第三章非均相物系的分离和固 体流态化 2024年9月11日
2024年9月11日 1 第三章 非均相物系的分离和固 体流态化
3.1概述 3.1.1均相物系和非均相物系 均相物系：物系内部各处物料性质均匀而不存在相界面的混合物系。 非均相物系：物系内部有明显的相界面存在而界面两侧物料的性质不同的 混合物系。 3.1.2非均相物系的分类 1.按状态分 ■液态非均相物系：固、液、气分散在液相中。分： ©悬浮液（液固物系）：指液体中含有一部分固体颗粒 ·乳浊液（液液物系）：指一种液体分散在与其不互溶的另一种液体中 ·泡沫液（液气物系）：指液体中含有气泡的物系 ■气态非均相物系：固、液分散在气相中。分： ●含尘气体（气固物系）：指气体中含有固体颗粒 ·含雾气体（气液物系）：指气体中含有少量液滴 2.按颗粒大小分 ●粗悬浮系统：d>100μm c悬浮系统：0.1μm>d>100μm 胶体系统：d<0.1μm
3.1 概述 3.1.1 均相物系和非均相物系 均相物系：物系内部各处物料性质均匀而不存在相界面的混合物系。 非均相物系：物系内部有明显的相界面存在而界面两侧物料的性质不同的 混合物系。 1.按状态分 ◼液态非均相物系：固、液、气分散在液相中。分： 悬浮液(液固物系)：指液体中含有一部分固体颗粒 乳浊液(液液物系)：指一种液体分散在与其不互溶的另一种液体中 泡沫液(液气物系) ◼气态非均相物系：固、液分散在气相中。分： 含尘气体(气固物系)：指气体中含有固体颗粒 含雾气体(气液物系)：指气体中含有少量液滴 2.按颗粒大小分 粗悬浮系统：d>100μm 悬浮系统：0.1μm>d>100μm 胶体系统：d<0.1μm 3.1.2 非均相物系的分类
3.1.3连续相与分散相 分散相（分散物质）：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物质 由于非均相物系中连续相与分散相之间具有不同的物理性质 (如密度、粒子的大小与另一相分子尺寸等)，受到外力作用时运 动状态就不同，因而可应用机械方法将它们分开。 要实现这种分离，其方法是使分散物质与分散介质之间发生相 对运动，所以非均相物系的分离操作也遵循流体流动的基本规律。 本章主要讨论液固非均相物系和气固非均相物系分离所依据的基 本原理和设备，即颗粒相对于流体而运动的沉降操作和流体相对 于固粒而运动的过滤操作
3.1.3 连续相与分散相 分散相(分散物质)：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物质 由于非均相物系中连续相与分散相之间具有不同的物理性质 (如密度、粒子的大小与另一相分子尺寸等)，受到外力作用时运 动状态就不同，因而可应用机械方法将它们分开。 要实现这种分离，其方法是使分散物质与分散介质之间发生相 对运动，所以非均相物系的分离操作也遵循流体流动的基本规律。 本章主要讨论液固非均相物系和气固非均相物系分离所依据的基 本原理和设备，即颗粒相对于流体而运动的沉降操作和流体相对 于固粒而运动的过滤操作
3.1.4非均相物系分离的目的 1.回收有用物质 如从气流干燥器排出尾气中回收带出的固体颗粒作为产品， 或者从某些排污中回收带走的液体等。 2.净化物料 如除去浑浊液中的固相杂质而使其成为清液，或者使压缩 后气体中的油滴分离而净化气体等。 3.环境保护的需要 象烟道气的排放、废液的排放都要求其含固量达到一定标 准，以防止对大气、河海等环境污染
3.1.4 非均相物系分离的目的 1.回收有用物质 如从气流干燥器排出尾气中回收带出的固体颗粒作为产品， 或者从某些排污中回收带走的液体等。 2. 如除去浑浊液中的固相杂质而使其成为清液，或者使压缩 后气体中的油滴分离而净化气体等。 3.环境保护的需要 象烟道气的排放、废液的排放都要求其含固量达到一定标 准，以防止对大气、河海等环境污染
