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第三章 非均相物系的分离 3.1引言 化工生产中，需要将混合物加以分离的情况很多，例如：生产中所用原料通常含有杂质，必须经过分离提纯或净化后才能符合加工要求。从反应器中送出的反应产物通常含有未反应掉的反应物及副产物，也须进行分离处理。液相反应如果有沉淀产生将形成悬浮液，必须将固体颗粒和液体加以分离(实验室通常用布氏漏斗过滤）。此外，生产中形成的废气、废液和废渣（简称三废）在排放以前，须采用一定的分离手段将其中的有害物质除去。随着国际上环境保护的呼声日渐高涨，三废处理越来越引起重视。 由于分离处理应用的普遍性和重要性，现在形成了一个专学科—分离工程。 下面简述混合物的分类。 按相态分类，混合物可分为均相物系(即均相混合物)与非均相物系(即非均相混合物)。 均相物系是指分散得十分均匀，达到分子分散水平的物系。 非均相物系是指含有二个或二个以上的相的混合物，包括： ●固体混合物：二种或二种以上不同固体物质的混合物，如各种矿石。 ●固液混合物：如液相反应产生固体沉淀形成的悬浮液，泥浆等。 ●固气混合物；如烟。 ●液液混合物：如乳浊液（油水混合物）。 ●液气混合物：如雾。 非均相混合物的特点是体系包括一个以上的相，一般可用机械方法加以分离，故又称机械分离。 本章讨论非均相混合物的分离 ，关于均相混合物的分离将在蒸发、吸收、蒸馏各章中加以介绍。 第一节 筛分 用筛将固体颗粒分成不同大小的各个部分的单元操作称为筛分，每一部分称为一个粒级。下面先讨论有关固体颗粒的一些属性。 3-2固体颗粒属性 一.球形颗粒大小的量度—颗粒平均直径 球形颗粒群中含有不同直径的颗粒，可用某一数值来表示其平均直径，平均直径的表示方法有多种，随使用目的而异，简介如下。 长度平均直径 若所考虑的颗粒主要性质与其直径大小有关，则用长度平均直径表示颗粒的平均直径，用dLm（L代表长度length，m代表平均mean）表示，按此定义，有下述关系 （31） 上式中di表示第i颗粒的直径，单位为mm或μm，n表示直径di的颗粒的数目。 上式可表示为 （32） n i是难以计算的，一般用具有平均直径di的颗粒质量占总颗粒质量的分率ai表示，ai与ni的关系为 （33） 即 （3） 式中为颗粒的总质量 ，为常数将3-2-4)式代入3-2-2)得 （3） 2.表面积平均直径 若颗粒的主要性质与其表面直接有关，则应定出一种平均直径，使具有此直径的一表面积，正好等于所有颗粒的表面积的平均值，此称表面积平均直径，用dAm表示，据定义，有 （3） 将3-2-4)式代入上式并整理得 （3） 3.体积平均直径若颗粒的主要性质与其直接有关，则应定出一种平均直径，使具有此直径的一积，正好等于所有颗粒的积的平均值，此称积平均直径，用dm表示，据定义，有 （3得 （3） 4．体积表面积平均直径（又称比表面积） 体积表面积又称比表面积即单位体积颗粒的表面积比表面积越大，表示颗粒越细，例如1mm和1μm形颗粒 1mm颗粒 ： 1μm颗粒： 比面积为颗粒重要性质之一，如催化剂的比表面积越大，活性越大，催化能力强。 按体积比表面积定义的平均直径，用d表示，计算式为 （3） 推导过程见P125。 应用实例参见教材P125例31，由该例同一颗粒群不同平均直径的数值差别较大二非球形颗粒的属性 当量直径 非球形颗粒的当量直径的表示方法也有多种，最常用的是以体积为基准的当量直径，即将非球形颗粒视为相等体积的球形颗粒所相当的直径，计算式为 （3）以正方体为例，设边长为L，则 形状因数（又称球形度） 形状因数表示颗粒的形状与圆球形状的差别程度，最常用的形状因数为球形度φ，