非均相物系分离理论
17页1、非均相物系分离理论均相物系(honogeneoussystem):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(nonhonogeneoussystem): 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 概述非均相物系的分离原理:在非均相物系中分散物质 和分散介质组成由于非均相物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。 过滤介质:过滤采用的多孔物质滤浆:所处理的悬浮液滤液:通过多 孔通道的液体滤饼或滤渣:被截留的固体物质。以某种多孔物质为介质在外力的作用下使悬浮液中的液体通过介 质的孔道而固体颗粒被截留在介质上从而实现固液分离的单元操作。第二节过滤一、过滤操作的基本概念过滤(filtration)深床过滤织 物介质(又称滤布):由棉、毛、麻、丝等天然纤维及合成纤维制成的 织物以及玻璃丝、金属丝等织成的网过滤介质的分类:堆积介
2、质由各 种固体颗粒(细砂、硅藻土等)堆积而成多用于深床过滤多孔固体介 质这类介质具有很多细微孔道如多孔陶瓷、多孔塑料等。多用于含少量细微颗粒的悬浮液过滤介质过滤推动力悬浮液自身 压强差重力悬浮液的侧加压过滤介质的侧抽真空离心力过滤阻力介 质阻力:可视为平变且一般过滤初较明显滤饼阻力 :滤饼厚度:随过 滤进行而增加滤饼特性:颗粒形状、大小粒大多情况下过滤阻力主要 取决于滤饼阻力。对于颗粒层中不规则的通道可以简化成由一组当量直径为 de 的 细管而细管的当量直径可由床层的空隙率和颗粒的比表面积来计算。二、过滤的基本理论滤液通过饼层的流动颗粒床层的特性可用空 隙率、当量直径等物理量来描述。空隙率:单位体积床层中的空隙体积称为空隙率。 比表面积:单位体积颗粒所具有的表面积称为比表面积。颗粒床层的特性依照第一章中非圆形管的当量直径定义当量直径 为:故对颗粒床层直径应可写出:滤液通过饼层的流动常属于滞流流 型可以仿照圆管内滞流流动的泊稷叶公式 (哈根方程 )来描述滤液通 过滤饼的流动则滤液通过饼床层的流速与压强降的关系为:式中 u 滤 液在床层孔道中的流速msL床层厚度m, A pc滤液通过滤饼层
3、的压强 降 pa 阻力与压强降成正比因此可认为上式表达了过滤操作中滤液流 速与阻力的关系。床层空隙中的滤液流速 u 床层截面积计算的滤液平均流速 u 上式 中的比例常数K,与滤饼的空隙率、颗粒形状、排列及粒度范围诸因 素有关。对于颗粒床层内的滞流流动K,值可取为。R滤饼阻力m,其计算式为:对于不可压缩滤饼滤饼层中的空隙率 可视为常数颗粒的形状、尺寸也不改变因而比表面a亦为常数则有 式中r滤饼的比阻m,其计算式为:R=rL滤饼阻力式中V滤液量m。 过滤时间sA过滤面积m。过滤速率为:任一瞬间的过滤速度为:过滤速度单位时间内通过 单位过滤面积的滤液体积mm s。过滤速率:单位时间内获得的滤液体积ms。过滤速率比阻r单位厚度滤饼的阻力在数值上等于粘度为Pa s 的滤液以ms的平均流速通过厚度为m的滤饼层时所产生的压强降比 阻反映了颗粒特性(形状、尺寸及床层空隙率)对滤液流动的影响床层 空隙率愈小及颗粒比表面a愈大则床层愈致密对流体流动的阻滞 作用也愈大。通常把过滤介质的阻力视为常数仿照滤液穿过滤饼层的速度方程 则可写出滤液穿过过滤介质层的速度关系式:由于很难划定过滤介质 与滤饼之间的分界面更
4、难测定分界面处的压强在操作过程中总是把 过滤介质与滤饼联合起来考虑。过滤介质的阻力通常滤饼与滤布的面积相同。所以两层中的过滤速度应相等则:上式表明可用滤液通过串联的 滤饼与滤布的总压强降来表示过滤推动力用两层的阻力之和来表示 总阻力。式中:Ap滤饼与滤布两侧的总压强差称为过滤压强差。假设:厚度为Le的滤饼产生的阻力与滤布相同而过程仍能完全按 照原来的速率进行则:rLe=Rm在一定的操作条件下以一定介质过滤 一定悬浮液时Le为定值但同一介质在不同的过滤操作中Le值不同。式中:v滤饼体积与相应的滤液体积之比无因次。LA=vV若每获得m滤液所形成的滤饼体积为vm则任一瞬间的滤 饼厚度L与当时已经获得的滤液体积V之间的关系为:同理如生成 厚度为Le的滤饼所应获得的滤液体积以Ve来表示则式中Ve过滤介 质的当量滤液体积或称虚拟滤液体积m。三、过滤基本方程式注意:在一定的操作条件下以一定介质过滤 一定的悬浮液时Ve为定值但同一介质在不同的过滤操作中Ve不同。上式适用于不可压缩滤饼。对于可压缩滤饼其比阻r与压强差有关。上式称为过滤基本方程式它对各种过滤情况均适用。式中r单位压强下滤饼的比阻mAp过滤
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