化工原理非均相物质分离

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——非均相物系的分离习题及答案第三章非均相物系的分离一、选择与填空1、在滞流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的＿＿次方成正比，在湍流区颗粒的沉降速度与颗粒直径的＿＿次方成正比。

2、在恒压过滤时，如介质阻力不计，过滤压差增大一倍时同一时刻所得滤液量__________。

A 增大至原来的2倍B 增大至原来的4倍C 增大至原来的2倍 D增大至原来的1.5倍3、过滤基本方程式是基于＿＿＿＿推导出来的。

A 滤液在介质中呈湍流流动B 滤液在滤渣中呈湍流流动C 滤液在介质中呈层流流动D 滤液在滤渣中呈层流流动4、颗粒的沉降速度不是指（）。

A等速运动段的颗粒降落的速度 B加速运动段任一时刻颗粒的降落速度C加速运动段结束时颗粒的降落速度 D净重力(重力减去浮力)与流体阻力平衡时颗粒的降落速度5、叶滤机洗涤速率与最终过滤速率的比值为（）。

A 1/2B 1/4C 1/3D 16、过滤介质阻力忽略不计，滤饼不可压缩进行恒速过滤，如滤液量增大一倍，则（）。

CA操作压差增大至原来的倍 B操作压差增大至原来的4倍C操作压差增大至原来的2倍 D操作压差保持不变7、在降尘室中除去某粒径的颗粒时，若降尘室高度增加一倍，则颗粒的沉降时间____，气流速度____，生产能力____。

8、沉降雷诺准数Ret越大，流体粘性对沉降速度的影响____。

9、一球形石英粒子在空气中作滞流自由沉降。

若空气温度由20℃提高至50℃，则其沉降速度将____。

10、含尘气体通过长4m、宽3m、高1m的降尘室，颗粒的沉降速度为0.03m/s，则降尘室的最大生产能力为____m3/s。

11、根据过滤基本方程式（说明提高过滤机生产能力的措施是（最少写出三条）____、____、____。

12、以下说法中正确的是（）A． B. C. D.13、在板框压滤机中，若过滤压力差增加一倍，则过滤速率变为原来的___倍，生产能力为___倍。

（过滤介质阻力忽略不计，滤饼不可压缩）14、恒压过滤某种悬浮液（介质阻力可忽略，滤饼不可压缩），已知10min单位过滤面积上得滤液0.1m3。

第三章：非均相物系的分离自然界里的大多数物质是混合物。

且大致可分为均相混合物和非均相混合物两大类。

由于非均相物系中的连续相和分散相具有不同的物理性质（如密度），故一般可用机械方法将它们分离。

要实现这种分离，必须使分散相和连续相之间发生相对运动，因此，非均相物系的分离操作遵循流体力学的基本规律。

按两相运动方式的不同，机械分离大致分为沉降和过滤两种操作。

分离非均相混合物的主要目的有：(1) 收集分散物质: 例如从气流干燥器或喷雾干燥器出来的气体以及从结晶器出来的晶浆中都带有大量的固体颗粒，必须收取这些悬浮的颗粒作为产品；又如从催化反应器出来的气体中，往往夹带着催化剂颗粒，必须将这些有价值的颗粒加以回收，循环使用。

(2) 净化分散介质: 例如某些催化剂反应的原料气中若带有灰尘杂质会影响触媒的效能，为此，在气体进入反应器之前必须除净其中的灰尘，以保证触媒的活性。

(3) 环境保护: 近年来，各种工业污染成为国计民生中及待解决的严重问题，因此要求工厂对排出的废气，废液中的有害物质加以处理，时期浓度符合规定的标准，以保护环境。

非均相物系的分离操作在环境保护方面起到一定作用。

重力沉降降尘室籍重力沉降从气流中分离出尘粒的设备称为沉降室，最常见的降尘室如图所示。

含尘气体进入降尘室后，因流道截面积扩大而速度减慢，只要颗粒能够在气体通过的时间内降至室底，便可从气流中分离出来。

颗粒在降尘室的运动情况如图所示：令l-降尘室的长度，m;H-降尘室的高度，m；b-降尘室的宽度，m；u-气体在降尘室的水平通过速度，-降尘室的生产能力,；位于降尘室最高点的颗粒沉降至室底需要的时间为：气体通过降尘室内的水平通过速度为满足除尘要求，气体在降尘室内停留时间至少需要等于颗粒的沉降时间，即：或气体在降尘室内的水平通过速度为：将此式代入式上式并整理得：可见，理论上降尘室的生产能力只与沉降面积bl及颗粒的沉降速度有关，而与降尘室高度无关。

故降尘室应设计成扁平形，或在室内均匀设置多层水平隔板，构成多层降尘室，如图所示。