常见非均相物系的分离(通用版)

第三章 非均相物系的分离第一节 概 述一、 化工生产中常遇到的混合物可分为两大类：第一类是均相物系—如混合气体、溶液，特征：物系内各处性质相同，无分界面。

须用吸收、蒸馏等方法分离。

第二类是非均相体系— 1．液态非均相物系固体颗粒与液体构成的悬浮液； 不互溶液体构成的乳浊液；2．气态非均相物系固体颗粒（或液体雾滴）与气体构成的含尘气体（或含雾气体）； 气泡与液体所组成的泡沫液等。

特征：物系内有相间的界面，界面两侧的物性截然不同。

（1）分散相：往往是液滴、雾滴、气泡，固体颗粒，µm 。

（2）连续相：连续相若为气体，则为气相非均相物系。

连续相若为液体，则为液相非均相物系。

二、 非均相物系分离的目的：1）净制参与工艺过程的原料气或原料液。

2）回收母液中的固体成品或半成品。

3）分离生产中的废气和废液中所含的有害物质。

4）回收烟道气中的固体燃料及回收反应气中的固体触媒等。

总之：以满足工艺要求，提高产品质量，改善劳动条件，保护环境，节约能源及提高经济效益。

常用分离方法：1）重力沉降：微粒借本身的重力在介质中沉降而获得分离。

2）离心分离：利用微粒所受离心力的作用将其从介质中分离。

亦称离心沉降。

此法适用于较细的微粒悬浮体系。

3）过滤：使悬浮体系通过过滤介质，将微粒截留在过滤介质上而获得分离。

4）湿法净制：使气相中含有的微粒与水充分接触而将微粒除去。

5）电除尘：使悬浮在气相中的微粒在高压电场内沉降。

本章主要讨论：利用机械方法分离非均相物系，按其涉及的流动方式不同，可大致分为沉降和过滤两种操作方式。

三、 颗粒和流体相对运动时所受到的阻力 流体以一定的速度绕过静止颗粒时或者固体颗粒在静止流体中移动时 流体对颗粒的作用力——ye 力F d22u AF d ρξ= [N]式中，A —颗粒在运动方向上的投影，πd p 2u —相对运动速度ξ—阻力系数， ξ=Φ（Re ）=Φ（d p u ρ/μ）层流区：Re <2， ξ=24/Re ──Stokes 区过渡区：Re=2—500， Re 10=ξ ──Allen 区 湍流区：Re=500--2⨯105， ξ≌0.44 ──Newton 区第二节 重力沉降一、球形颗粒的自由沉降自由沉降──对于单一颗粒在流体中的沉降或者颗粒群充分地分散、颗粒间互不影响，不致引起相互碰撞的沉降过程。

