《化工原理教学课件》非均相混合物.ppt
化工原理主讲教师：童汉清,第3章 非均相物系的分离,通过本章学习，掌握沉降、过滤、固体流态化及气力输送等过程的原理、计算方法、典型设备的结构特性，能够根据生产工艺的要求，合理选择设备。,学习目的与要求,均相混合物和非均相混合物,均相混合物：物料内部各处性质均匀一致而不存在相界面。如溶液、混合气体。均相混合物的常用分离方法有吸收、精馏、萃取等,非均相混合物：物系内部有相界面存在，且界面两侧物料性质截然不同。如含尘气体、悬浮液等。非均相混合物的常用分离方法有：筛分、沉降、过滤等。,1）分散物质（分散相）非均相物系中处于分散状态的物质。2）分散介质（连续相）非均相物系中处于连续状态的物质。,要实现分离，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。,非均相物系的分离原理：,非均相物系分离的理论基础：,根据连续相与分散相两相物理性质(如密度等)的不同而进行的分离。,筛 分,把固体物料按尺寸大小分为若干级别的操作称为分级。利用具有一定大小孔径的筛面进行分级称为筛分。用于筛分的机械设备按筛面的运动特点可分为振动筛、摇动筛、回转筛等。,筛 分,编织筛的筛面规格许多国家都订有标准，称为筛制：一定长度筛丝上的开孔数目数。,筛网产品规格中用以表达目数的单位是孔/厘米或线/厘米。使用英制计量单位的国家和地区，以孔/英寸或线/英寸来表达丝网目数。1英寸=2.54厘米 如150目/英寸，即1英寸内有150根网丝。目数一般可以说明丝网的丝与丝之间的密疏程度。目数越高丝网越密，网孔越小。反之，目数越低丝网越稀疏，网孔越大，,我国通常使用的筛网目数与粒径对照表目数 微米 目数 微米 目数 微米 目数 微米 2.5 7925 12 1397 60 245 325 47 3 5880 14 1165 65 220 425 334 4599 16 991 80 198 500 255 3962 20 833 100 165 625 206 3327 24 701 110 150 800 157 2794 27 589 180 83 1250 10 8 2362 32 495 200 74 2500 5 9 1981 35 417 250 61 3250 2 10 1651 40 350 270 53 12500 1,1、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。,2、沉降操作分类,1 沉降,一、概述,重力沉降：颗粒在重力场中受重力作用与连续相 发生相对运动而沉降。离心沉降：颗粒离心力的作用与连续相发生相对 运动而沉降。,3、沉降操作的应用,1）以澄清为目的 2）以增稠为目的 3）以分级分离为目的 4）以净化为目的,自由沉降：悬浮在流体中的微小颗粒借本身重力作用而独立沉降时，称为自由沉降。干扰沉降：当颗粒直径与容器直径之比大于1:200或悬浮液中颗粒的浓度大于0.2(体积)，此时颗粒与器壁或颗粒间存在干扰。颗粒的浓度越高，干扰越大。此种沉降称为干扰沉降。干扰沉降时，其曳力系数较自由沉降时为大。其沉降速度可按自由沉降速度计算，加以修正。,二、重力沉降,1、自由沉降与干扰沉降,2、球形颗粒的自由沉降速度,重力：,浮力：,阻力：,当流体相对于静止的固体颗粒流动时，或者固体颗粒在静止流体中移动时，由于流体的粘性，两者之间会产生作用力，这种作用力通常称为曳力（drag force)或阻力。,根据牛顿第二运动定律,分析颗粒运动情况：,加速度最大,阻力,加速度,加速度=0,加速段,匀速段,重力 Fg=浮力 Fb+阻力 Fd,沉降速度公式：,等速阶段中颗粒相对于流体的运动速度ut称为沉降速度。由于这个速度是加速阶段终了时颗粒相对于流体的速度，故又称为“终端速度”。,3、曳力系数,1）表面曳力与形体曳力,表面曳力（摩擦阻力）：流体与颗粒表面间的摩擦力在流动方向上的分力。,形体曳力（涡流阻力）：因边界层脱体产生颗粒上下端的压差。,2）对曳力系数的因次分析,曳力的影响因素：,曳力的函数关系：,因次分析的结果：,分为四个区,（1）层流区或斯托克斯(Stokes)定律区,斯托克斯(Stokes)式：,（2）过渡区或艾仑（Allen）定律区,艾仑（Allen）式,（3）湍流区或牛顿（Newton）定律区,牛顿（Newton）式,一、沉降速度,（4）边界层为湍流区,该区内,由于,不稳定，因此无法计算该区的沉降速度。,一般沉降操作达不到此区。,5、沉降速度的计算,（1）试差法,假定沉降所属区域用该区公式计算沉降速度ut由算出的ut求出Ret检验Ret是否在所设区域与所设相符，计算正确；与所设不符，重新计算。,例：求下列各种形状及尺寸的固体颗粒在30oC常压空气中的自由沉降速度。已知颗粒密度为2670kg/m3。1、直径为30 的球形颗粒。2、直径为1 的球形颗粒。3、棱长为1 的正方体颗粒。,(2)变换坐标法,三、非球形颗粒的当量直径与球形度的概念,1、非球形颗粒的当量直径 de,使非球形颗粒与某球形颗粒在某方面具有等效性（相当），则该虚拟球体的直径即非球形颗粒的当量直径。,1.球形颗粒：球形颗粒的尺寸由直径d 确定。,比表面积,体积,表面积,三、非球形颗粒的当量直径与球形度的概念,2、非球形颗粒的当量直径 de,使非球形颗粒与某球形颗粒在某方面具有等效性（相当），则该虚拟球体的直径即非球形颗粒的当量直径。,(1)体积当量直径dev,非球形颗粒与虚拟球形颗粒在体积方面具有等效性（相当），则该虚拟球体的直径即非球形颗粒的体积当量直径。,非球形颗粒的体积为,
