第三章 第1次 非均相物系的分离-(颗粒及颗粒床层特性)
更新时间:2023-07-27 18:35:01 阅读量: 实用文档 文档下载
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第三章 非均相物系的分离
重点:过滤和沉降的基本理论、基本方程 难点:过滤基本方程的应用、过滤设备
一、概 述自然界的混合物分为两大类:
均相物系(honogeneous
system): 均相混合物。物系内
部各处均匀且无相界面。如溶液和混合气体都是均相物系。
非均相物系(non-honogeneous
system): 非均相混合物。
物系内部有隔开不同相的界面存在,且界面两侧的物料性质有 显著差异。如:悬浮液、乳浊液、泡沫液属于液态非均相物系,
含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。
分散相: 分散物质。在非均相物系中,处于分散状态的物质。
连续相: 分散介质。包围着分散物质而处于连续状态的流体。 分离的目的1、对原料或产品进行分离与提纯
2、回收与获取有用物质,提高产品产率3、去除有害物质,实现环保目的
非均相物系的分离原理:根据两相物理性质(如密度等)的不同而进行的分离。
非均相物系的分离方法:由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较大,因此常 采用机械方法进行分离。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。
1. 沉降颗粒相对于流体(静止或运动)运动而实现悬浮物系分
离的过程。沉降操作的作用力 沉降 2. 过滤 重力沉降 重力 离心沉降 惯性离心力
流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程。 依实现过滤操作的外力不同,过滤操作又可分为
过滤操作的外力
重力过滤 过滤
重力
加压过滤真空过滤 离心过滤
压强差压强差 惯性离心力
颗粒的特性(p128)
一、单一颗粒特性1. 球形颗粒球形颗粒的尺寸由直径 d 体积 表面积 比表面积 确定。 m3 m2 m2 /m3
πd V 6 2 S π d3
S 6 a V d
2. 非球形颗粒(1) 体积当量直径
需要大小和形状两个参数来描述其特性。
实际颗粒的体积 VP 等于当量球形颗粒的体积 V, 则体积当量直径 de 定义为
de (2) 球形度 s
3
6 Vp π
,m与该颗粒体 积相等的球 体的表面积
S s Sp非球形颗粒 s 1 , 球形颗粒
颗粒的实 际表面积
s 1
非球形颗粒的特性参数,即体积
一、单一颗粒特性
π 3 Vp = de 6Sp = πd e 2
m3
表面积
s
m2
比表面积
6 a= s d e
m2 /m3
2. 颗粒群特性 (1)粒度分布不同粒径范围内所含粒 子的个数或质量目数 孔径μm 3 4 6 8 10 14 20 35 6680 4699 3327 2362 1651 1168 833 417 目数 孔径μm 48 65 100 150 200 270 400 295 208 147 104 74 53 38
泰勒标准筛
(2)筛分分析用标准筛测量颗粒粒度分 布的方法称为筛分分析
(3)颗粒的平均直径常用的是平均比表面积直径(体积表面积平均直径)
1 dV , S , m
wi i
1 d p ,i
k
dV , S ,m - 平均比表面积直径 wi 相邻两筛号间的颗粒质量分率 d p ,i 筛分直径( 相邻两筛的筛孔平均值)
三、颗粒的沉降 定义: 在某种力场的作用下,利用分散物质与分散介质的密 度差异,使之发生相对运动而分离的单元操作。 沉降操作分类:重力沉降、离心沉降。
1. 重力沉降在重力作用下实现的沉降过程。
(1)沉降速度1.1 球形颗粒的自由沉降
自由沉降(free settling): 单个颗粒在流体中沉降,或者颗粒群在流体中分散得较好而颗粒之间互不接触互不碰撞的条
件下沉降。自由沉降分两个阶段---加速段和等速段
球形颗粒等速沉降速度公式推导球形颗粒受力分析 重力:Fg m p g V p p g
63
d 3 pg p
阻力 Fd浮力 Fb
浮力:Fb mg V p g
6
d p g
u重力 Fg
ut2 Fd p f A W f' A A 阻力: 2 2 u t A 2 p为颗粒密度
根据牛顿第二定律,颗粒的重力沉降运动基本方程式应为:
dut Fg Fb Fd ma m dt
6
d ( p ) g 3 p
4
d
2 p
u 2
dut d p 2 6 dt3 p
等速沉降有:
dut 0 dt3 p
即:
6
d ( p )g
8
2 d p ut 0
整理得式:
ut
4 gd p ( p ) 3
球形颗粒等速沉降速度公式
(2)阻力系数ζ与沉降速度实用公式ζ—Ret曲线 滞流区 10-4< Ret<2 有公式:
24 Re t可得斯托克斯(Stokes)公式:
ut
d ( p )g2 p
18
ut 过渡区
4 gd p ( p ) 3
2< Ret<500 有
18.5 0.6 Re t得艾伦(Allen)公式求沉降速度
ut 0.269
gd p ( p ) Re
0.6 t
d ( p ) 0.781 0.4 0.6 1.6 p
0.714
ut
4 gd p ( p ) 3
湍流区 500 < Ret<2×105 有
0.44得牛顿(Newton)公式
ut 1.74
gd p ( p )
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