非均相混合物分离

1、第三章非均相混合物分离主讲教师 童汉清均相混合物和非均相混合物1、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、精储、萃 取等2、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。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。非均相混合物的常用分离方法有：筛分、沉降、 过滤等。 1沉降一、概述1、沉降操作的分类重力沉降：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。2、沉降操

2、作在食品工业中的应用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、重力沉降1、球形颗粒的自由沉降3重力：Fo = mg = 3d *s g.浮力Fb八阻力Fd重力F.3-浮力：Fb= Td p g62阻力：Fd = Ap，A =P，A 2Pu：g2 g重力Fg =浮力Fb +阻力Fd沉降速度公式2、曳力系数之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）对曳力系数上的因次分析曳力的影响因素：dp；u;P;N p曳力的函数关系：Fd = f （dp.u.P.R ）因次

3、分析的结果：=MRep） p3、之- Re关系曲线图该图分四个区1）层流区：10 Re124Re则有公式：Uod2 1 - ： g18日此时表面曳力为主，形体曳力可以忽略 该区内斯托克斯（Stokes）公式所以该区称为斯托克斯区2）过渡区：1Re10 3此时形体曳力不可忽略。该区内18.5Re 0.6则有公式Uo = 0.27阿仑（Allen ）公式所以该区称为阿仑区。3）湍流区：10 3Re2父 10 5此时形体曳力为主。表面曳力可以忽略该区内U = 0.44 ,与Re数无关则有公式uo = 1.74牛顿区(Newton )公式所以该区称为牛顿区。54)边界层为湍流区： Re之2 M 10一

4、般沉降操作达不到此区。该区内自定0.1,由于2不稳定，因此无法计算该区的沉降速度。4、沉降速度的计算1)试差法假定沉降所属区域一用该区公式计算沉降速度u-由 算出的u求出Re-检验Re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2670 kg/m3。直径为30 n m的球形颗粒。直径为1 mm的球形颗粒。棱长为1 mm的正方体颗粒。2）变换坐标法ReRe2 Re及ReRe关系曲线图因为 u所以47sy j d gReRe24 D s - ： d3 g D3 口2Re三、非球形颗粒的当量直径与

5、球形度的概念1、非球形颗粒的当量直径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。一 二 .3非球形颗粒的体积为 V = dev6,。6V非球形颗粒的体积当量直径为 dev = 2）表面积当量直径deA非球形颗粒与虚拟球形颗粒在表面积方面具有等效 性（相当），则该虚拟球体的直径即非球形颗粒的表面 积当量直径。2非球形颗粒的表面积为 A=n deA非球形颗粒的表面积当量直径为 deA = J-3）比表面积当量直径des比

6、表面积：单位体积颗粒所具有的表面积。非球形颗粒与虚拟球形颗粒在比表面积方面具有等 效性（相当），则该虚拟球体的直径即非球形颗粒的比 表面积当量直径。2A - des非球形颗粒的比表面积为 一工一 ； 非球形颗粒的当量直径为2、球形度皆不同形状的颗粒体积相同时，以球体的表面积为最 小。所以，对于一定体积（dev不变）的非球形颗粒，与球的形状相差越大，则S越大；deA越大球形度中的意义:2口 H dev与非球形颗粒体积相当的球的表面积一二deA2 一非球形颗粒的表面积eA如边长为a正方体颗粒：d2 ev与非球形颗粒体力相当的球的表面积非球形颗粒的表面积二 3 6 a?6 a20 0.806四、重力

7、沉降分离设备1、降尘室利用重力沉降除去气流中尘粒的设备。流量L除尘条件：颗粒以u速度水平通过降尘室的时间7 1大于或等于颗粒以Uo速度从室顶降到室底所需的时间所以Uoo 二 A底UoL b H L b H ., 二二 L b uUo结论：降尘室的生产能力（含尘气体通过降尘室的 体积流量）只与室底面积及颗粒的沉降速度有关， 与降尘室高度无关。例1 :欲用降尘室净化温度为20oC流量为2500m 3/h的 常压空气。空气中所含灰尘的密度为1800 kg/m3,要求 净化后空气中不含有直径大于10 Rm的尘粒，试求所需 沉降面积为多大？若降尘室的底面宽2m,长5m,室内 需要设多少块隔板？例2:某降

8、尘室宽1.5m ,长2m,在常压、1000c下处理 2700m 3/h的含 尘气，设 尘粒为 球形，密度为2400 kg/m3, 气体的物理性质与空气相同。求：1）可被100%除去的最小颗粒直径。2）直径为0.05mm的颗粒有百分之几能被除去？2、沉降梢3、分级器1）适当安排各级沉降柱截面积的大小2）适当选择流体的密度与粘度。3）控制流量。102过滤、过滤概述1、概念I 荣科I上二谑饼滤海（清流）J - 42、床层在多孔板架上堆积固体颗粒物料。1）、分类固定床流体流速较低，颗粒层处静止状态，床层高度不变。流化床流体流速较低，颗粒全部浮在向上流动的流体中做 随机的运动。床层高度随流体流速增加而升

9、高。稀相输送床流体流速很大，流化床上界面消失。颗粒分散悬 浮于流体中，被气体带走。2）、床层的特性（固定床）床层的空隙率8名：床层中空隙的体积占床层总体积的比率。11=床层空隙体积 =床层体积-颗粒总体积“ =床层总体积=床层总体积单位：m3/m3*的影响因素颗粒粒径的均匀性。 粒径越均匀，*越大。d）颗粒表面的光滑性。 颗粒表面越光滑，名越小（C颗粒的大小。颗粒粒径越大，名越大。非球形颗粒的球形度。球形度越小，君越小。床层的堆积方式，乱堆床层看大。床层的堆积速度。堆积越快，名越大。床层的平均自由截面积A流体流过床层截面时的有效流动截面积在高度范围的平均值。A L A 空隙体积 =EA床L,A

