广东工业大学：《化工原理》课程电子教案（PPT教学课件）第三章 机械分离

•第三章机械分离 一、定义 1.分散物系：由一种或几种物质的微粒分散在另一种物质中所组成的物系。 2.分散相（分散物质）：处于分散状态的物质。 3.连续相（分散介质）：处于连续状态的物质。 4.均相物系：内部无相界面的分散物系。 5.非均相物系：内部有相界面的分散物系

•第三章 机械分离 一、定义 1．分散物系：由一种或几种物质的微粒分散在另一种物质中所组成的物系。 2．分散相（分散物质）：处于分散状态的物质。 3．连续相（分散介质）：处于连续状态的物质。 4．均相物系：内部无相界面的分散物系。 5. 非均相物系：内部有相界面的分散物系

一、分类 悬浮液，固液 乳浊液，液液 非均相物系 泡沫液，气液 含尘气体，固气 含雾气体，液气 方法 重力沉降 沉降： 利用力场 离心沉降 重力过滤 加压过滤 过滤： 利用过滤介质 真空过滤 离心过滤 一、目的 1.收集分散物质：回收分散物质和环境保护和安全生产 2.净化分散介质

一、分类 悬浮液， 固液 乳浊液， 液液 非均相物系 泡沫液， 气液 含尘气体，固气 含雾气体，液气 一、方法 重力沉降 沉降： 利用力场 离心沉降 重力过滤 加压过滤 过滤： 利用过滤介质 真空过滤 离心过滤 一、目的 1．收集分散物质：回收分散物质和环境保护和安全生产 2. 净化分散介质

第一节颗粒及颗粒床层的特性 、 颗粒的特性 1.直径（大小） (1)球形颗粒 v-gd S=4m2=d2 一比表面积，m2/m3 (2)非球形颗粒 令 Vo=z.d 6 则 6。 d.= 一（体积）当量直径 1.形状系数（形状） (1)定义 形状系数（球形度）：颗粒当量表面积与其实际表面积之比，即 ,8

第一节 颗粒及颗粒床层的特性 一、颗粒的特性 1．直径（大小） (1) 球形颗粒 — 比表面积， （2）非球形颗粒 令 则 — （体积）当量直径 1．形状系数（形状） (1) 定义 形状系数（球形度）：颗粒当量表面积与其实际表面积之比，即 2 2 S  4r  d V d S a 6   2 3 m / m 3 6 Vp de    3 6  p e V d 

SS (1) 球形颗粒 g_d240m ，目数与孔径的对应关系见表3-1 透射d≤402m 2.平均粒径 以球形颗粒为例，如图所设，则

(1) 球形颗粒 (2) 非球形颗粒 二、颗粒群的特性 1．粒度分布（粒径分布） (1) 定义：不同粒径范围内所含粒子的个数或质量 （2）测定方法 标准筛法， ，目数与孔径的对应关系见表3-1 透射电镜法， 2．平均粒径 以球形颗粒为例，如图所设，则

S=S1+S2+.+Sg 2.S=S2.S. 6 6 6 6 器+器 6 ma midd 6 6 6 6 9=g+g++x,a 3.粒子密度 666 6 (1)真密度：单位体积颗粒所具有的质量，即 1=-西+++= d。ddd dn名d 0月

6 6 6 6  sS  sS1  sS2  sSn    2 3 2 2 1 1 1 6 6 6 6V m S V m S V m S V mS n n    6 6 6 6 ma m1a1 m2a2 mn an    6 6 6 6 1 1 2 2 n an a x a x a x           n i i i n n a d x d x d x d x d d 2 1 2 1 1 1 1  3．粒子密度 （1）真密度：单位体积颗粒所具有的质量，即

(2)堆积密度（表观密度）：单位体积床层所具有的质量，即 A元 颗粒床层的特性 空隙率ε：单位体积床层所具有的空隙体积，即 一g-6 -0.47-0.70 2.比表面积：单位体积床层所具有的颗粒表面积，即 「巧， ,1g之心 4=产=空么-么+rg 5g）方=0-)a -(3-7) 1。 或 gy8互8_5S=a=a-a a万可7工7m7”R 所以 Pa=(1-)p -(3-8) 3.方向性 厂各向同性：床层截面上的空隙面积与床层截面积之比等于ε。 乙各向异性：出现壁效应，即壁面附近的空隙率较大，生产壁流

