第三章 沉降与过滤 1
第三章 沉降与过滤 1
化工生产中，需要将混合物加以分离的情况非常多 →原料需经过分离提纯或净化后才符合加工要求； →从反应器送出的反应产物一般都与尚未反应的原料及副 产物混在一起，也要从其中分离出纯度合格的产品及将未 反应的原料送回反应器或另行处理。 +生产中的废气、废液在排放前，应将其中所含的有害物 尽量除去，以减轻环境污染，并有可能将其变为有用之物 混合物分为两类，即均相混合物 (物系内部各处均匀 且无相界面，如：石油、空气)和非均相混合物。 2
化工生产中，需要将混合物加以分离的情况非常多。 原料需经过分离提纯或净化后才符合加工要求； 从反应器送出的反应产物一般都与尚未反应的原料及副 产物混在一起，也要从其中分离出纯度合格的产品及将未 反应的原料送回反应器或另行处理。 生产中的废气、废液在排放前，应将其中所含的有害物 尽量除去，以减轻环境污染，并有可能将其变为有用之物 混合物分为两类，即均相混合物（物系内部各处均匀 且无相界面，如：石油、空气）和非均相混合物。 2
第一节概述 一、 非均相混合物的分离 非均相混合物包括：固体颗粒的混合物（颗粒间为气体分隔） 、 由固体颗粒与液体构成的悬浮液、由不互溶液体构成的乳浊液、 由固体颗粒（或液滴)与气体构成的含尘气体（或含雾气体）等。 悬浮液（固-液混合物）：过滤 乳浊液（液-液混合物)：离心分离 含尘气体、含雾气体（气-液、固-气混合物） 沉降（重力、离心力） 固、固分离：筛分、分级沉降
非均相混合物包括：固体颗粒的混合物（颗粒间为气体分隔）、 由固体颗粒与液体构成的悬浮液、由不互溶液体构成的乳浊液、 由固体颗粒（或液滴）与气体构成的含尘气体（或含雾气体）等。 悬浮液（固-液混合物）:过滤 乳浊液（液-液混合物）:离心分离 含尘气体、含雾气体（气-液、固-气混合物）: 沉降(重力、离心力) 固、固分离 : 筛分、分级沉降 第一节 概述 一、非均相混合物的分离 3
+在非均相混合物中，处于分散状态的物质（如分散于流体中的 固体颗粒液滴或气泡)称为分散相或分散物质，包围着分散物 质而处于连续状态的流体称为连续相或分散介质。 悬浮在空气中的粉尘：分散相粉尘；连续相空气 + 由于分散相和连续相具有不同的物理性质（如：尺寸不同、密 度不同)，可用机械方法分离。 ·例如：气体中所含的灰尘可以用重力、离心力或在电场中将其 除去，悬浮液可以通过过滤的方式分离成液体和滤渣两部分， 大小不等及密度不同的颗粒构成的混合物可以用分级沉降的方 法分开，大小不同的颗粒用筛子亦可分开。 →均相混合物的各种方法将在以后的传质各章中介绍
在非均相混合物中，处于分散状态的物质（如分散于流体中的 固体颗粒液滴或气泡）称为分散相或分散物质，包围着分散物 质而处于连续状态的流体称为连续相或分散介质。 悬浮在空气中的粉尘：分散相粉尘；连续相空气 由于分散相和连续相具有不同的物理性质（如：尺寸不同、密 度不同），可用机械方法分离。 例如：气体中所含的灰尘可以用重力、离心力或在电场中将其 除去，悬浮液可以通过过滤的方式分离成液体和滤渣两部分， 大小不等及密度不同的颗粒构成的混合物可以用分级沉降的方 法分开，大小不同的颗粒用筛子亦可分开。 均相混合物的各种方法将在以后的传质各章中介绍。 4
非均相混合物分离的目的 ●收集分散物质回收悬浊液中的产品 •净化分散介质如在催化反应中，原料气在使用之前需要净化 ●环境保护与安全生产为避免污染 分离方法 含尘气体及悬浮液的分离，主要有沉降和过滤，我们主要介 绍重力沉降、离心沉降和过滤。 5
非均相混合物分离的目的 •收集分散物质 回收悬浊液中的产品 •净化分散介质 如在催化反应中，原料气在使用之前需要净化 •环境保护与安全生产 为避免污染 分离方法 含尘气体及悬浮液的分离，主要有沉降和过滤，我们主要介 绍重力沉降、离心沉降和过滤。 5
