《食品工程原理》课程教学课件讲稿（B）第四章 颗粒与流体之间的相对流动

第四章颗粒与流体之间的相对流动重点：过滤和沉降的基本理论、基本方程难点：过滤基本方程的应用、过滤设备

第四章 颗粒与流体之间的相对流动 颗粒与流体之间的相对流动 重点：过滤和沉降的基本理论、基本方程 重点：过滤和沉降的基本理论、基本方程 难点：过滤基本方程的应用、过滤设备 难点：过滤基本方程的应用、过滤设备

概述第一节自然界的混合物分为两大类：口均相物系(honogeneous system)：均相混合物。物系内部各处均匀且无相界面。如溶液和混合气体都是均相物系。口非均相物系（non-honogeneous system）：非均相混合物。物系内部有隔开不同相的界面存在，且界面两侧的物料性质有显著差异。如：悬浮液、乳浊液、泡沫液属于液态非均相物系，含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系

‡均相物系(honogeneous system): 均相混合物。物系内 部各处均匀且无相界面。如溶液和混合气体都是均相物系。 自然界的混合物分为两大类： ‡非均相物系(non-honogeneous system): 非均相混合 物。物系内部有隔开不同相的界面存在，且界面两侧的物料性 质有显著差异。如：悬浮液、乳浊液、泡沫液属于液态非均相 物系，含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。 第一节 概述

非均相物系由分散相和连续相组成口分散相：分散物质。在非均相物系中，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：悬浮液（水果汁、蔬菜汁）、乳浊液（牛奶：视为奶油分散在脱脂奶中的乳浊液）和泡沫液。在食品工业中悬浮液和乳浊液占有重要的地位。口连续相：分散介质。包围着分散物质而处于连续状态的流体。口有两种类型：气态非均相物系：液态非均相物系

‡分散相： 分散物质。在非均相物系中，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；悬 浮液（水果汁、蔬菜汁）、乳浊液（牛奶：视为奶油分散在脱 脂奶中的乳浊液）和泡沫液。在食品工业中悬浮液和乳浊液占 有重要的地位。 ‡连续相： 分散介质。包围着分散物质而处于连续 状态的流体。 ‡有两种类型：气态非均相物系；液态非均相物系。 非均相物系由分散相和连续相组成 非均相物系由分散相和连续相组成

口非均相物系的分离原理：根据两相物理性质（如密度等）的不同而进行的分离。口非均相物系分离的理论基础：要实现分离，必须使分散相和连续相之间发生相对运动。因此，非均相物系的分离操作遵循流体力学的基本规律

要实现分离，必须使分散相和连续相之间发生相 对运动。因此，非均相物系的分离操作遵循流体力学 的基本规律。 ‡非均相物系的分离原理： ‡非均相物系分离的理论基础： 根据两相物理性质(如密度等)的不同而进行的分离

口非均相物系的分离方法：由于非均相物系的两相间的密度等物理特性差异较大，因此常采用机械方法进行分离。按两相运动方式的不同，机械分离大致分为沉降和过滤两种操作。（1）颗粒相对于流体（静止或运动）运动的过程称为沉降分离：重力沉降和离心沉降（2）流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程称为过滤。重力过滤加压过滤、真空过滤和离心过滤。口均相物系的分离：通常先造成一个两相物系，再用机械分离的方法分离，如蒸馏，萃取等

由于非均相物系的两相间的密度等物理特性差异 较大，因此常采用机械方法进行分离。按两相运动方 式的不同，机械分离大致分为沉降和过滤两种操作。 （ 1）颗粒相对于流体（静止或运动）运动的过程称为沉降分离；重力沉降和离心 沉降； （ 2）流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程称为过滤。重力过滤、 加压过滤、真空过滤和离心过滤。 通常先造成一个两相物系，再用机械分离的方法分 离，如蒸馏，萃取等。 ‡非均相物系的分离方法： ‡均相物系的分离 ：

>分离非均相混合物的意义：（1）回收有价值的分散物质；（从含微粒固体的气溶胶中分离出奶粉）；（2）净化分散介质以满足后继生产工艺的要求（从牛奶中制取奶油和脱脂奶，从淀粉液中制取淀粉）；（3）环境保护和安全生产（分离生产中发生的酸雾、烟等有害物质，保证人身体和设备的安全）

