《顆粒的沉降》課件

顆粒的沉降沉降是自然界常見的現(xiàn)象。顆粒在流體中的沉降速度取決于顆粒的尺寸、形狀、密度以及流體的粘度和密度等因素。課程目標(biāo)了解顆粒沉降原理掌握顆粒沉降的影響因素，如粒徑、密度、流體性質(zhì)、溫度等。掌握斯托克斯定律能夠應(yīng)用斯托克斯定律計算顆粒在流體中的沉降速度，并理解其適用條件。學(xué)習(xí)沉降分離技術(shù)了解重力沉降、離心沉降等技術(shù)原理及其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。掌握沉降設(shè)備應(yīng)用了解沉降池、離心機、過濾器等設(shè)備的設(shè)計原理和操作方法。顆粒沉降概述顆粒沉降是固體顆粒在流體中下降的過程，它在許多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用，例如環(huán)境工程、化工、制藥、食品加工等。顆粒沉降現(xiàn)象的理解對于分離、純化、濃縮、過濾等多種技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要。沉降過程受到多種因素的影響，包括顆粒尺寸、形狀、密度、流體粘度、溫度和濃度等。顆粒的基本特性11.形狀與大小顆粒形狀各異，例如球形、片狀、針狀。顆粒大小用粒徑表示，不同粒徑范圍顆粒具有不同性質(zhì)。22.密度與比重顆粒密度是顆粒本身的質(zhì)量與體積的比值，比重是指顆粒密度與水的密度之比。33.表面性質(zhì)顆粒表面性質(zhì)，例如表面粗糙度、表面電荷，對顆粒的沉降行為有很大影響。44.化學(xué)組成顆粒的化學(xué)組成，例如有機物、無機物含量，會影響顆粒的密度、比重和沉降速度。顆粒分布與粒度分析顆粒分布描述了不同粒徑顆粒在樣品中的比例。粒度分析是測定顆粒大小分布的過程。方法描述篩分法使用不同尺寸的篩子分離顆粒。顯微鏡法使用顯微鏡直接觀察并測量顆粒大小。激光衍射法利用激光束照射顆粒，通過分析衍射圖案確定顆粒大小。動態(tài)光散射法測量顆粒在溶液中的布朗運動，推算顆粒大小。沉降影響因素顆粒大小顆粒越小，表面積越大，受到的阻力越大，沉降速度越慢。流體粘度流體粘度越大，顆粒運動的阻力越大，沉降速度越慢。顆粒密度顆粒密度越大，重力作用越大，沉降速度越快。流體密度流體密度越大，顆粒受到的浮力越大，沉降速度越慢。斯托克斯定律1球形顆粒球形顆粒在流體中沉降2層流條件流體阻力與速度成正比3重力與浮力沉降速度受重力與浮力影響4流體粘度流體粘度影響沉降速度斯托克斯定律用于計算球形顆粒在流體中沉降的終端速度。該定律假設(shè)顆粒為球形，流體為牛頓流體，且顆粒的運動為層流。斯托克斯定律在工程領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，例如沉降池的設(shè)計、過濾器的選型以及顆粒的尺寸分析。離心沉降原理離心沉降利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，使顆粒加速沉降。離心力的大小與轉(zhuǎn)速和顆粒的質(zhì)量成正比。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于生物、化學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域。分離血液成分、提純蛋白質(zhì)、沉降沉淀物、分析顆粒大小等。重力沉降重力沉降顆粒在重力作用下沉降，速度受顆粒大小、密度和流體粘度影響。沉降池廣泛應(yīng)用于水處理、污水處理、礦物分離等領(lǐng)域。水處理用于去除懸浮顆粒，例如泥沙、有機物等，提高水質(zhì)。礦物分離用于分離不同密度和大小的礦物顆粒，例如金、銀、銅等。過濾與離心分離過濾過濾是一種常用的固液分離技術(shù)。它利用多孔介質(zhì)截留固體顆粒，使液體通過。過濾過程簡單高效，可用于分離不同尺寸的顆粒，但效率受孔徑大小和濾材性質(zhì)影響。離心分離離心分離利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，將不同密度物質(zhì)分離。離心分離適用于分離密度差異較大的物質(zhì)，常用于細小顆粒和懸浮液的處理，效率高，但設(shè)備較為復(fù)雜。各種沉降設(shè)備沉降設(shè)備用于固液分離，主要依靠重力或離心力使顆粒沉降。常見沉降設(shè)備包括沉降池、離心機、過濾機等。沉降設(shè)備的選擇取決于顆粒的特性、懸浮液的性質(zhì)和處理要求。離心機的應(yīng)用醫(yī)療領(lǐng)域離心機在血液分析、藥物提純等方面應(yīng)用廣泛，提高診斷效率，促進醫(yī)療發(fā)展。食品加工用于分離牛奶中的奶油，提取果汁，分離酒渣，提高食品質(zhì)量，延長保質(zhì)期?