3.1.5非均相物系的分离方法 1.沉降：依据重力、离心力、惯性力，使分散相与连续相分 离。根据作用力的不同分： ●重力沉降 ●离心沉降 2过滤：借助压力或离心力使混合物通过某介质（固体），使液 相与固相截留于介质两侧而达到分离的目的。主要用手分离液 态非均相物系。 3.气体湿法净制：让含尘气体通过水或其它液体中，使颗粒 溶于液体中或润湿颗粒，而使颗粒粘在一起，通过重力沉降分 离。 4.电子除尘：使含有悬浮尘粒或雾滴的气体通过金属电极间 的高压直流静电场，气体电离产生离子附着于悬浮尘粒或雾滴 上而使之荷电。荷电的尘粒、雾滴在电场力的作用下至电极后 发生中和而恢复中性从而达到分离
3.1.5 非均相物系的分离方法 1.沉降：依据重力、离心力、惯性力，使分散相与连续相分 离。根据作用力的不同分： 重力沉降 离心沉降 2.过滤：借助压力或离心力使混合物通过某介质(固体)，使液 相与固相截留于介质两侧而达到分离的目的。主要用于分离液 态非均相物系。 3.气体湿法净制：让含尘气体通过水或其它液体中，使颗粒 溶于液体中或润湿颗粒，而使颗粒粘在一起，通过重力沉降分 离。 4.电子除尘：使含有悬浮尘粒或雾滴的气体通过金属电极间 的高压直流静电场，气体电离产生离子附着于悬浮尘粒或雾滴 上而使之荷电。荷电的尘粒、雾滴在电场力的作用下至电极后 发生中和而恢复中性从而达到分离
3.2颗粒及颗粒床层的特性 3.2.1颗粒的特性（单颗粒的几何特性参数） 固体颗粒由于其形成的方法和条件不同，致使它们具有不同 的几何形状和尺寸，在工程计算中，常需要知道颗粒的几何特 性参数：即大小（尺寸）、形状和表面积（或比表面积）等。 3.2.1.1特征尺寸 1.球形颗粒：常用直径d作为特征长度，其体积、表面积和比表 面积为： V=- d S=πd2 a=- 6 v d 式中：a一单位体积颗粒所具有的表面积，m2/m3。 对一定直径的颗粒，比表面积一定；颗粒的直径愈小，比表 面积愈大，因此可以根据比表面积的大小，来表示颗粒的大小 特别是微小颗粒
3.2 颗粒及颗粒床层的特性 3.2.1 颗粒的特性(单颗粒的几何特性参数) 固体颗粒由于其形成的方法和条件不同，致使它们具有不同 的几何形状和尺寸，在工程计算中，常需要知道颗粒的几何特 性参数：即大小(尺寸)、形状和表面积(或比表面积)等。 3.2.1.1 特征尺寸 1.球形颗粒：常用直径d作为特征长度，其体积、表面积和比表 式中： a —单位体积颗粒所具有的表面积，m2/m3 。 对一定直径的颗粒，比表面积一定；颗粒的直径愈小，比表 面积愈大，因此可以根据比表面积的大小，来表示颗粒的大小， 特别是微小颗粒。 d 6 V S d S d a 6 V 3 2 = = = =
2.非球形颗粒：常用颗粒的当量直径和球形度表示其特性。 (1)体积当量直径d。：与实际颗粒体积Vp相等的球形颗粒的直径 定义为非球形颗粒的当量直径。即： d。= 元 (2)表面积当量直径d、:表面积等于实际颗粒表面积S,的球形颗 粒的直径定义为非球形颗粒的表面积当量直径。即： d.= /Sp (3)比表面积当量直径da比表面积等于实际颗料比表面积a,的球 形颗粒的直径定义为非球形颗粒的比表面积当量直径。即： 6 d, a p 工程上常用de
2.非球形颗粒：常用颗粒的当量直径和球形度表示其特性。 (1)体积当量直径de：与实际颗粒体积Vp相等的球形颗粒的直径 定义为非球形颗粒的当量直径。即： (2)表面积当量直径ds：表面积等于实际颗粒表面积Sp的球形颗 粒的直径定义为非球形颗粒的表面积当量直径。即： (3)比表面积当量直径da :比表面积等于实际颗料比表面积ap的球 形颗粒的直径定义为非球形颗粒的比表面积当量直径。即： 工程上常用de。 3 p e 6V d = = p s S d p a a 6 d =