常见非均相物系的分离非均相物系是指由两种或两种以上物质组成的混合物，不同物质之间具有明显的物理和/或化学性质差异。

在很多情况下，需要将非均相物系进行分离，以便单独利用或处理每种物质。

下面是常见的非均相物系分离方法。

1. 溶液蒸馏法溶液蒸馏法是将一个液体从另一个液体中分离出来的一种方法。

它利用了两种液体在不同温度下的沸点差异。

将混合液体加热到其中一种液体的沸点，这种液体汽化，经过冷凝后分离出来。

例如，水和酒精的混合物可以用溶液蒸馏法分离成单独的水和酒精。

2. 磁性分离法磁性分离法是一种利用物质磁性差异进行分离的方法。

这种方法通常适用于含有磁性物质和非磁性物质的混合物。

通过加磁场，磁性物质会被吸附到磁性物质收集器中，而非磁性物质则会保留在原始混合物中。

例如，铁粉可以用磁性分离法从混合物中分离出来。

3. 过滤法过滤法是将一个物质从另一个物质中分离出来的一种方法，适用于固体和液体的混合物。

该方法利用了物质间的粒度差异。

将混合物过滤，固体颗粒被滤出，而液体则通过筛网留在容器中。

例如，沉积在水中的泥土、砂和碎石可以通过过滤法分离。

4. 蒸发结晶法蒸发结晶法是将溶解在溶液中的固体物质分离出来的一种方法。

通过控制温度和压力来使溶液蒸发并结晶，溶解物会被分离出来。

例如，从海水中提取盐分就是利用蒸发结晶法实现的。

5. 萃取法萃取法是一种利用溶剂对混合物进行分离的方法。

尽管在分离混合物时溶剂的选择很重要，但萃取法的基本步骤是将萃取剂与混合物混合，使其中一种物质溶解在萃取剂中，另一种物质留在原混合物中。

例如，从生物体中提取化合物通常需要利用萃取法。

6. 离心法离心法是一种利用离心机对液体混合物进行分离的方法。

该方法依靠液体中不同物质之间的密度差异。

将混合物放入离心机中，并在高速旋转下，物质会向不同方向移动。

例如，从牛奶中分离脂肪可以使用离心法。

7. 气体吸附法气体吸附法是一种将气态物质从混合物中分离出来的方法。

这种方法利用了不同气体之间的吸附性差异。

常见非均相物系的分离
由于非均相物系中分散相和连续相具备不同的物理性质，故工业生产中多采用机械方法对两相进行分离。

其方法是设法造成分散相和连续相之间的相对运动其分离规律遵循流体力学基本规律。

常见有如下几种。

(1)沉降分离沉降分离是利用连续相与分散相的密度差异，借助某机械力
的作用，使颗粒和流体发生相对运动而得以分离。

根据机械力的不同，可分为重力沉降、离心沉降和惯性沉降。

(2)过滤分离过滤分离是利用两相对多孔介质穿透性的差异，在某种推进力的作用下，使非均相物系得以分离。

根据推进力的不同，可分为重力过滤、加压(或真空)过滤和离心过滤。

(3)静电分离静电分离是利用两相带电性的差异，借助于电场的作用，使两相得以分离。

属于此类的操作有电除尘、电除雾等。

(4)湿洗分离湿洗分离是使气固混合物穿过液体、固体颗粒粘附于液体而被分离出来。

工业上常用的此类分离设备有泡沫除尘器、湍球塔、文氏管洗涤器等。

此外，还有音波除尘和热除尘等方法。

音波除尘法是利用音波使含尘气流产生振动，细小的颗粒相互碰撞而团聚变大，再由离心分离等方法加以分离。

热除尘是使含尘气体处于一个温度场(其中存在温度差)中，颗粒在热致迁移力的作用下从高温处迁移至低温处而被分离。

在实验室内，应用此原理已制成热沉降器来采样分析，但尚未运用到工业生产中。

