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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。
第三章 非均相物系的分离一、填空题：1．⑴一球形石英颗粒，在空气中按斯托克斯定律沉降，若空气温度由20°C 升至50°C ，则其沉降速度将 。
⑵降尘室的生产能力只与降尘室的 和 有关，而与 无关。
解⑴下降 ⑵长度 宽度 高度2．①在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，则沉降时间 ，气流速度 ，生产能力 。
②在滞流（层流）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。
解①增加一倍 ， 减少一倍 ， 不变 ②2 ， 1/2沉降操作是指在某种 中利用分散相和连续相之间的 差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。
沉降过程有 沉降和 沉降两种方式。
答案：力场；密度；重力；离心3．已知q 为单位过滤面积所得滤液体积V/S ，e e e S V q V /，为为过滤介质的当量滤液体积（滤液体积为e V 时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力），在恒定过滤时，测得2003740/+=∆∆q q τ，过滤常数K ＝ ，e q = 。
解0.000535 ， 0.05354．⑴间歇过滤机的生产能力可写为Q ＝V/∑τ，此外V 为 ，∑τ表示一个操作循环所需的 ，∑τ等于一个操作循环中 ， 和 三项之和。
一个操作循环中得到的滤液体积 ，总时间 ，过滤时间τ ，洗涤时间τw ， 辅助时间τD⑵．一个过滤操作周期中，“过滤时间越长，生产能力越大”的看法是 ，“过滤时间越短，生产能力越大”的看法是 。
过滤时间有一个 值，此时过滤机生产能力为 。
不正确的 ，不正确的 ， 最适宜 ， 最大⑶．过滤机操作循环中，如辅助时间τ越长则最宜的过滤时间将 。
⑶ 越长(4). 实现过滤操作的外力可以是 、 或 。
答案：重力；压强差；惯性离心力5．⑴在过滤的大部分时间中， 起到了主要过滤介质的作用。
⑵最常见的间歇式过滤机有 和 连续式过滤机有 。
⑶在一套板框过滤机中，板有 种构造，框有 种构造。
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。
第3章 非均相物系分离和固体流态化1.取颗粒试样500g,作筛分分析,所用筛号及筛孔尺寸见本题附表中第1、2列,筛析后称取各号筛面上的颗粒截留量列于本题附表中第3列,试求颗粒群的平均直径。
〔答:d a =0.344mm 〕习题1附表2.密度为2650kg/3的球形石英颗粒在20℃空气中自由沉降,计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。
〔答:dmax=57.4μm, dmin=15.13μm 〕3.在底面积为402的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。
气体的处理量为3600m 3/h,固体的密度3/3000m kg =ρ,操作条件下气体的密度3/06.1m kg =ρ,黏度为2×10-5Pa ·s 。
试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。
〔答:d=17.5m μ〕4.用一多层降尘室除去炉气中的矿尘。
矿尘最小粒径为8m μ阳,密度为4000kg/m 3。
除尘室长4.1m 、宽1.8m 、高4.2m,气体温度为427℃,黏度为3.4x1O -5Pa ·s,密度为0.5kg/m 3。
若每小时的炉气量为2160标准m 3,试确定降尘室内隔板的间距及层数。
〔答:h=82.7mm,n=51〕5.已知含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m 3,气体流量为1000m 3/h 、密度为3.6×10-5Pa ·s 、密度为0.674kg/m 3,采用如图3-7所示的标准型旋风分离器进行除尘。
若分离器圆筒直径为0.4m,试估算其临界粒径、分割粒径及压强降。
〔答:d c =8.04m μ,m d μ73.550=，Pa p 520=∆〕6.某旋风分离器出口气体含尘量为0.7×10-3kg/标准m 3,气体流量为5000标准m 3/h,每小时捕集下来的灰尘量为21.5kg 。
出口气体中的灰尘粒度分布及捕集下来的灰尘粒度分布测定结果列于本题附表中。
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。
