第三章非均相物系的分别
第一节概述
一、化工生产中常遇到的混合物可分为两大类：第一类是均相物系—如混合气体、溶液，
特征：物系内各处性质一样，无分界面。须用吸取、蒸馏等方法分别。
其次类是非均相体系—
液态非均相物系
固体颗粒与液体构成的悬浮液；不互溶液体构成的乳浊液；
气态非均相物系
固体颗粒〔或液体雾滴〕与气体构成的含尘气体〔或含雾气体〕；气泡与液体所组成的泡沫液等。
特征：物系内有相间的界面，界面两侧的物性截然不同。
分散相：往往是液滴、雾滴、气泡，固体颗粒，μm。
连续相：连续相假设为气体，则为气相非均相物系。
连续相假设为液体，则为液相非均相物系。
二、非均相物系分别的目的：
净制参与工艺过程的原料气或原料液。
回收母液中的固体成品或半成品。
分别生产中的废气和废液中所含的有害物质。
回收烟道气中的固体燃料及回收反响气中的固体触媒等。
总之：以满足工艺要求，提高产品质量，改善劳动条件，保护环境，节约能源及提高经济效益。
常用分别方法：
重力沉降：微粒借本身的重力在介质中沉降而获得分别。
离心分别：利用微粒所受离心力的作用将其从介质中分别。亦称离心沉降。此法适用于较细的微粒悬浮体系。
过滤：使悬浮体系通过过滤介质，将微粒截留在过滤介质上而获得分别。
湿法净制：使气相中含有的微粒与水充分接触而将微粒除去。
电除尘：使悬浮在气相中的微粒在高压电场内沉降。
本章主要争论：利用机械方法分别非均相物系，按其涉及的流淌方式不同，可大致分为沉降和过滤两种操作方式。
三、颗粒和流体相对运动时所受到的阻力流体以肯定的速度绕过静止颗粒时
或者固体颗粒在静止流体中移动时 流体对颗粒的作用力——ye力Fd
F ??A?u2 [N]
d 2
p式中，A—颗粒在运动方向上的投影，?d2
p
u—相对运动速度
p?—阻力系数，?=?〔Re〕=?〔d
p
u?/?〕
层流区：Re?2， ?=24/Re ──Stokes区过渡区：Re=2—500， ??10 Re ──Allen区湍流区：Re=500--2?105，?≌0.44 ──Newton区
其次节重力沉降
一、球形颗粒的自由沉降
自由沉降──对于单一颗粒在流体中的沉降或者颗粒群充分地分散、颗粒间互不影响，不致引起相互碰撞的沉降过程。
加速阶段——
沉降开头时，颗粒初速度为零， 阻力
颗粒受重力和浮力的作用，合力不为零，
产生加速度。 浮力
匀速阶段——
随着速度加快，阻力增加，当合力为零时，颗粒将发生匀速运动─是沉降速度ut.
重力：F
g
??d3? g
6 p p
浮力：F
b
??d3? g
ρρ6 p ?
ρ
ρ
s
阻力：F
d
???d2
4 p
?u2
重力
2
由牛顿其次定理F=ma
Fg-Fb-Fd=mdu/dt
du ? ??
3??
整理后得：
dt
?( p )g?
?
p
u2
4d ?
p p
在du/dt=0，u=ut
4d (? ??)g
u ? p p
t 3?”?
?=?〔Re〕，将不同的?带入u，可得各种流淌状态下的u
的计算式：
t t
d2(? ??)g
层流区：Re?2， u ? p p ──Stokes公式
t 18?
?4g2(? ??)2?13
过渡区：Re=2—500，?
u ?? p ? d
t ??
225??
?? p
湍流区：Re=500--2?105，u ?
t
3g(?
??)d
p p
?
ut=f〔dp
，，?〕， d
，↑，↑
?up t
?
u
?ptp?↑，u↓〔层流区，过渡区〕
?
p
t
p
适合范围：光滑的球形颗粒。举例：
影响沉降速度ut的因素：
1〉颗粒外形，当量球径，〔如当量直径〕，偏离球形约大，阻力越大；
2〉颗粒浓度不太高0.2%，假设自由沉降1%.
3〉壁面效应
4〉分子运动，d2~3μm
5〉液滴和气泡的变形
p6〉其它，如颗粒?
p
不均匀。
二、沉降器设计计算——气体降尘设备用于分别大颗粒尘
L
W
Vs u H
u
t
在降尘室中，颗粒停留时间=L/u
沉降时间=H/ut
分别条件——L/u≥H/ut
pc由于尘粒中，颗粒粒径不一样，故定义一种粒子。其停留时间=沉降时间，即可以100%除去的最小粒径——临界粒径d
pc
∵u? Vs
HW
∴u ? Vs
t LW
与临界粒径dpc相对应的临界沉降速度u
? Vs
tc LW
〔又称外表负荷qo〕
当尘粒沉降速度处于层流区时，d
18? V
? ? s
pc (?
p
?)g LW