非均相混合物的分离讲解共26页文档

非均相物系的分 离全课件
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• 非均相物系分离概述 • 非均相物系分离原理 • 非均相物系分离技术及应用 • 非均相物系分离设备 • 非均相物系分离实验与案例分析
01
CATALOGUE
非均相物系分离概述
定义与分类
定义
非均相物系是指由固体颗粒、液体或 气体等不同相态物质组成的混合物。 分离是指将非均相物系中的各相态物 质进行分离、提纯或富集的过程。
萃取设备
总结词
利用两种不相溶溶剂的溶质分配原理，实现溶质由一种溶剂向另一种溶剂转移 的设备。
详细描述
萃取设备包括萃取塔、混合器、分液漏斗和离心萃取器等，适用于处理难以用 一般分离方法分离的混合物。通过选择合适的萃取剂，将目标物质从一种溶剂 转移到另一种溶剂中，达到分离和提纯的目的。
05
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浮选分离原理
泡沫浮选
利用气泡将目的物质吸附并浮至液面形成泡沫层，从而实现 物质的分离。
沉淀浮选
将目的物质在溶液中先沉淀，再通过浮选的方法将其与其他 物质分离。
萃取分离原理
分配系数
物质在两种不混溶液体中的溶解度之比。
萃取过程
将待分离的物质加入两种不混溶液体的混合物中，经过一定时间后，利用两种液体的密度差异进行分 离。
应用
在石油、化工、制药、食品、环保等领域广泛应用，主 要用于固-液分离。
离心分离技术及应用
离心分离技术
利用离心力场的作用，使不同密度的物 质在离心场中受到不同的离心力，从而 实现物质分离的技术。
VS
应用
在化工、制药、环保、食品等领域广泛应 用，主要用于固-液分离和液-液分离。
浮选分离技术及应用
浮选分离技术

（2）过渡区：
ut
d 0.27
(s
)gRt0e.6
又称艾伦 公式
（3）湍流区： ut
1.74
d
(s )g
又称牛顿 公式
由于沉降操作涉及的颗粒直径都较小，沉降通常处于层 流区，因此斯托克斯公式应用较多。
ppt课件
10
3）影响沉降速度的因素 （1）干扰沉降
当流体中颗粒浓度较大时，颗粒沉降时彼此影响，这种沉 降称为干扰沉降。干扰沉降的速度比自由沉降要小。
颗粒在降尘室中的停留时间为 l
H ut
u V S lHb
u
Hb
VS
颗粒被分离的条件为
或
t
lHb H
VS ut
VS lbut
降尘室的生产能力Vs仅与其底面积Lb及
颗粒的沉降速度ut有关 ，而与降尘室的
高度H无关。
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14பைடு நூலகம்
若降尘室内设置n层水平隔
V NLbu 板，则层数为N=n+1，生
u t d s 2 (1 s 8 )g ( 3 1 0 6 1 ) 0 2 1 (2 8 .8 6 1 6 1 .5 1 0 0 ) 6 9 0 .8 5 0 1 .0m 6 /s8
校核 R e td su t 3 0 1 0 1 6 . 8 6 0 .0 1 6 p0 p8 t课 5 5 件 1 .1 6 5 0 .1 3 1
6
S d2 比表面积
ppt课件
6 a
d
5
2）非球形颗粒
（1）体积当量直径（令实际颗粒的体积等于当量球形颗粒的
体积）
VP
6
d
3 e
de
3
6V P

真实密
b =s(1-ε)
14
三、床层的自由截面积
床层截面上未被颗粒占据的、流体可以自由通过 的面积，称为床层的自由截面面积。
3.2.3 流体通过床层流动的压降（p155 ）
一、床层的简化模型 简化模型是将床层中不规则的通道假设成长度为 L、 当量直径为 deb 的一组平行细管，并且规定： ① 细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容积；
重力 压强差 压强差 惯性离心力
三、非均相混合物分离的目的
非均相混合物分离的应用： ① 收集分散物质； ② 净化连续介质； ③ 环境保护与安全生产。
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3.2 颗粒及颗粒床层的特性
3.2.1 颗粒的特性 3.2.2 颗粒床层的特性 3.2.3 流体通过床层流动的压降
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3.2.1 颗粒的特性（p131）
由于 Reb ＞2，不宜用康采尼公式计算Δpf 又由于 Reb ＜20，用欧根公式计算Δpf 时，可忽略式中 等号右边第二项，于是
p f 1 5 0 ( 1 3 (s ) d 2 e u ) 2= 1 5 ( 0 0 .4 ( 4 1 3 - 2 0 ) . 3 4 4 ( 3 0 2 .) 8 2 7 4 0 .2 0 . 0 1 0 . 3 8 4 1 3 5 1 ) 2 0 - 5 = 2 1 4 .4 ( P a )
4
=1-G /s =1-980=0.4432
V b
1760
a 6=
6
= 1 9 9 9(m 2 /m 3 )
sd e 0 .8 7 4 0 .0 0 3 4 3 5
于是 a b = ( 1 - ε ) a = ( 1 - 0 . 4 4 3 2 ) 1 9 9 9 = 1 1 1 3 ( m 2 / m 3 )