二、颗粒的特性 1、单个颗粒的性质 表示颗粒大小的几何参数：大小（尺寸）、形状、表面积 (或比表面积)。 形状规则的颗粒： 大小：用颗粒的某一个或某几个特征尺寸表示，如球形颗 粒的大小用直径de表示。 比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，其单位为m/m3， 对球形颗粒为：球形颗粒体积：V=Td3/6 球形颗粒表面积：S=πd2; 比表面积：a球S/W=6/d 6
二、颗粒的特性 1、单个颗粒的性质 表示颗粒大小的几何参数：大小（尺寸）、形状、表面积 （或比表面积）。 形状规则的颗粒： 大 小：用颗粒的某一个或某几个特征尺寸表示，如球形颗 粒的大小用直径de表示。 比表面积：单位体积颗粒所具有的表面积，其单位为m 2/m3 , 对球形颗粒为:球形颗粒体积: V=πd3/6 球形颗粒表面积: S= πd2 ; 比表面积: a球=S/V=6/ d 6
2、形状不规则的颗粒： 比表面积的定义同上，颗粒的形状及大小分别表示为： (1)颗粒的形状系数：用形状系数表示颗粒的形状，最常 用的形状系数是球形度Φ，它的定义式为 与非球形颗粒体积相等的球的表面积 0= 非球形颗粒的表面积 相同体积的不同形状颗粒中，球形颗粒的表面积最小，非 球形颗粒而言，Φs〈1 球形颗粒，①s=1。 球型 立方体 柱体 不规则 7
2、形状不规则的颗粒： 比表面积的定义同上，颗粒的形状及大小分别表示为： (1)颗粒的形状系数：用形状系数表示颗粒的形状，最常 用的形状系数是球形度φ，它的定义式为 非球形颗粒的表面积 与非球形颗粒体积相等的球的表面积 s = 相同体积的不同形状颗粒中，球形颗粒的表面积最小，非 球形颗粒而言，Φs<1 球形颗粒，Φs=1。 7
非球形颗粒的当量直径： 体积当量直径de,即体积等于颗粒体积的球形颗粒的直径 为非球形颗粒的等体积当量直径。 表面积当量直径ds，即将表面积等于颗粒表面积的球形颗 粒的直径定义为非球形颗粒的等表面积当量直径。 比表面积当量直径de,即将比表面积等于颗粒比表面积的 球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的等比表面积当量直径。 dea 6 a 通常使用体积当量直径： v-Id: e 6 S= ap Ps 8
非球形颗粒的当量直径： 体积当量直径deV，即体积等于颗粒体积的球形颗粒的直径 为非球形颗粒的等体积当量直径。 表面积当量直径des ，即将表面积等于颗粒表面积的球形颗 粒的直径定义为非球形颗粒的等表面积当量直径。 比表面积当量直径dea，即将比表面积等于颗粒比表面积的 球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的等比表面积当量直径。 2 3 6 6 e e e p s s e d d V d S a d = = = 通常使用体积当量直径，简写为 通常使用体积当量直径： 8 3 6 p 6 eV es ea V S d d d a = = =
3、颗粒群特性 由大小不等的粒子组成的集合体，称为非均一粒子或多分散粒 子。 具有同一粒径的颗粒称为单一性粒子或单分散性粒子。 粒度分布 不同粒径范围内所含粒子的个数和质量，称为粒度分布。 颗粒粒度测量方法：筛分法、沉降法、比表面法、显微镜法、 电阻变化法、光的散射与衍射法等。 9
3、颗粒群特性 由大小不等的粒子组成的集合体，称为非均一粒子或多分散粒 子。 具有同一粒径的颗粒称为单一性粒子或单分散性粒子。 粒度分布 不同粒径范围内所含粒子的个数和质量，称为粒度分布。 颗粒粒度测量方法：筛分法、沉降法、比表面法、显微镜法、 电阻变化法、光的散射与衍射法等。 9
将筛分所得结果在表或图上表示，可直观地表示出颗粒群的粒 径分布 用表格表示：筛孔尺寸一一每层筛上颗粒质量。 用图表示：各层筛网上颗粒的筛分尺寸一一质量分率 10
将筛分所得结果在表或图上表示，可直观地表示出颗粒群的粒 径分布: 用表格表示：筛孔尺寸——每层筛上颗粒质量。 用图表示：各层筛网上颗粒的筛分尺寸——质量分率 10