化工原理(非均相分離)

1、1第 3 章 非均相物系的分離和固體流態(tài)化 3．1 概述本章介紹利用流體力學原理(顆粒與流體之間相對運動)實現(xiàn)非均相物系的 分離流態(tài)化及固體顆粒的氣力輸送等工業(yè)過程。1．混合物的分類自然界的大多數(shù)物質(zhì)是混合物。若物系內(nèi)部各處組成均勻且不存在相界面，則稱為均相混合物或均相物系，溶液及混合氣體都是均相混合物。由具有不同物理性質(zhì)(如密度差別)的分散物質(zhì)和連續(xù)介質(zhì)所組成的物系稱為非均相混合物 或非均相物系。在非均相物系中，處于分散狀態(tài)的物

2、質(zhì)，如分散于流體中的固體顆粒、液滴或氣泡，稱為分散物質(zhì)或分散相；包圍分散物質(zhì)且處于連續(xù)狀態(tài) 的物質(zhì)稱為分散介質(zhì)或連續(xù)相。根據(jù)連續(xù)相的狀態(tài)，非均相物系分為兩種類型：①氣態(tài)非均相物系，如含塵氣體、含霧氣體等；②液態(tài)非均相物系，如懸浮液、乳濁液及泡沫液等。2．非均相混合物的分離方法由于非均相物系中分散相和連續(xù)相具有不同的物理性質(zhì)，故工業(yè)上一般都采用機械方法將兩相進行分離。要實現(xiàn)這種分離，必須使分散相與連續(xù)相之間發(fā)生相對運動。根據(jù)兩相運動方式的

3、不同，機械分離可按下面兩種操作方式進行。①顆粒相對于流體(靜止或運動)運動而實現(xiàn)懸浮物系分離的過程稱為沉降分離。實現(xiàn)沉降操作的作用力可以是重力，也可以是慣性離心力，因此，沉降過程有重力沉降與離心沉降之分。②流體相對于固體顆粒床層運動而實現(xiàn)固液分離的過程稱為過濾。實現(xiàn)過濾操作的外力可以是重力、壓強差或慣性離心力。因此，過濾操作又可分為重力過濾、加壓過濾、真空過濾和離心過濾。氣態(tài)非均相混合物的分離，工業(yè)上主要采用重力沉降和離心沉降方法。在某

4、些場合，根據(jù)顆粒的粒徑和分離程度要求，也可采用慣性分離器、袋濾器、靜電除塵器或濕法除塵設(shè)備 等，如表 3—1 所示。┘此外，還可采用其他措施．預先增大微細粒子的有效尺寸而后加以機械分離。例如，使含塵或含霧氣體與過飽和蒸汽接觸，發(fā)生以粒子為核心的冷凝； 又如，將氣體引入超聲場內(nèi)，使細粒碰撞并凝聚。這樣，可使微細顆粒附聚成 較大顆粒，然后在旋風分離器中除去。對于液態(tài)非均相物系，根據(jù)工藝過程要求可采用不同的分離操作。若要求懸浮液在一定程度上增

5、濃，可采用重力增稠器或離心沉降設(shè)備；若要求固液較 徹底地分離，則要通過過濾操作達到目的；乳濁液的分離可在離心分離機中進 行。3．非均相混合物分離的目的(1)收集分散物質(zhì) 例如收取從氣流干燥器或噴霧干燥器出來的氣體以及從結(jié)晶器出來的晶漿中帶有的固體顆粒，這些懸浮的顆粒作為產(chǎn)品必須回收；又 如回收從催化反應器出來的氣體中夾帶的催化劑顆粒以循環(huán)使用。(2)凈化分散介質(zhì) 某些催化反應，原料氣中夾帶有雜質(zhì)會影響觸媒的效 能，必須在氣體進反

6、應器之前清除催化反應原料氣中的雜質(zhì)，以保證觸媒的活333P66 V??PeeV dd??式中 de—體積當量直徑，m；VP—球形顆粒的實際體積，m3。(2)形狀系數(shù) 形狀系數(shù)又稱球形度，它表征顆粒的形狀與球形的差異程度。 可以寫出：Ps SS ? ?式中 Фs—顆粒的形狀系數(shù)或球形度；Sp—顆粒的表面積，m2；S—與該顆粒體積相等的圓球的表面積，m2。由于體積相同時球形顆粒的表面積最小，因此，任何非球形顆粒的形狀系數(shù)皆小于 1。

7、對于球形顆粒，Фs=1。顆粒形狀與球形差別愈大，Фs 值愈低。對于非球形顆粒，必須有兩個參數(shù)才能確定其特征。通常選用體積當量直徑和形狀系數(shù)來表征顆粒的體積、表面積和比表面積，即e s Ps e Ped ad Sd?? ??/ 6/6 V23P???2. 顆粒群的特性 顆粒群的特性工業(yè)中遇到的顆粒大多是由大小不同的粒子組成的集合體，稱為非均一性粒子或多分散性粒子；而將具有同一粒徑的顆粒稱為單一性粒子或單分散性粒 子。1)粒度分布 粒度分布

8、不同粒徑范圍內(nèi)所含粒子的個數(shù)或質(zhì)量，即粒徑分布?？刹捎枚喾N方法測 量多分散性粒子的粒度分布。對于大于 40μm 的顆粒，通常采用一套標準篩進行測量。這種方法稱為篩分分析。泰勒標準篩的目數(shù)與對應的孔徑如表 3—2 所 示。當使用某一號篩子時，通過篩孔的顆粒量稱為篩過量，截留于篩面上的顆 粒量則稱為篩余量。稱取各號篩面上的顆粒篩余量即得篩分分析的基本數(shù)據(jù)。目前各種篩制正向國際標準組織 ISO 篩系統(tǒng)一。2)顆粒的平均粒徑 顆粒的平均粒徑顆粒