(4)形状系数 亦称球形度，用于表征颗粒的形状与球形的差异程度。 定义：体积与实际颗粒相等时球形颗粒表面积与实际颗粒的表面 积之比，即： S 当V=V,时，p。= 〖说明】 ■由于体积相同时，球形颗粒的表面积最小，故非球形颗粒的φς <1,而且颗粒与球形差别愈大，其φs值愈小。 ■对非球形颗粒必须有两个参数才能确定其几何特性，通常选用 de和ps来表征。 V,-*d3 =d2 6 gd
(4)形状系数 亦称球形度，用于表征颗粒的形状与球形的差异程度。 定义：体积与实际颗粒相等时球形颗粒表面积与实际颗粒的表面 积之比，即： 〖说明〗 ◼由于体积相同时，球形颗粒的表面积最小，故非球形颗粒的s <1,而且颗粒与球形差别愈大，其s值愈小。 ◼对非球形颗粒必须有两个参数才能确定其几何特性，通常选用 de和s来表征。 p p s S S 当V = V 时， =
3颗粒群的特性 工业中碰到的颗粒大多是由大小和形状不同的若干颗粒组成 的集合体，称为颗粒群。但通常认为它们的形状一致，而只考 虑其大小分布，这样就提出了其粒度分布及其平均直径的问题。 (1)粒度分布 按颗粒尺寸对颗粒群进行排列划分的结果称为粒度分布。根 据颗粒大小的范围不同，采用不同的方法测量颗粒群的粒度分 布，对工业上常见的尺寸大于40μ的颗粒群，一般采用标准筛 进行测量，称为筛分。 a.筛分： 标准筛由一系列筛孔大小不同的筛组成，筛的筛网由金属丝 网制成，筛孔呈正方形。一套标准筛的各个筛的网孔大小按标 准规定制成，通用的是泰勒(Tyler)标准筛系列
3.颗粒群的特性 工业中碰到的颗粒大多是由大小和形状不同的若干颗粒组成 的集合体，称为颗粒群。但通常认为它们的形状一致，而只考 虑其大小分布，这样就提出了其粒度分布及其平均直径的问题。 (1) 按颗粒尺寸对颗粒群进行排列划分的结果称为粒度分布。根 据颗粒大小的范围不同，采用不同的方法测量颗粒群的粒度分 布，对工业上常见的尺寸大于40μm的颗粒群，一般采用标准筛 进行测量，称为筛分。 a.筛分： 标准筛由一系列筛孔大小不同的筛组成，筛的筛网由金属丝 网制成，筛孔呈正方形。一套标准筛的各个筛的网孔大小按标 准规定制成，通用的是泰勒(Tyler)标准筛系列
它的各个筛用其筛网上每英寸长度上的孔数作为筛号，也 称为目，且每个筛的筛网金属丝的直径也有规定，因此一定目 数的筛孔尺寸一定（见表3-1）。如100号筛，1英寸长有筛孔 100个，它的筛网的金属丝直径规定为0.0042in,故筛孔的净 宽度为：(1/100-0.0042)=0.0058in=0.147mm,因而筛号 愈大，筛孔愈小，相邻筛号的筛孔尺寸之比为25（即筛孔面积 按2的倍数递增)。 筛分时，将一系列的筛按筛号大小次序由下到上叠起来，最 下面为一无孔底盘。把要筛分的颗粒群放在最上面的筛中，然 后将整叠筛均衡的摇动（振动），小颗粒通过各筛依次下落。对 每一筛，尺寸小于筛孔的颗粒通过而下落，称为筛下产品；尺 寸大于筛孔的颗粒留在筛上，称为筛上产品。振动一定时间后 称量每个筛上的筛余物，得到筛分分析的基本数据
它的各个筛用其筛网上每英寸长度上的孔数作为筛号，也 称为目，且每个筛的筛网金属丝的直径也有规定，因此一定目 数的筛孔尺寸一定(见表3-1)。如100号筛，1英寸长有筛孔 100个，它的筛网的金属丝直径规定为0.0042in，故筛孔的净 宽度为：(1/100-0.0042)=0.0058in=0.147mm，因而筛号 愈大，筛孔愈小，相邻筛号的筛孔尺寸之比为2 0.5 (即筛孔面积 按2的倍数递增)。 筛分时，将一系列的筛按筛号大小次序由下到上叠起来，最 下面为一无孔底盘。把要筛分的颗粒群放在最上面的筛中，然 后将整叠筛均衡的摇动(振动)，小颗粒通过各筛依次下落。对 每一筛，尺寸小于筛孔的颗粒通过而下落，称为筛下产品；尺 寸大于筛孔的颗粒留在筛上，称为筛上产品。振动一定时间后， 称量每个筛上的筛余物，得到筛分分析的基本数据