第七章 非均相物系分离
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其他非均相物系分离方法非均相物系分离方法是物理化学中常用的分离技术,用于分离混合物中的各个组分。
除了常见的沉淀、过滤、蒸馏等方法外,还有许多其他非均相物系分离方法,本文将重点介绍一些常见的非均相物系分离方法。
1. 吸附分离法吸附分离法是利用吸附剂对混合物中的某些组分具有选择性吸附的特性进行分离的方法。
常见的吸附剂有活性炭、硅胶、膨润土等。
该方法适用于分离液体和气体中的溶质,通过控制吸附剂的选择和条件,可以实现不同组分的分离。
2. 萃取分离法萃取分离法是利用溶液中各组分在两种互不溶解的溶剂中的溶解度差异进行分离的方法。
通常,一种溶剂被称为萃取剂,用于选择性地溶解混合物中的某个组分。
常见的萃取剂有乙酸乙酯、苯、四氯化碳等。
萃取分离法广泛应用于有机合成、环境监测等领域。
3. 离心分离法离心分离法是利用离心力将混合物中的不同组分分离的方法。
由于不同组分的密度、尺寸等特性不同,它们在离心力的作用下会产生不同的沉降速度,从而实现分离。
离心分离法广泛应用于生物化学、生命科学等领域,可以分离细胞、细胞器、蛋白质等。
4. 气相色谱(GC)气相色谱是一种基于物质在固定相与流动相间分配平衡的方法,通过分离和定量混合物中的不同组分。
在气相色谱中,混合物中的组分首先通过装有吸附剂的柱子,然后通过加热柱子使组分逐个挥发,最后被流动相带出,通过检测器进行检测和定量。
气相色谱广泛应用于分析化学、环境检测、食品安全等领域。
5. 气液色谱(GLC)气液色谱是利用不同组分在液态固定相和气相间分配平衡的方法进行分离的。
在气液色谱中,混合物首先通过液态固定相,然后通过加热使其逐个挥发,最后被气相带出,通过检测器进行检测和定量。
气液色谱广泛应用于分析化学、食品安全、医药生物等领域。
6. 膜分离法膜分离法是利用特殊的分离膜对混合物中的组分进行分离的方法。
根据分离机理和应用需求的不同,膜分离可以分为微滤、超滤、纳滤、逆渗透等。
例如,超滤膜可以通过分子大小的差异来分离溶液中的大分子和小分子。
非均相物系的分离第一节概述非均相物系包括气固系统(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。
其中尘埃、固体颗粒、气泡和微滴等统称为分散物质(或称分散相),而非均相物系中的气体、液体称为分散介质(或称连续相)。
非均相物系分离的依据是连续相与分散相具有不同的物理性质(两相的密度不同),故可用机械方法将两相分离。
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。
非均相物系的分离主要用于:1 回收有用物质;2 净化分散介质;3 除去废液、废气中的有害物质,满足环境保护的要求。
第二节重力沉降一、沉降速度在重力场中,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。
1、球形颗粒的自由沉降若固体颗粒在沉降过程中,不因流体中其它颗粒的存在而受到干扰的沉降过程,称为自由沉降。
表面光滑的球形颗粒在静止流体中沉降时,由于颗粒的密度ρs大于流体的密度ρ,所以颗粒受重力作用向下沉降,即与颗粒与流体产生相对运动。
在沉降中,颗粒所受到的作用力有重力、浮力和阻力。
开始时,颗粒为加速运动,随着颗粒沉降速度的增大,阻力亦增大,当颗粒受力达平衡时,颗粒即开始作匀速沉降,对应的沉降速度为一定值,称该速度为沉降速度或终端速度,以u t表示,其计算式为ξρρρ34)(dg u s t -=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 t 的函数,即ζ=f(Re t )μρi t du Re =阻力系数ζ与Re t 的关系由实验测定,结果如图3-2所示。
图中曲线按Re t 值可分成四个区,即(1) 层流区,Re t ≤2(又称斯托克斯区) tRe 24=ξ (2) 过渡区,2< Re t <1036.0Re 5.18t =ξ(3) 湍流区,103< Re t <2×105 ζ=0.44 对应各区沉降速度u i 的计算公式如下: (1) 层流区μρρ18)(2g d u s i -=(2) 过渡区6.0)(27.0ts i Re gd u ρρρ-=(3) 湍流区ρρρgd u s i )(74.1-=3、沉降速度的计算计算沉降速度u i 时,为选用计算公式,应先判断流动类型,即先算出Re t 值,计算Re t 时需已知u i ,而u i 是待求量,故需用试差法求解。