第三节 沉降分离
在外力场作用下，利用分散相和连续相之间的密度差，使 之发生相对运动而实现非均相混合物分离的操作称为沉降
分离。
重力沉降（分离较大颗粒，如选矿）
根据外力场不同：
离心沉降（分离较小颗粒，如气体除尘）
根据颗粒是否受到其他颗粒或器壁的影响： 自由沉降：容器壁和其它颗粒不影响沉降速度； 干扰沉降：实际颗粒的沉降。
包围着分散相物质且处于连续状 态的流体 如：气态非均相物系中的气体,
液态非均相物系中的连续液体
二、非均相物系的分离方法
1.非均相物系的分离依据
分散质与分散介质之间物性的差异，如密度，颗粒粒径等。
2.分离方法——机械法
使分散质与分散介质之间发生相对运动实现分离。
机械 分散相和连续相 分离
发生相对运动的方式
大的悬浮液的分离。 这种设备具有结构简单，可连续操作且增稠物浓度较
均匀等优点，其缺点是设备庞大、占地面积大、分离 效率较低等。
学习重力沉降时应注意以下几个问题：
(1) 沉降速度：是当颗粒在流体中沉降时所受到的重力与浮力和阻力
之和为零时，颗粒作匀速运动时的速度，其值与流体物性、颗粒的密 度、颗粒直径及流体流动型态等因素有关，沉降速度不是操作特性， 而是一综合特性。
反之。气体的粘度随着温度升高而增大，故温度高的气体较温度低的 气体除尘困难。
二、离心沉降
离心沉降：依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程 。 适于分离两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系。
惯性离心力场与重力场的区别
重力场
离心力场
力场强度 方向
重力加速度g
ut2/R
指向地心
沿旋转半径从中心指向外周
流体——颗粒相对运动的三种情况：

气液系统（如气体中的液滴）；
液液系统（如乳浊液中的微滴）等。
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（如密度），故可用机械方法进行 分离。利用密度差进行分离时，必须使分散相与连 续相产生相对运动，因此，分离非均相物系的单元 操作遵循流体力学的基本规律，按两相运动方式的 不同分为沉降和过滤。 非均相物系的分离主要用于： 1、回收有用物质，如颗粒状催化剂的回收； 2、净化气体，如除尘、废液、废气中有害物质的清 除等。
.6 gd1 p ( p ) ut= 0.153 0.4 0.6 1/ 1.4
艾伦公式
湍流区
ut=
1.74
d p ( p )g

牛顿公式
计算ut需用试差法，即先假设流动类型（层流、过渡流、湍 流）后选用相应的ut计算式算出ut，用ut计算Re，再检验假设 的流型是否正确。
通常将原悬浮液称为滤浆，滤浆中的固体颗粒称为滤渣， 过滤时积聚在过滤介质上的滤渣层称为滤饼，通过过滤 介质的液体称为滤液。
（二）过滤介质
过滤介质的作用是支承滤饼，故除有孔隙外，还应具有足 够的机械强度及尽可能小的阻力。
工业上常用的过滤介质有：
织物介质：天然纤维、化学纤维、玻璃丝、金属丝织成的 滤网。
（四）实际重力沉降速度 自由沉降：固体颗粒在沉降过程中不因流体中其他颗 粒的存在而受到干扰的沉降。 干扰沉降：固体颗粒在沉降过程中，因颗粒之间的相 互影响，而使颗粒不能正常沉降。
二、 离心沉降 颗粒在离心力场作用下，受到离心力的作用而沉降的过程 称为离心沉降。
悬浮在流体中的微粒，利用离心力比利用重力可以使微粒 的沉降速度增大很多，这是因为离心力由旋转而产生，旋 转的速度愈大则离心力也愈大；而微粒在重力场中所受的 重力作用是一个定值。因此，将微粒从悬浮物系中分离时， 利用离心力比利用重力有效的多。同时，利用离心力作用 的分离设备不仅可以分离较小的微粒，而且设备的体积可 以缩小。