其他非均相物系分离方法非均相物系分离方法是指一种将混合物中的组分分离开来的方法，其中混合物的组分一般无法通过物理或化学性质的差异来实现分离。

以下是一些常见的非均相物系分离方法：1. 沉淀法沉淀法是通过添加一种特定的药剂，使混合物中的某些组分产生沉淀，从而实现分离。

常见的沉淀法包括乙酸纤维素沉淀法、硫酸亚铁沉淀法等。

2. 萃取法萃取法是利用溶液中不同溶剂的亲和度差异，将混合物中的组分分离出来。

常见的萃取法有液-液萃取法、固-液萃取法等。

3. 蒸馏法蒸馏法是通过控制混合物中各组分的沸点差异，将其分离出来。

常见的蒸馏法有常压蒸馏法、减压蒸馏法等。

4. 结晶法结晶法是通过控制混合物中不同组分的溶解度，使一部分组分结晶出来，从而实现分离。

常见的结晶法有溶剂结晶法、冷却结晶法等。

5. 绝热升华法绝热升华法是利用混合物中某些组分的升华性质，通过加热使其升华出来，从而实现分离。

常见的绝热升华法有淋滤干燥法、干燥剂吸附法等。

6. 离心法离心法是利用混合物中各组分的密度差异，通过离心操作使其分离出来。

常见的离心法有常规离心法、密度梯度离心法等。

7. 色谱法色谱法是利用混合物中各组分在固定相和流动相之间的分配系数差异，通过在固定相上移动的速度差异来实现分离。

常见的色谱法有气相色谱法、液相色谱法等。

8. 电泳法电泳法是利用混合物中各组分在电场下的迁移速度差异，通过在带电介质中的迁移来实现分离。

常见的电泳法有毛细管电泳法、凝胶电泳法等。

总结起来，非均相物系分离方法包括沉淀法、萃取法、蒸馏法、结晶法、绝热升华法、离心法、色谱法和电泳法等。

每种方法在不同的实际应用场景中都有其独特的优势和适用性，通过合理选择和组合这些方法，可以实现对混合物中组分的有效分离和提纯。

其他非均相物系分离方法一、薄层层析法薄层层析法是一种常用的非均相物系分离方法，适用于有色物质的分离和鉴定。

该方法基于物质在固定相和流动相之间的分配行为，通过把样品涂布在薄层层析板上，并将其置于适当的流动相中，使物质在固定相上分配，从而实现分离。

薄层层析法的原理是利用不同物质在流动相和固定相之间分配的差异，通过在一定条件下让物质在薄层层析板上分布和迁移，实现物质的分离。

薄层层析法的主要步骤包括样品的制备，薄层板的涂布，薄层板的固定相选择，流动相的制备和薄层板的层析条件的选择。

其中，选择适当的固定相和流动相是薄层层析法成功应用的关键。

二、离子交换层析法离子交换层析法是一种基于溶液中离子间相互作用的非均相物系分离方法。

该方法利用固定相中的离子交换树脂，能与样品中的离子发生交换反应的特点，实现物质的分离。

离子交换层析法的主要步骤包括固定相的选择，样品的制备，固定相的充填，运行条件的选择和结果的分析。

离子交换层析法的原理是树脂对离子具有选择性吸附作用，可选择性地吸附或释放样品中的离子，从而实现物质的分离。

该方法广泛应用于分离和测定无机离子和有机离子的分析。

离子交换层析法的优点包括分离效果好、选择性强、操作简便等。

三、气相色谱法气相色谱法是一种常用的非均相物系分离方法，适用于低沸点有机物的分离和测定。

该方法基于物质在固定相和流动相之间在气相条件下的分配行为，通过在一定条件下使物质在固定相中分布和迁移，实现物质的分离。

气相色谱法的原理是将样品通过进样口引入气相色谱柱中，然后通过调节柱温、流动相和气相流速等条件，使样品中的物质在柱中发生分离，进而通过检测器对其进行定性和定量分析。