；ば袠I(yè)用于分離混合物，提純物質(zhì)，進行化學(xué)反應(yīng)，提高生產(chǎn)效率，降低成本。環(huán)境保護用于處理污水，分離固體廢棄物，改善環(huán)境質(zhì)量，提高資源利用率。過濾器的應(yīng)用工業(yè)過濾廣泛應(yīng)用于化工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域?？梢杂行コ后w或氣體中的雜質(zhì)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。水處理用于去除水中懸浮物、細菌、病毒等，確保飲用水的安全?？諝鈨艋コ諝庵械姆蹓m、煙霧、異味等，改善空氣質(zhì)量，保護人體健康。沉降池的應(yīng)用水處理沉降池廣泛用于廢水處理，去除懸浮顆粒物，改善水質(zhì)。礦物處理沉降池在礦物開采中用于分離礦物，例如銅礦，鉛礦等。油污清理沉降池可用于分離油水混合物，清除水體中的油污染。沉降原理的工藝應(yīng)用沉降技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)和環(huán)境保護領(lǐng)域。它可以有效地分離不同密度物質(zhì)，例如固體顆粒和液體。沉降原理在污水處理、礦物加工、食品生產(chǎn)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。1污水處理去除懸浮固體2礦物加工分離礦石3食品生產(chǎn)分離雜質(zhì)例如，在污水處理中，沉降池可用于去除懸浮固體，提高水質(zhì)。礦物加工中，沉降技術(shù)可用于分離不同密度的礦石，提高產(chǎn)品純度。在食品生產(chǎn)中，沉降可用于分離雜質(zhì)，提高食品質(zhì)量。固液分離的基本方法1重力沉降利用顆粒與流體的密度差，使顆粒在重力作用下沉降。2離心分離利用離心力，使顆粒加速沉降，從而實現(xiàn)固液分離。3過濾分離利用過濾介質(zhì)，將固體顆粒截留在過濾介質(zhì)上，實現(xiàn)固液分離。4膜分離利用半透膜，將不同尺寸的顆粒分離，實現(xiàn)固液分離。重力沉降技術(shù)基于重力沉降重力沉降技術(shù)主要基于顆粒在重力場作用下的沉降。根據(jù)斯托克斯定律，顆粒的沉降速度與顆粒直徑、密度和流體粘度有關(guān)。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛在工業(yè)生產(chǎn)、污水處理、環(huán)境保護等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如，在污水處理中，利用重力沉降技術(shù)去除懸浮固體，實現(xiàn)水質(zhì)凈化。離心分離技術(shù)高速旋轉(zhuǎn)離心分離技術(shù)利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，將不同密度顆粒分離。沉降速度顆粒沉降速度與離心力大小、顆粒大小和密度有關(guān)。廣泛應(yīng)用離心分離廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域，進行固液分離、液體澄清等操作。膜分離技術(shù)膜材料膜分離技術(shù)使用半透膜，可以選擇性地分離不同尺寸或性質(zhì)的物質(zhì)。過濾原理基于大小、形狀、電荷等特性，膜可以分離不同的顆?；蚍肿?。應(yīng)用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于水處理、食品飲料、醫(yī)藥、生物制藥等領(lǐng)域。環(huán)境友好膜分離技術(shù)是一種綠色環(huán)保的分離技術(shù)，具有低能耗、無污染等優(yōu)點。壓濾及真空過濾技術(shù)壓濾壓濾是一種固液分離技術(shù)，利用壓力將液體從固體中擠出。壓濾機通常用于處理高濃度懸浮液或漿料，可以有效地分離出固體物質(zhì)，并獲得高質(zhì)量的濾液。真空過濾真空過濾是利用真空泵產(chǎn)生負壓，使液體通過濾布或濾紙流入真空容器，從而分離固體和液體。該技術(shù)適用于處理較低濃度的懸浮液，并能有效地去除細小顆粒。濾餅壓濾和真空過濾過程中，固體顆粒會在濾布或濾紙上形成一層固體層，稱為濾餅。濾餅的厚度、結(jié)構(gòu)和孔隙率會影響過濾效率，需要根據(jù)實際情況進行調(diào)整。離心過濾技術(shù)高速旋轉(zhuǎn)離心過濾技術(shù)利用高速旋轉(zhuǎn)的離心力將固體顆粒從液體中分離出來。過濾介質(zhì)液體通過多孔的過濾介質(zhì)，固體顆粒被截留，從而實現(xiàn)固液分離。