非均相混合物的分离
（2）振动筛 振动筛是由筛机产生高频振动而实现筛分操作的。由 于振动筛筛面具有强烈的高频振动，筛孔几乎完全不会被 物料堵塞，故筛分效率高，生产能力大，筛面利用率高。 振动筛结构也简单，占地面积小，重量轻，动力消耗低， 价格低，应用范围较广，特别适用于细粒物料和浆料的筛 分操作。应用较多的是惯性振动筛、偏心振动筛和电磁振 动筛。下面介绍惯性振动筛。
u0
4d s g
3
（3-4）
非均相混合物的分离
上述计算沉降速度的方法，是在下列条件下建立的： ①颗粒为球形； ②颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰； ③容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略； ④颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响。
非均相混合物的分离
（2）阻力系数
使用式（3-4）计算沉降速度首先要知道阻力系数，通
非均相混合物的分离
2．粉碎设备 （1）干法粉碎机械 ①锤式粉碎机械适用于中等硬度和脆性物料的中碎和 细碎，一般原料粒径不能大于10mm，产品粒度可通过更换 筛板来调节，通常不得细于200目，否则由于成品太细易堵 塞筛孔。 ②辊式粉碎机械是食品工业中使用最广泛的粉碎设备， 它能适应食品加工和其他工业对物料粉碎操作的不同要求。 辊式磨粉机广泛用于小麦制粉工业，也用于酿酒厂的原料 破碎等工序。精磨机用于巧克力的研磨。
非均相混合物的分离
（4）公式（3-4）使用方法
①如果根据已知条件能够确定沉降处在哪个区，则可
直接用该区的公式进行计算。
②如果不能确定流动处在哪个区，则应采用试差法：
即先假定流动处于层流区，用式（3-5）求出沉降速度 u0 ，
然后再计算雷诺数Re0 ；如果Re0 >1，便改用相应的公式计
非均相混合物的分离

Pi
C1i C2i C1i
O Pi xi
第33页/共59页
§ 3.2 沉 降 过 程
分割直径d50 ：分离效率（粒级率）为50%的颗粒 的直径
对标准旋风分离器d50的经验公式为
：
d50 0.27
D
ui s
Pi~(d/d50)曲线只与旋风分离器的类型有关，
与设备大小无关。
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非均相物系的分离讲解
会计学
1
教学要求
基本原理：影响旋风分离器性 能的主要因素。
恒压、恒速、先恒
压后恒速过滤
的特点。
设备特点：降沉室、旋风分离
器的结构与第2页特/共59点页 ；
板筐压滤机、叶滤
教学要求
基本公式：
ut
4dP (s )g 3
ut
d
2 P
(s
)g
18
Vs blut
9B dc πNui s
第44页/共59页
§ 3.3过 滤
滞流时，圆管内：Pf
32ul
d2
滞流时，孔道内：Pf
Cu1l
de2
No 式中：
u1
u
l C'L
de
4 a(1
)
Image Pf
K (1 )2 a2 3
uL
K：康采尼常数
第45页/共59页
§ 3.3过 滤
u
3
5a21 2
pc
L
dV
Ad
过滤速度
（二） 过滤速率
第38页/共59页
§ 3.3过 滤
一、 过滤操作的基本概念 过滤是在外力作用下，使悬浮液中的液体
通过多孔介质的孔道，而固体颗粒被截留在介 质上，从而实现固、液分离的操作。

