《化工原理》第3章 非均相物系的分离.ppt

3.1概述
3.2重力沉降
3.3过滤
3.4离心分离在化工生产中，经常遇到混合物的分离过程。混合物可分为两大类，即均相混合物（或均相物系）和非均相混合物（或非均相物系）。
若物系内各处组成均匀且不存在相界面，则称为均相混合物（或均相物系）。如溶液及混合气体都属于均相物系。均相物系的分离可采用蒸发、精馏、吸收等方法。若物系内有相界面存在且界面两侧的物质的性质截然不同，这类物系称为非均相混合物（或非均相物系）。如含尘气体和含雾气体属于气态非均相物系；悬浮液、乳浊液、泡沫液等属于液态非均相物系。1.球形颗粒的自由沉降
将表面光滑的刚性球形颗粒置于静止的流体介质中，如果颗粒的密度大于流体的密度，则颗粒将在流体中降落。此时，颗粒受到重力、浮力与阻力三个力的作用(如图3-1所示)。
当阻力和浮力之和等于微粒的重力时(即作用于粒子上的合力为零)粒子沉降就变为等速运动，这种不变的降落速度，称为沉降速度。2.阻力系数ζ
通过实验，得到球形颗粒的阻力系数ζ和雷诺准数Re的函数关系，如图3-2中的曲线所示。3.沉降速度的计算
计算u0时，首先要判断流动型态，即需要计算Re值，然后才能确定使用哪一个计算式。而Re值又与u0有关，所以需要用试差法。即可先假设一个沉降区域，用相应的公式算出一个u0。据此u0求出一个Re，看与假设区域的Re是否相符，如果相符，说明假设正确，所得u0即为所求；如果不符，重新假设，直至相符为止。1.降尘室
利用重力沉降从气流中分离出尘粒的设备称为降尘室。最常见的降尘室结构如图3-3(a)所示。
含尘气体进入降尘室后，因流道截面积扩大使速度减慢。颗粒在降尘室中的运动情况示于图3-3(b)中。当u0一定时，理论上降尘室的生产能力只与降尘室的宽度b和长度有关，而与其高度h无关。因此，降尘室应设计成扁平形，或在室内均匀设置多层水平隔板，构成多层降尘室，如图3-4所示。2.沉降槽
连续沉降槽是底部略成锥状的大直径浅槽，其结构如图3-5所示。过滤操作是利用一种具有众多毛细孔的物体作为介质，在介质两侧压差的推动下，使悬浮液中的液体通过介质的毛细孔，而将其中的固体微粒截留，从而达到固、液两相分离之目的。过滤操作所处理的悬浮液称为滤浆，所用的多孔物质称为过滤介质，通过介质孔道的液体称为滤液，被介质截留的固体颗粒层称为滤渣或滤饼。图3-6为过滤操作的示意图。1.过滤介质
过滤介质是滤饼的支承物，它应具有足够的机械强度和尽可能小的流体阻力。过滤介质中微细孔道的直径，往往稍大于一部分悬浮颗粒的直径。所以，过滤之初会有一些细小颗粒穿过介质而使滤液浑浊，此种滤液应送回滤浆槽重新过滤。过滤开始后颗粒会在孔道中迅速发生“架桥现象”(见图3-7)，因而使得直径小于孔道的细小颗粒也能被拦住，这时，滤饼开始形成，滤液也变得澄清，此后过滤才能有效地进行。2.过滤速率
过滤速率是指单位时间内，通过单位过滤面积的滤液体积。
3.过滤推动力和阻力
过滤推动力可以是重力、压强差或惯性离心力，工业上应用最多的是滤饼与过滤介质两侧的压强差△p。
过滤阻力为过滤介质阻力与滤饼阻力之和。过滤刚开始时，只有过滤介质阻力，随着过滤的进行，滤饼厚度不断增加，过滤阻力逐渐加大。所以在一般情况下，过滤阻力主要决定于滤饼阻力。4.恒压过滤与恒速过滤
恒压过滤是将过滤推动力维持在某一不变的压强下，随着过滤的进行，滤饼不断增厚，过滤阻力逐渐增大，过滤速率逐渐降低。恒速过滤是在过滤中保持过滤速率不变，这就必须使推动力△p随滤饼的增厚而不断地增大，否则就不能维持恒速。
5.过滤机的生产能力
整个过滤过程包括过滤、洗涤、干燥及卸饼四个阶段。3.3.2过滤基本方程式
1.过滤基本方程式
过滤基本方程式的实质是反映过滤过程中所得滤液量V与所需过滤时间τ之间的变化关系。
前已叙及，过滤速率为单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积。它正比于过滤推动力，而反比于过滤阻力，即：

我们从过滤速率式出发，求出过滤的推动力和阻力，然后对上式进行积分即可得到滤液量V与过滤时间τ之间的关系，即过滤基本方程式。2.恒压过滤方程式
过滤操作可以在恒压、恒速，先恒速后恒压等不同条件下进行，其中恒压过滤是最常见的过滤方式。连续过滤机上进行的过滤都是恒压过滤，间歇过滤机上进行的过滤也多为恒压过滤，因此，我们重点讨论恒压过滤方程式。
3.2.3过滤设备
１.脉冲除尘器
脉冲袋式除尘器的结构如图3-9所示。除尘器分、中、下三个箱体，用螺栓连接而成。上箱体与中、下箱体呈严密隔绝状态，仅通过滤袋与文氏管相通。上箱体容纳清洁空气，中、下箱体容纳含尘空气。2.板框压滤机
板框压滤机是间歇过滤机中应用最广泛的一种，它由许多块滤板和滤框交替排列而成。板和框多做成正方形，用支耳架在一对横梁上，可用压紧装置压紧或拉开。图3-10为板框压滤机的装置以及