¾ 分离非均相混合物的意义： 分离非均相混合物的意义： （1）回收有价值的分散物质；（从含微粒固体的气溶胶中 ）回收有价值的分散物质；（从含微粒固体的气溶胶中 分离出奶粉）； 分离出奶粉）； （2）净化分散介质以满足后继生产工艺的要求（从牛奶中 ）净化分散介质以满足后继生产工艺的要求（从牛奶中 制取奶油和脱脂奶，从淀粉液中制取淀粉）； 制取奶油和脱脂奶，从淀粉液中制取淀粉）； （3）环境保护和安全生产（分离生产中发生的酸雾、烟等 ）环境保护和安全生产（分离生产中发生的酸雾、烟等 有害物质，保证人身体和设备的安全）。 有害物质，保证人身体和设备的安全）

第一节颗粒及颗粒床层的特性1.1桌颗粒床层的特性1.1.1单颗粒的特性1.球形颗粒的各有关特性均可用单一的参数，即直径全面表示：体积九a6表面积S = πd,2比表面积/p的表面积）>（单位体积固体颗粒

第一节 颗粒及颗粒床层的特性 颗粒及颗粒床层的特性 1.1 颗粒床层的特性 颗粒床层的特性 1.1.1 单颗粒的特性 1. 球形颗粒的各有关特性均可用单一的参 球形颗粒的各有关特性均可用单一的参 数，即直径全面表示： 数，即直径全面表示： 体积 表面积 比表面积 ¾ （单位体积固体颗粒所具有的表面积） （单位体积固体颗粒所具有的表面积） 3 6 dV p π = 2 p = πdS d p a = 6

1.1.1单颗粒的特性2.非球形颗粒61二（1）体积当量直径（2）表面积当量直径6 6V（3）比表面积当量直径Sa将非球形颗粒以某种当量的球形颗粒代表，以使所考察的领域内非球形颗粒的特性与球形颗粒等效，这一球的直径称为当量直径

1.1.1 单颗粒的特性 2. 非球形颗粒 （1）体积当量直径 ）体积当量直径 （2）表面积当量直径 ）表面积当量直径 （3）比表面积当量直径 ）比表面积当量直径 3 6 π V de = π S des = S V a dea 66 == 将非球形颗粒以某种当量的球形颗粒代表，以使所考察 的领域内非球形颗粒的特性与球形颗粒等效，这一球的 直径称为当量直径

1.1.1单颗粒的特性（二）形状系数形状系数又称球形度，它等于与颗粒等体积的球形粒子的表面积与颗粒的实际表面积之比。它表征颗粒的形状与球形的差异程度。颗粒形状与球形差别愈大愈低.任何非球形颗粒的形状系数皆小于1。d?2Td..与非球形颗粒体积相等的球的表面积ey0122πd非球形颗粒的表面积aeses

1.1.1 单颗粒的特性 （二）形状系数 （二）形状系数 ¾ 形状系数又称球形度 形状系数又称球形度，它等于与颗粒等体积的球 ，它等于与颗粒等体积的球 形粒子的表面积与颗粒的实际表面积之比。它表 形粒子的表面积与颗粒的实际表面积之比。它表 征颗粒的形状与球形的差异程度。 征颗粒的形状与球形的差异程度。 ¾ 颗粒形状与球形差别愈大， 颗粒形状与球形差别愈大， 愈低. 任何非球形颗 粒的形状系数皆小于 粒的形状系数皆小于1。 φ s 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 === 2 2 2 2 es ev es ev s d d d d π π φ

1.1.1单颗粒的特性>对球形颗粒，以一个参数即颗粒直径便可唯一确定其体积、表面积和比表面积；>对于非球形颗粒，则必须定义两个参数才能确定其体积、表面积和比表面积。>若定义当量体积直径：de1=元6d.?S=元Ps6a=体积当量直径和形状系数表示。P,de

1.1.1 单颗粒的特性 ¾ 对球形颗粒，以一个参数即颗粒直径便可唯一确 球形颗粒，以一个参数即颗粒直径便可唯一确 定其体积、表面积和比表面积； 定其体积、表面积和比表面积； ¾ 对于非球形颗粒，则必须定义两个参数才能确定 对于非球形颗粒，则必须定义两个参数才能确定 其体积、表面积和比表面积。 其体积、表面积和比表面积。 ¾ 若定义当量体积直径： 若定义当量体积直径： es s e e d a d S d V ϕ ϕ π π 6 6 2 3 = = = 体积当量直径和形状系数表示