10、床床层体积床层的比表面积S单位体积床层所具有的颗粒的表面积。用百群从初颗粒表面积颗粒表面积版粒体和，颗粒体积床层体积床层体积（床层体积 -空隙体积）,Sp床层体积Sp为颗粒群的平均比表面积12床层流道的当量直径de对床层流道作下列简化:A将床层中的不规则通道简化为长度为le的一组平行细管。b细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面积。0）细管的全部流动空间等于床层的空隙体积。所以有de4 M流道截面积润湿周边4 M流道截面积M lee润湿周边 le e4 M床层的流动空间二4 M床层空隙总体积细管的全部内表面积一床层颗粒总表面积4 M W M床层总体积_44床层颗粒总表面积_床层颗粒总表面积床层总

11、体积4 ；4 ；流体在床层流道中的流速uV = u空A床 u空 = u A则 u :u空流体流过床层的压降流体在管内作层流流动时的阻力压降由哈根-泊32lu谡叶公式：“=丁13则流体在滤饼层内流动的压降为.PRkL UDAZp 二4名J1- 7 sp.2k 1 - ； s- k 1 - ； 2 Sp2 p尸:姮2P一，则 p = r，u 下常数r称为滤饼床层的比阻。3、深层过滤和滤饼过滤深层过滤浆料中的固体颗粒沉积在较厚的过滤 介质内部而不形成滤饼。表面过滤滤液流过过滤介质后，浆料中的固体颗 粒呈饼状沉积在过滤介质的上游。又称 滤饼过滤。表面过滤主要作用是液固分离；深层过滤主要作用是澄清。2、

12、过滤介质粒状介质织状介质多孔性固体介质3、助滤剂1）助滤剂的种类：硅藻土；活性炭；石棉；锯屑等。2）助滤剂的作用：防止过滤介质孔道阻塞，增加滤14饼空隙率，提高过滤速度。3）助滤剂的应用：滤液是产品而不需回收滤渣。4、过滤种类常压过滤过滤推动力为悬浮液液柱压差，小于 5X 104N/m 2。加压过滤过滤推动力源于悬浮液表面加压,小于 5X 105N/m 2。3)真空过滤过滤推动力源于过滤介质下方减压，小于 5X 105N/m 2。4)离心过滤过滤推动力源于离心力。三、过滤设备板框压滤机1、板框压滤机的构造海紫入口洗水入口非洗涤板框洗涤板15施滤板非洗法板北洗涤板2、板框压滤机的操作流程1）组装

13、S一手动压紧；Y液压压紧；D电动压紧2）过滤明流式板框压滤机和暗流式板框压滤机3）滤饼洗涤14一贯通洗涤法：洗涤速率=:最终过滤速率44）卸渣整理3、特点优点：结构简单；造价低；过滤面积大；辅助设备少；动力消耗低。16过滤推动力一般为3X 1055 x 105N/m 2,最大可达1 x 106 N/m 2。缺点：间歇操作；组装和卸渣需要繁重的体力劳动， 洗涤时间长；不易清洗；效率较低。板框材料：铸铁；钢；铝；铜；木材；塑料等4、板框压滤机的系列代号BMS20/63525B:板框压滤机M:明流式 （A表示暗流式）S:手动压紧20:过滤面积20m2635:框内边边长 635mm25:框厚 25 m

14、m四、过滤计算1、过滤速度与过滤速率1）过滤速度dVA d)定义：单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积单位：m3/m2 sq为单位面积上收集的滤液量。 单位：m3/m22）过滤速率定义：单位时间内获得的滤液体积17u A =单位：m3/sd2、过滤的基本方程1）滤饼阻力p = r u 口 l,V C 八滤渣体积=丫 c = i .a ,所以i =1一=q cdq P过滤推动力过滤速度u = * = 油锌阳力一d r c q 砾饼阻力,V , 滤饼阻力为 r串c工=r举oq A2）过滤介质阻力将过滤介质视为le厚的滤饼，由以上推导得, 一 一 ,Ve过滤介质阻力为r497=串c qe A.所以，

15、过滤总阻力为r串c4q + qe）3）过滤的基本方程过程的速里程总推动力过程总推动力 过程总阻力S饼阻十M滤介质阻力dq： Pu = - =d71 r c q qedVA Pu =A d71 r c V VedVA2Pd rc V Ve过滤的基本方程3、恒压过滤18对于恒压过滤，常数dq k皿 q qeq qee Ueqeq qe dq 二匕得恒压过滤的基本方程：q2 + 2q qe = 2k 总 设 K = 2k 则2q 2q qe = KV2 2V Ve = K A2 r4、恒压过滤的过滤常数K及当量滤液量qe的测定q2 2q qe = K 。71 q 2qe = I q K K TOC

16、o 1-5 h z 口12q0一与q成直线关系。斜率为二，截距为今qKK例：在恒压下对某种滤浆进行过滤实验，测得如下数据:滤液量(m3)0.100.200.300.40过滤时间(s)38115228380已知过滤面积为1 m2,求过滤常数K及当量滤液量qe。195、洗涤时间恒压过滤速度计算公式：2、, dV A2 k A k A KV =du V Ve q qe 2 q qeA K最终过滤速度计算公式：V终=兀1A K洗涤速度计算公式：Vw = 1V终=-48 (q终 + qe洗涤时间的计算公式：VwAwA滤2Gw _ q1 A1、,丁小滤u终V HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 446、板框压滤机的生产能力Q 二：V：6过滤* 6 w + 6辅助20 例：某板框压滤机在