（2）堆积密度（表观密度）：单位体积床层所具有的质量，即 三、颗粒床层的特性 1．空隙率：单位体积床层所具有的空隙体积，即 2. 比表面积ab：单位体积床层所具有的颗粒表面积，即 －（3-7） 或 所以 －（3-8） 3．方向性 各向同性：床层截面上的空隙面积与床层截面积之比等于。 各向异性：出现壁效应，即壁面附近的空隙率较大，生产壁流

第二节重力沉降 沉降速度 球形颗粒的自由沉降（单个颗粒沉降） 设某个球形颗粒在流体中自由沉降，则该颗粒所受力有： F:-5d'p8-mg 6 浮力 R=匹dpg 6 阻力 9=64 2 由牛顿第一定律( R=a,得 当 du de =0,解得 Ad(p,-p)g := 一沉降速度 35p 2.阻力系数g 通过量钢分析并结合实验测试，得出 5=fRe,鸟) 式中 Re,=dusp

第二节 重力沉降 一、沉降速度 1．球形颗粒的自由沉降（单个颗粒沉降） 设某个球形颗粒在流体中自由沉降，则该颗粒所受力有： 重力 浮力 阻力 由牛顿第二定律( )，得 当 时 ，解得 －沉降速度 2. 阻力系数 通过量钢分析并结合实验测试，得出 式中

对球形颗粒(s=1)的曲线，可按R分为三个区，各区的曲线可用相应的经验关联式表达： 24 Ret 层流区或Stokes定律区(104<Re,<1) 18.5 Re: 过渡流区或Allen定律区(1<Re<10) U.44, 湍流区或Newton:定律区(103<Re<2×105) 所以 d'(p,-p)g 层流区 18μ 过渡流区 4:=0.27 d(p,-p)g Re6 16 11 4:=0.154× d(e-p)g 0.406 DI UI 湍流区 4,=1.74 ld(p,-p)g 3.影响沉降速度的因素 (1)颗粒的体积浓度 浓度较高时，便发生干扰沉降 (2)器壁效应 当容器直径较小时，便发生受阻沉降 在Stokes?定律区，可按下式修正： 1+21月

对球形颗粒（s=1）的曲线，可按Ret分为三个区，各区的曲线可用相应的经验关联式表达： 层流区或Stokes定律区（10-4<Ret<1）   过渡流区或Allen定律区(1<Ret<103) 0.44，湍流区或Newton定律区(103<Ret<2105) 所以 层流区 过渡流区 湍流区 3．影响沉降速度的因素 (1) 颗粒的体积浓度 浓度较高时，便发生干扰沉降 (2) 器壁效应 当容器直径较小时，便发生受阻沉降 在Stokes定律区，可按下式修正：

(3)颗粒形状 对非球形颗粒，其沉降得慢一些。修正如下： 图3-2 d。= →Reg 4. 沉降速度的计算 (1)试差法 假设沉降属于某一流型，则按该流型选择相应的公式计算u:再算Re校核流型。 流型→Ut→Re→流型→再设流型→. (2)摩擦数群法 由 ,= Ad(p,-p)g 得 5=4d(e.-p)8 3a4 而 Reg=diup 相乘得 5 Reo-DE(-du 3μ2 3 304, 由 =f(Re:) 知 5Re=p(Re)

(3) 颗粒形状 对非球形颗粒，其沉降得慢一些。修正如下： 图3－2  4．沉降速度的计算 (1) 试差法 假设沉降属于某一流型，则按该流型选择相应的公式计算ut；再算Ret校核流型。 流型  ut  Ret  流型  再设流型   （2）摩擦数群法 由 得 而 相乘得 由 知

作图3-3：任取一4→ →5Re 计算： 5Re:B=3Re,→4， 求颗粒直径也可用类似的方法： 5Au(p,-p)8 4d(p,-p)g u 际得 Re: 3p'u 3pu?du,p 同理 =w®e,) Re, 作图3-3：任取一d→ Re,s色p 2→6→ e, 计算： 5=3→Re1→d Re; 此外，也可用无因次数群K值判别流型： 4,= d2(p,-p)g 将 184 代入Re,e 得 Re;= d'p(e,-0)K 18u 18 当 Re=1时，K=2.62 同理将 41=1.74 d(p,-p)g 代入Re,-P

作图3-3：任取一ut  计算： 求颗粒直径也可用类似的方法： 相除得 同理 作图3-3：任取一d  计算： 此外，也可用无因次数群K值判别流型： 将 代入 得 当 Ret=1 时，K=2.62 同理将 代入