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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。
化工原理教案授课人：教学内容重力沉降：利用分散物质本身的重力，使其分散在分散介质中沉降而获分离的操作。
前提：分散相和连续相之间存在密度差。
粒径：适合于分离较大的固体颗粒 3.2.1重力沉降速度 1. 球形颗粒的自由沉降自由沉降：单一颗粒或者经过充分分散的颗粒群，在流体中沉降时颗粒间不相互碰撞或接触的沉降过程，称为自由沉降。
单个球形颗粒在重力沉降过程中受三个力作用：重力，浮力和阻力，当其加速度a=0时，颗粒作匀速沉降运动，此时颗粒（分散相）相对于连续相的运动速度叫沉降速度或终端速度。
此时：重力－浮力=阻力 （a ＝0时，F ＝ma ＝0）公式推导：球形颗粒直径d ，密度ρS ，连续相密度ρ，阻力系数ξ， 沉降速度u 0则 F g =gd s ⋅⨯ρπ361图3-1 颗粒在静止介质中降落时所受的作用力F b =g d ⋅⨯ρπ361（由连续相引起）颗粒在静止流体中以一定的速度运动和流体以一定的速度流过静止颗粒，都是流体与固体之间的相对运动，其阻力性质相同。
所以，颗粒沉降的阻力可以采用与第一章中流体流动阻力相类似的公式来表示。
u 0为沉降速度，A 为颗粒在垂直于沉降方向的平面上的投影面积，A ＝42d π，则：F d =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅241202u d ρπξ 达到恒定速度时，阻力的大小等于重力与浮力之差，即⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=-241616120233u d g d g d s ρπξρπρπ 整理ξρρρ3)(40-=s gd u （3-12）说明：①适用于光滑的球形颗粒的自由沉降，称为自由沉降速度公式。
②所计算速度为匀速速度（a ＝0） ③ξ为阻力沉降系数2、阻力系数ξξ为颗粒与流体相对运动的阻力系数。
也是颗粒与流体相对运动时的雷诺准数Re 的函数。
第一章流体流动中学过ξ＝f(Re)－无粗糙度的影响，μρ0du R e =应用于本章，利用大量实验数据，利用因次分析法及关联法等，绘制了球形颗粒的ξ—f(Re)图，教材p84页图3-2，图中：Re 为横坐标，ξ为纵坐标；根据Re 不同将此图分为三个区，不同区，u 0计算公式不相同。
