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 ut表示，其计算式为 34)(dgust
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Ret的函数，即
ζ=f(Ret)
itduRe
阻力系数ζ与Ret的关系由实验测定，结果如图3-2所示。图中曲线按Ret值可分成四个区，即
(1) 层流区，Ret≤2(又称斯托克斯区) tRe24
(2) 过渡区，2＜ Ret ＜103 6.0Re5.18t
(3) 湍流区，103＜ Ret ＜2×105 ζ=0.44
固液分离的方式原理
固液分离是指将含有固体颗粒的液体与固体颗粒分离开的一种物质分离技术。固液分离可以应用于多种领域，如化工、制药、环保、食品工业等。下面将从常见的固液分离方式的原理出发，详细介绍固液分离的方式。
1. 重力沉降法
重力沉降法是将固液混合物放置在容器中，通过重力使固体颗粒向下沉降，从而实现固液分离。原理是根据固体颗粒的密度不同，在重力作用下，固体颗粒的比重大于液体，所以会向下沉降。利用这个原理，可以通过调节沉降时间和沉降距离来改变固液分离效果，从而实现对不同颗粒大小和密度的固体颗粒的分离。
2. 过滤法
过滤法是利用过滤介质（如滤纸、滤布、滤板等）对固液混合物进行过滤，将固体颗粒留在过滤介质上，而将液体通过过滤介质分离出来。原理是利用过滤介质的孔隙大小，可以选择性地将固体颗粒分离出来。对于较小的固体颗粒，可以使用更细密的过滤介质，如滤纸；而对于较大的固体颗粒，可以使用较粗的过滤介质，如滤布。通过调节过滤时间和过滤速度，可以改变固液分离的效果。
3. 离心沉降法
离心沉降法是利用离心机产生的离心力将固液混合物分离的一种方法。离心力的大小与重力相比较大，可以使固体颗粒更快速地分离出来。原理是根据固体颗粒与液体的相对密度差异，利用离心力使固体颗粒向离心管壁方向沉降，从而与液体分离开来。离心沉降法可以有效地分离出较小粒径的固体颗粒，对于较小的固体颗粒和难以过滤的悬浮液有较好的分离效果。
4. 沉降层析法
沉降层析法是利用不同颗粒大小和密度的固体颗粒在液体中的沉降速度差异进行分离的一种方法。通过将含有固体颗粒的液体静置一段时间，固体颗粒会逐渐沉降形成沉降层，然后利用间歇进料或连续进料的方式，从上部取出清液和从底部取出含有固体颗粒的混浊液，从而实现固液分离。原理是根据固体颗粒的大小和密度差异，通过调节沉降时间和沉降速度，使不同大小和密度的固体颗粒在液体中分离并沉降到不同高度，实现固液分离。
5. 綜合分离方法
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;. 1、 单元操作: 在各种化工生产过程中，除化学反应外的其余物理操作称为单元操作。包括流体的流动与输送、沉降、过滤、搅拌、压缩、传热、蒸发、结晶、干燥、精馏、吸收、萃取、冷冻等
2、 真空度： 当被测流体的绝对压强小于外界压强时，用真空表进行测量。真空表的读数表示被测流体的绝对压强低于当地大气压强的数值，称为真空度，即： 真空度=大气压强—绝对压强= —表压强
3、 牛顿流体： 凡遵循牛顿黏性定律的液体为牛顿型液体，所有气体和大多数液体为牛顿液体
4、 层流流动： 是流体两种流动形态之一，当管内流动的Re 小于 2000时，即为层流流动，此时流体质点在管内呈平行直线流动，无不规则运动和相互碰撞及混杂
5、 理想气体：分子本身没有体积，分子间没有作用力的气体。它在任何温度和压力下都能服从气体状态方程式Pv=nRT
6、 理想流体： 黏度为零的流体。实际自然中并不存在，引入理想流体的概念，对研究实际流体起重要作用
粘度：液体粘度随温度升高而降低，气体粘度随温度升高而升高
7、 表压：以外接大气压为基准测得为压力为表压。把表压的负值改为正值，称为真空度
8、 质量流速：单位时间内流体流经管路单位截面的质量
牛顿型流量：在流动中形成的剪应力与速度梯度的关系完全符合牛顿粘性定律的液
流量调节：管路上调节排出管路的阀门、泵特性调节转速和叶轮
9、 余隙比：余隙体积与活塞扫过体积之比
10、 沉降分离法：使气体或液体中的固体颗粒受重力、离心力或惯性力作用而沉降
11、 过滤分离法：利用气体或液体能通过过滤介质而固体颗粒不能穿过过滤介质的性质进行分离
12、 絮凝剂：凡是能够促进溶胶中微粒絮凝的物质
13、 泵的特性曲线：特性曲线是在一定转速下，用常温清水在常压下测得。表示离心泵的压头、效率和轴功率与流量之间的关系曲线
14、 流体边界层：速度为u的均匀流平行经过固体壁面时，与壁面接触的流体，因分子附着力而静止不动，壁面附近的流体层由于粘性而减速，此减速效应将沿垂直于壁面的流体内部方向逐渐减弱，在离壁面一定距离处，流速已接近于均匀流的速度，在此层内存在速度梯度，该薄层称为流体边界层
离心机
离心机示意图
离心就是利用离心机 转子高速旋转产生的强大的 离心力，加快液体中颗粒的沉降速度，把样品中 不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。所以需要利用离心机产生强大的离心力，才能迫使这些 微粒克服扩散产生沉降运动。
离心机
离心机是利用 离心力，分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械。 离心机主要用于将 悬浮液中的固体颗粒与液体分开；或将乳浊液中两种密度不同，又互不 相溶的液体分开（例如从牛奶中分离出奶油）；它也可用于排除湿固体中的液体，例如用 洗衣机甩干湿衣服；特殊的超速管式分离机还可分离不同密度的气体混合物；利用不同密 度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点，有的沉降离心机还可对固体颗粒按密 度或粒度进行分级。
离心机大量应用于化工、石油、食品、制药、选矿、煤炭、水处理和船舶等部门。 中国古代，人们用绳索的一端系住陶罐，手握绳索的另一端，旋转甩动陶罐，产生离 心力挤压出陶罐中蜂蜜，这就是离心分离原理的早期应用。
工业离心机诞生于欧洲， 比如19世纪中叶，先后出现纺织品脱水用的 三足式离心机
和制糖厂分离结晶砂糖用的 上悬式离心机。这些最早的离心机都是间歇操作和人工排渣的。
由于卸渣机构的改进， 20世纪30年代出现了连续操作的离心机，间歇操作离心机也
因实现了自动控制而得到发展。
工业用离心机按结构和分离要求，可分为过滤离心机、沉降离心机和分离机三类。
离心机有一个绕本身轴线高速旋转的圆筒，称为 转鼓，通常由电动机 驱动。悬浮液（或
乳浊液）加入转鼓后，被迅速带动与转鼓同速旋转，在离心力作用下各组分分离，并分别 排出。通常，转鼓转速越高，分离效果也越好。
离心分离机的作用原理有离心过滤和离心沉降两种。离心过滤是使悬浮液在离心力场 下产生的离心压力，作用在 过滤介质上，使液体通过过滤介质成为滤液，而固体颗粒被截
留在过滤介质表面，从而实现液 -固分离；离心沉降是利用悬浮液（或乳浊液）密度不同的 各组分在离心力场中迅速沉降分层的原理，实现液 -固（或液-液）分离。