高效分離離心過濾技術(shù)可有效分離尺寸小、密度低的顆粒，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域。連續(xù)操作許多離心過濾設(shè)備可實現(xiàn)連續(xù)操作，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。深床過濾技術(shù)深床過濾深床過濾是水處理中常用技術(shù)，利用顆粒狀濾料，如砂子、活性炭等，組成深度過濾床。通過濾料的過濾作用，去除水中懸浮物、有機物、微生物等雜質(zhì)。粒子表面電荷特性表面電荷起源粒子表面電荷主要來源于表面原子或分子中的電荷，例如離子交換、化學(xué)吸附、表面活性劑吸附或摩擦產(chǎn)生的靜電荷。電荷分布粒子表面的電荷分布通常不均勻，這與粒子的化學(xué)組成、表面結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境有關(guān)。影響因素溶液的pH值、離子強度和溫度等因素都會影響粒子表面電荷的性質(zhì)。電荷測量可以通過電泳、電位滴定等方法測量粒子的表面電荷。電泳沉降技術(shù)原理利用帶電顆粒在電場中的遷移速度不同進行分離。應(yīng)用分離蛋白質(zhì)和核酸分析藥物和生物材料純化和濃縮樣品設(shè)備電泳池、電源、檢測器等組成。特點高效分離操作簡便應(yīng)用廣泛電滲析技術(shù)1原理電滲析技術(shù)利用離子交換膜，在直流電場的作用下，從溶液中分離離子。2應(yīng)用廣泛應(yīng)用于海水淡化、污水處理、食品加工等領(lǐng)域。3優(yōu)勢高效率、低能耗、環(huán)保，可用于處理低濃度廢水。4局限性對膜的質(zhì)量要求較高，容易受到有機物和懸浮物的污染。微濾與超濾技術(shù)膜過濾技術(shù)微濾和超濾屬于膜過濾技術(shù)，利用膜材料的孔徑大小來分離不同尺寸的顆粒物質(zhì)。微濾微濾主要用于去除水體中的細菌、藻類等大于0.1微米的微生物和懸浮顆粒。超濾超濾主要用于去除水體中的病毒、蛋白質(zhì)、膠體等大于0.01微米的物質(zhì)。微濾和超濾在水處理、食品飲料、醫(yī)藥等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。納濾與反滲透技術(shù)納濾納濾膜對溶解性物質(zhì)的選擇性更高，主要用于去除水中的多價離子、有機物和膠體物質(zhì)。反滲透反滲透膜具有最強的分離能力，能去除水中的絕大多數(shù)溶解性物質(zhì)，包括鹽類、有機物和微生物。應(yīng)用領(lǐng)域納濾和反滲透技術(shù)廣泛應(yīng)用于海水淡化、工業(yè)廢水處理、飲用水凈化等領(lǐng)域。離子交換技術(shù)原理離子交換技術(shù)利用離子交換樹脂，通過離子交換作用去除溶液中的特定離子，從而實現(xiàn)分離和純化目的。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于水處理、制藥、食品加工、化工等領(lǐng)域，例如軟化水、去除重金屬離子、制備純凈水等。類型主要分為陽離子交換和陰離子交換，根據(jù)樹脂的性質(zhì)和功能，可以實現(xiàn)不同的分離效果。優(yōu)勢具有高效、選擇性強、操作簡便、成本低廉等特點，在工業(yè)生產(chǎn)和科研領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。吸附分離技術(shù)活性炭吸附活性炭具有高度發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)，表面積很大，可吸附各種有機物質(zhì)。離子交換樹脂吸附離子交換樹脂具有特定的離子交換性能，可用于分離和純化溶液中的離子。分子篩吸附分子篩具有特定的孔徑，可選擇性吸附特定尺寸的分子，實現(xiàn)分離。生物分離技術(shù)酶分離酶是生物催化劑，在生物分離中起著重要作用。酶分離技術(shù)廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、環(huán)保等領(lǐng)域。細胞分離細胞分離技術(shù)可以用于分離、純化、培養(yǎng)和分析細胞。該技術(shù)在生物制藥、疾病診斷和研究等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。實驗室顆粒分析方法顯微鏡法使用光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡觀察顆粒的形狀、大小和表面特征。這是一種直觀且常用的方法。篩分法將顆粒通過一系列不同孔徑的篩子進行分離，從而獲得顆粒的粒度分布。沉降法根據(jù)顆粒在液體中的沉降速度，利用斯托克斯定律計算顆粒的粒徑。激光衍射法通過測