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第四章 非均相物系的分离 学习目的： 1、了解沉降设备和过滤设备的构造特点，理解并掌握重力沉降、离心沉降的原理；理解过滤的基本原理，了解过滤方程的推导，掌握过滤操作的应用。 2、熟悉离心分离和旋风分离的结构和基本原理。了解其他分离设备的构造与操作特点、过滤与沉降的各种影响因素、滤饼的可压缩性等。 基本内容 4.1概述 4.2沉降 4.3过滤 4.1概述 一、基本概念 1、 化工生产上经常处理不同类型的混合物。按照相数这些混合物可分为均相物系和非均相物系两类。 2、均相物系－－物系内部各处物料性质均匀，不存在相界面。如气体、液体。 3、非均相物系－－物系内部有相界面，界面两侧物料性质截然不同。常见的非均相物系有： 气固系统－－－(空气中的尘埃) 液固系统－－－(液体中的固体颗粒) 气液系统－－－(气体中的液滴) 液液系统－－－(乳浊液中的微滴)等。 基本概念 4、非均相物系中处于分散状态的物质如上述的尘埃、固体颗粒、气泡和微滴等统称为分散物质(或称分散相)，而非均相物系中包围着分散相而处于连续状态的流体如气体、液体称为分散介质(或称连续相)。 二、非均相物系的分离 1、分离的依据 是连续相与分散相具有不同的物理性质(两相的密度、颗粒形状、尺寸有差异等)，故可用机械方法使两相产生相对运动而将两相分离。 利用两相密度差进行分离时，必须使分散相与连续相间产生相对运动，故分离非均相物系的单元操作遵循流体流动的基本规律。 2、操作方式 根据两相相对运动方式不同，机械分离分为过滤和沉降。 二、非均相物系的分离 3、非均相物系的分离在工业中的应用主要有： （1）回收有用物质（分散相）； （2）净化分散介质（连续相； （3）除去废液、废气中的有害物质，满足环境保护的要求，确保安全生产。 三、介质阻力的一般规律 1、曳力（阻力）：当流体与颗粒之间发生相对运动时，流体对颗粒产生的作用力。 流体与固体颗粒之间的相对运动可分为以下三种情况： ①颗粒静止，流体对其做绕流； ②流体静止，颗粒作沉降运动； ③颗粒与流体都运动，但保持一定的相对运动。 对于一定的颗粒和流体，不论何种相对运动，只要相对运动的速度相同，流体对颗粒的阻力就一样。 三、介质阻力的一般规律 2、阻力Fd的计算 式中：A为颗粒在运动方向上的投影面积； u为颗粒与流体间的相对运动速度； ξ为流体相对于颗粒运动时的阻力系数，是雷诺数的函数。阻力系数ξ与Rep的关系见第二节。 一、重力沉降沉降.AVI 依据重力作用而发生的沉降过程。在重力场中，借连续相与分散相的密度差异使两相分离的过程，称为重力沉降。 一般用于分离气、固混合物和混悬液的分离。 1、球形颗粒的自由沉降 1）沉降速度 若固体颗粒在沉降过程中，不受流体中其它颗粒的干扰及器壁的影响的沉降过程，称为自由沉降。 如较稀的混悬液和含尘气体中的固体颗粒的沉降。 当颗粒开始沉降的瞬间，u为零，阻力也为零，a为最大值； 随着颗粒向下沉降，u逐渐增大，阻力随之增大，a 逐渐减少 ； 当u增到一定数值ut时，重力、阻力、浮力三者达到平衡状态，此时a =0，颗粒开始作匀速沉降运动。此时颗粒的速度称为沉降速度。 此式为球形颗粒在重力作用下的自由沉降速度公式。 2）阻力系数ζ 阻力系数ζ是流体与颗粒相对运动时的雷诺数准Re的函数，即 ζ=f( Re) 2）阻力系数ζ (2) 过渡区 2＜ Re ＜500 (3) 湍流区 ζ=0.44 500＜ Re ＜2×105 对应各区沉降速度ut的计算公式如下： (1) 层流区 (2) 过渡区 （3）湍流区 （补）：非球形颗粒的自由沉降速率 非球形颗粒几何形状与球形颗粒的差异程度，用球形度表示。即一个任意几何形体的球形度等于体积与之相同的一个球形颗粒的表面积与这个任一形状颗粒的比表面积之比。当体积相同时，球形颗粒的比表面积最小。 非球形颗粒的几何形状和投影面积对沉降速率有影响。一般地，相同密度的颗粒，球形或近球形颗粒的沉降速率大于同体积非球形颗粒的沉降速率。 2、影响沉降速率的因素(以层流区为例) 5）壁效应 当容器尺寸远远大于颗粒尺寸时，器壁效应可忽略，否则需加以考虑 6）干扰沉降 干扰沉降速度比自由沉降的速度小。 3、重力沉降设备及其生产能力 （1）降尘室 是利用重力沉降的作用从含尘气体重除去固体颗粒的设备。结构如图所示。 （1）降尘室 （1）降尘室 ②、处