气相色谱法的主要步骤包括样品预处理，气相色谱柱的选择，流动相的选择和检测器的选择等。

气相色谱法的优点包括分离效果好、分析速度快、灵敏度高等，因此广泛应用于环境监测、食品安全和药物分析等领域。

四、液相色谱法液相色谱法是一种以液相作为流动相的分离方法，适用于大多数化学物质的分离和测定。

其他非均相物系分离方法非均相物系分离方法是指将多组分混合物中的不同组分分离出来的方法。

与均相物系分离方法（如蒸馏、结晶等）不同的是，非均相物系分离方法常常需要使用物理或化学性质差异较大的分离方式。

以下是一些常见的非均相物系分离方法：1. 重力分离重力分离是一种简单且常用的分离方法，它基于不同组分的密度差异。

在一个装有混合物的容器中，密度较大的组分会沉淀到底部，而密度较小的组分会浮在上部。

通过倾斜容器或者使用漏斗可以将两者分离。

2. 沉降分离沉降分离是一种基于组分的离心沉降速率差异的分离方法。

离心机通过迅速旋转容器，使混合物中的组分向离心力最大的位置移动。

随着时间的推移，不同组分会分层并可以通过离心机分离开来。

3. 水分解法水分解法是一种将混合物中的水与其他组分分离的方法。

这种方法适用于混合物中含有极性和非极性组分的情况。

在该方法中，混合物首先与水混合，然后通过不同的化学反应，将水与其他组分分离。

4. 溶剂萃取溶剂萃取是一种基于组分在不同溶剂中的溶解度差异来分离的方法。

通过选择适当的溶剂，可以将混合物中的组分分离到不同溶液中。

溶剂萃取常用于有机化学中，用于分离有机物混合物中的不同组分。

5. 气体吸附法气体吸附法是一种将混合物中的气体组分分离的方法。

该方法适用于有机化合物或金属材料中的气体组分。

它通过将混合物与具有特定吸附性能的固体接触，使气体组分被吸附在固体上，从而实现分离。

6. 磁力分离磁力分离是一种将具有磁性的组分从混合物中分离出来的方法。

通过使用磁性材料或通过给混合物中加入磁性粒子，可以将具有磁性的组分分离出来。

这种方法在矿石提取、废物处理等领域有广泛的应用。

7. 膜分离膜分离是一种使用特殊膜将混合物中的不同组分分离开来的方法。

膜可以选择适当的大小、形状和分子亲疏水性，以选择性地通过不同组分。

常见的膜分离方法包括蒸发、渗透、过滤等。

8. 色谱法色谱法是一种常用的分析和分离技术，用于从复杂混合物中分离和检测组分。

第三章 非均相物系的分离1.混合煤粉颗粒群的筛分数据如下表计算煤粉的体积当量及面积当量直径。

解：由已知条件分别计算各粒度颗粒直径及质量分率，列于下表：取单位质量的粒子，设其总数目为n ，每种粒径下的颗粒数目为n i ，颗粒的体积当量直径为d eV ，则有：∑∑∑⋅=⇒⋅=⇒⋅⋅=⋅=⇒⋅⋅==3,3,3,336661661ip i s i i p i si s i p i i eV ss eV i d a n d a n d n a d n d n n n πρπρρππρρπ∑=⇒=∴mm d d a d eV ip i eV 0853.013,3 同理，按表面积相等的原则，设颗粒的表面积当量直径为d eS ，则有：∑∑⋅⋅=⋅⋅⇒⋅=⋅2,3,232,266i p ip s i eS eV s i p i eS d d a d d d n d n ππρππρππ ∑=⇒=∴mm d d a d eS ip ieS 0775.00853.0,322.计算尺寸为10×l0×l.5mm(高×外径×壁厚)瓷环的当量直径和球形度。

解：设瓷环外径为d 1=10mm ，内径为d 2=7mm ，瓷环高度为h=10mm ，则：体积当量直径：mm d d h d d V eV eV 146.964432221=⇒=⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛-=πππ面积当量直径：mm d d d d h d h d S eS eS 982.134422222121=⇒=⎪⎭⎫ ⎝⎛-++=πππππ球形度：428.022==eSeVd d ψ3.把上题的瓷环堆放在直径为lm ，床高为6m 的床层内，床层的空隙率为0.7，床层上方压强为1.013×l05(绝)，20℃的空气从下部通入，流量为3000m 3/h ，计算空气通过此床层的压力降。

解：20℃空气的物性参数：由上题知：ΔP=3166Pamm A V d SV913.32.6146.40066=×==3232eV mm 1533146.998.136d 6a =⨯=⋅ϕ=s Pa 18.1 ,m /kg 205.13∙μ=μ=ρ222m 7854.014d 4A =⨯π=π=1-s m 061.17854.036003000A V u ∙=⨯==3232eV m m 1533146.998.136d 6a =⨯=⋅ϕ=3-5m kg 205.1)10026.2p1(∙⨯⨯∆+=ρ26.1531018.10.7)-1(205.1061.1)-1(u Re 5-'>=⨯⨯⨯=μερ=2743.0)(Re 4.0Re 51.0'''=+=λPa2995061.1205.17.06)7.0-1(15332743.0u L )-1(a p 323'=⨯⨯⨯⨯⨯=ρεελ=∆4.空气通过直径100mm 的钢管中瓷环(15×15×2mm)填料层流动，填料层高度为0.8m ，床层空隙率为0.56，测得压力降为11kPa ，空气温度为20℃，大气压强为100kPa ，试计算空气的流量。