第三章:沉降与过滤
第三章：沉降与过滤
概述 (本章本质上讲属于流体流动过程,从方法或手段上讲:属于非均相分离过 程,下册讲的蒸馏、吸收、萃取等单元操作都是均相分离过程)。 1、相:体系中具有相同组成,相同物理性质和相同化学性质的均匀物质 相与相之间有明确的界面。 2、均相:凡物系内部各处物理料质均匀而不存在相界面者,称为均相混 合物或均相物系。溶液及混合气都是均相混合物。 3、非均相:凡物系内部有隔开两相的界面存在,而界面两侧的物料性质 截然不同者,称为非均相混合物或非均相物系。 非均相非均相物系里,处于分散状态的物质称为分散物质(或分散 相),包围着分散物质而处于连续状态的流体,称为分散介质(或连续 相)。如:浮悬液中的固体颗粒,称为分散物质,液体是分散介质 4、非均相物系的分离:通过机械方法分离非均相物系的单元操作。具体 点讲机械方法沉降和过滤
(本章:本质上讲:属于流体流动过程,从方法或手段上讲:属于非均相分离过 程,下册讲的蒸馏、吸收、萃取等单元操作都是均相分离过程)。 1、相：体系中具有相同组成，相同物理性质和相同化学性质的均匀物质。 相与相之间有明确的界面。 2、均相：凡物系内部各处物理料质均匀而不存在相界面者，称为均相混 合物或均相物系。溶液及混合气都是均相混合物。 3、非均相：凡物系内部有隔开两相的界面存在，而界面两侧的物料性质 截然不同者，称为非均相混合物或非均相物系。 非均相 非均相物系里，处于分散状态的物质称为分散物质（或分散 相），包围着分散物质而处于连续状态的流体，称为分散介质（或连续 相）。如:浮悬液中的固体颗粒，称为分散物质，液体是分散介质。 4、非均相物系的分离：通过机械方法分离非均相物系的单元操作。具体 点讲机械方法:沉降和过滤。 概 述
概述 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一 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; 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。 (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
概 述 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— 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； 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。 （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
概述 化工生产中常遇到的混合物可分为两大类: 气态空气天然气 均相 液态 乙醇水、石油 烟道气 气固 气泡液体 混 气液 雾滴气体 物非均旧液固 泥水、硫铵+母液 液液 牛奶、油水 固固 煤矸石、金属矿
混 合 物 均相 气态 空气、天然气 液态 乙醇—水、石油 非均相 气—固 烟道气 气泡—液体 气—液 雾滴—气体 液—固 泥水、硫铵+母液 液—液 牛奶、油—水 固—固 煤矸石、金属矿 概 述 化工生产中常遇到的混合物可分为两大类：
概述 非均相物系分离的目的 1、回收分散物质,如从母液中分离出晶粒;如从催化反应器出 来的气体中,往往带有催化剂颗粒,必须把这些有价值的颗粒 回收利用。 2、净制分散介质,如除去含尘气体中的尘粒;合成氨生产,半 水煤气中含有、灰尘等杂质,为了防止合成触媒中毒,必须将 这些杂质一一去除,以保证触媒的活性。 3、劳动保护和环境卫生等;对三废:废气、废液、废渣的处理, 地球由于被污染加剧环保越来越受到人们的重视。综上所述,非 均相物系分离的目的是除害收益。 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
1、回收分散物质，如从母液中分离出晶粒；如从催化反应器出 来的气体中，往往带有催化剂颗粒，必须把这些有价值的颗粒 回收利用。 2、净制分散介质，如除去含尘气体中的尘粒；合成氨生产，半 水煤气中含有、灰尘等杂质，为了防止合成触媒中毒，必须将 这些杂质一一去除，以保证触媒的活性。 3、劳动保护和环境卫生等；对三废：废气、废液、废渣的处理， 地球由于被污染加剧,环保越来越受到人们的重视。综上所述,非 均相物系分离的目的是除害收益。 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。 概 述 非均相物系分离的目的：
概述 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
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。 概 述 常用分离方法：
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概述 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—阻力F F=EA 2 A颗粒在运动方向上的投影,zd2 u—相对运动速度 5一阻力系数,①(Re)=(du)(实验测定) 层流区:Re<2, 2=24Re Stokes区 过渡区:Re=2500, 5=10√ReA1len区 湍流区:Re=500-2×105, 2g0.44 — Newton区
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——阻力Fd 2 2 u Fd A = A—颗粒在运动方向上的投影，dp 2 u—相对运动速度 —阻力系数， =（Re）=（dp u/）（实验测定） 层流区：Re2， =24/Re ──Stokes区 过渡区：Re=2—500， ──Allen区 湍流区：Re=500--2105 ， ≌0.44 ──Newton区 = 10 Re 概 述 颗粒和流体相对运动时所受到的阻力：
重力沉降 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。 1.加速阶段 沉降开始时,颗粒初速度为零, 颗粒受重力和浮力的作用,合力不为零, 产生加速度。 2.匀速阶段 随着速度加快,阻力增加,当合力为零时,颗粒将发生 匀速运动,匀速阶段中颗粒相对于流体的运动速度称为沉降 速度u1
重力沉降 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。 1．加速阶段—— 沉降开始时，颗粒初速度为零， 颗粒受重力和浮力的作用，合力不为零， 产生加速度。 2．匀速阶段—— 随着速度加快，阻力增加，当合力为零时，颗粒将发生 匀速运动，匀速阶段中颗粒相对于流体的运动速度称为沉降 速度ut
重力沉降 球形颗粒的自由沉降 重力 g 浮力:b6m8 阻力:F4=5d b 2 由牛顿第二定理F=ma 8bd-mduldt )8 35 整理后得: P F 在dwt=0,=l1 4d,(p-p)g 35p
重力沉降 球形颗粒的自由沉降 ： 重力： 浮力： 阻力： Fg d p p g 3 6 = Fb d p g 3 6 = 4 2 2 2 u Fd d p = 整理后得： 2 4 3 ( ) u d g dt du p p p p − − = 在du/dt=0，u=ut 3 ' 4d ( )g u p p t − = 由牛顿第二定理F=ma Fg -Fb -Fd=mdu/dt Fb Fd Fg