阻力系数与Ret无关
3.3 沉降分离
④ Ret>2105
阻力系数骤然下降
层流边界层湍流边界层
分离点后移，尾流区收缩，形体阻力突然下降
近似取=0.1
3.3 沉降分离
自由沉降速度的公式不适用于非常微细颗粒（如d<0.5μm ) 的沉降计算，这是由于流体分子热运动使得颗粒发生布朗运动。当Ret>10-4时，可不考虑布朗运动的影响。
摩擦数群法 无因次判据法
非试差法：
3.3 沉降分离
试差法：
假设 流型
选择公式
计算
计算
验算
3.3 沉降分离
例：求直径40μm球形颗粒在30℃大气中的自由沉降速度。已知ρ颗粒为2600kg/m3,大气压为0.1MPa。
解：
设为层流，则：
查30℃、0.1MPa空气：
校核：
(正确)
3.3 沉降分离
4.影响沉降速度的因素
解：
查80℃
(1)
进口横截面积
进口气速
3.3 沉降分离
(2)
由图查得 p=0.83=83%
(3)
3.3 沉降分离
4.存在问题及改进
上部易形成涡流
尘粒易带走
——倾斜式、 旁路
——扩散式
3.3 沉降分离
旋液分离器
3.3 沉降分离
滤浆(料浆)——悬浮液
滤液
滤饼(滤渣)
过滤介质
过滤操作推动力
与H无关
①当
有关，
3.3 沉降分离
②对设备而言，生产能力
只与沉降面积 和
有关，与H无关。
最小颗粒的沉降速度
所以设计降尘室时，应作成扁平形。
③气体在降尘室的流速u

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。
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【例】采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。 降尘室底面积为10㎡，宽和高均为2m。操作条件下气 体密度为0.75kg/m3，粘度为2.610-5Pas，颗粒密度为 3000 kg/m3。降尘室的生产能力为3m3/s。试求： （1）理论上可完全回收的最小颗粒直径； （2）粒径为40 m的颗粒的回收百分率； （3）如将降尘室改为多层以完全回收10m的颗粒， 在原降尘室内需设置多少层水平隔板及板间距。
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1）临界粒径 定义：理论上在旋风分离器中能被完全分离下来 的最小颗粒。 计算公式的推导：
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假设： （1）气流严格按螺旋形路线作等速运动，其切向
速度等于进口气速ui；
（2）颗粒向器壁沉降时，必须穿过厚度等于进气 宽度B的气流层，方能达到器壁而被分离； （3）颗粒的流动类型为滞流。
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1、离心沉降速度
流体作圆周运动时，形成惯性离心力场。当颗
粒 度
在 ur
距中 。
心r
A
处
旋转时
ur C
，
其
切向速度uT，径向速 惯性离心力场强度：
r1
u uT
uT2/r
r
r2 B
轨迹：
逐渐扩大的螺旋线
颗粒在旋转流体中的运动
第32页/共131页
dp，p的球形颗粒受力分析：
离心力
Fc
p
g
4
d p2
u 2
2
ma
m
du
d
当a
du
d
0时, u

2
Part
沉降及其设备
Settlement and its equipment
2 Part
沉降及其设备
沉降是使密度不同的两相，在外力（重力或离心力）的作用下， 发生相对运动而实现分离的过程。如悬浮在流体中的固体颗粒， 在重力或离心力作用下，沿着受力方向发生运动而沉积，从而与 流体分离。 主要类型： 重力沉降：利用重力完成分离的操作。 离心沉降：利用离心力作用而获得分离的操作。 依 据：连续相与分散相密度不同。
沉降及其设备
2 离心沉降
微粒在重力场中所受的重力作用是一个定值，而离心力由旋转而
产生，旋转的速度愈大则离心力也愈大。利用离心力使颗粒在离心力
场的作用下而沉降的过程称为离心沉降。
离心力沉降比重力沉降的沉降速度增大很多，因此离心力分离设
备不仅可以分离较小的微粒，而且设备体积缩小。
2 Part
沉降及其设备
3 Part
过滤及其设备
2 过滤介质
织物介质
编制滤布
织物介质
天然纤维：棉、毛、丝、麻 化学纤维：聚氯乙烯、聚乙烯、聚酯纤维
玻璃丝
滤网
金属丝
特点：品种最多，用途最广。
3 Part
过滤及其设备
2 过滤介质
多孔性固体介质
• 多孔性陶瓷板 • 多孔性塑料板 • 多孔性金属陶瓷板或管（由金属粉末烧结而成）
中的空隙流动叫做滤饼过滤。
（2）深层过滤 固体颗粒不形成滤饼，而 是沉积在过滤介质内部叫做深层过滤。用 于去除直径小于5μm的细小颗粒,滤介质要 定期更换或清洗再生。
3 Part
过滤及其设备
2 过滤介质
过滤介质是过滤设备的核心，过滤过程的关键。 过滤介质的作用是支承滤饼，故除有孔隙外，还应具有足够的机械强 度及尽可能小的阻力。 工业上常用的过滤介质有： ➢ 织物介质、多孔性固体介质 ➢ 堆积介质、多孔膜