret>2
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2.2.2.2 重力沉降设备(1)降尘室 借重力沉降从气流中除去尘粒的 设备称为降尘室(dust设备称为降尘室(dust-settling chamber)