《顆粒的沉降》課件

顆粒的沉降沉降是自然界常見(jiàn)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(jì)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(jī)、過(guò)濾器等設(shè)備的設(shè)計(jì)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(guò)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(duì)于分離、純化、濃縮、過(guò)濾等多種技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要。沉降過(guò)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(duì)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(jī)物、無(wú)機(jī)物含量，會(huì)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(cè)定顆粒大小分布的過(guò)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(cè)量顆粒大小。激光衍射法利用激光束照射顆粒，通過(guò)分析衍射圖案確定顆粒大小。動(dòng)態(tài)光散射法測(cè)量顆粒在溶液中的布朗運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)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(jì)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(yùn)動(dòng)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(jì)、過(guò)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(jī)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(guò)濾與離心分離過(guò)濾過(guò)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(guò)。過(guò)濾過(guò)程簡(jiǎn)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(xì)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(jiàn)沉降設(shè)備包括沉降池、離心機(jī)、過(guò)濾機(jī)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(jī)的應(yīng)用醫(yī)療領(lǐng)域離心機(jī)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(jìn)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(zhǎng)保質(zhì)期。化工行業(yè)用于分離混合物，提純物質(zhì)，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，提高生產(chǎn)效率，降低成本。環(huán)境保護(hù)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(guò)濾器的應(yīng)用工業(yè)過(guò)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(xì)菌、病毒等，確保飲用水的安全。空氣凈化去除空氣中的粉塵、煙霧、異味等，改善空氣質(zhì)量，保護(hù)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(kāi)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(hù)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(shí)現(xiàn)固液分離。3過(guò)濾分離利用過(guò)濾介質(zhì)，將固體顆粒截留在過(guò)濾介質(zhì)上，實(shí)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(shí)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(chǎng)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(hù)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(shí)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(jìn)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(guò)濾原理基于大小、形狀、電荷等特性，膜可以分離不同的顆?；蚍肿印?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(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。壓濾及真空過(guò)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(jī)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(guò)濾真空過(guò)濾是利用真空泵產(chǎn)生負(fù)壓，使液體通過(guò)濾布或?yàn)V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(xì)小顆粒。濾餅壓濾和真空過(guò)濾過(guò)程中，固體顆粒會(huì)在濾布或?yàn)V紙上形成一層固體層，稱(chēng)為濾餅。濾餅的厚度、結(jié)構(gòu)和孔隙率會(huì)影響過(guò)濾效率，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。離心過(guò)濾技術(shù)高速旋轉(zhuǎn)離心過(guò)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(lái)。過(guò)濾介質(zhì)液體通過(guò)多孔的過(guò)濾介質(zhì)，固體顆粒被截留，從而實(shí)現(xiàn)固液分離。高效分離離心過(guò)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(guò)濾設(shè)備可實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。深床過(guò)濾技術(shù)深床過(guò)濾深床過(guò)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(guò)濾床。通過(guò)濾料的過(guò)濾作用，去除水中懸浮物、有機(jī)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(lái)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?chē)h(huán)境有關(guān)。影響因素溶液的pH值、離子強(qiáng)度和溫度等因素都會(huì)影響粒子表面電荷的性質(zhì)。電荷測(cè)量可以通過(guò)電泳、電位滴定等方法測(cè)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(chǎng)中的遷移速度不同進(jìn)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(cè)器等組成。特點(diǎn)高效分離操作簡(jiǎn)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(chǎng)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(shì)高效率、低能耗、環(huán)保，可用于處理低濃度廢水。4局限性對(duì)膜的質(zhì)量要求較高，容易受到有機(jī)物和懸浮物的污染。微濾與超濾技術(shù)膜過(guò)濾技術(shù)微濾和超濾屬于膜過(guò)濾技術(shù)，利用膜材料的孔徑大小來(lái)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(xì)菌、藻類(lèi)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(duì)溶解性物質(zhì)的選擇性更高，主要用于去除水中的多價(jià)離子、有機(jī)物和膠體物質(zhì)。反滲透反滲透膜具有最強(qiáng)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(lèi)、有機(jī)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(shù)脂，通過(guò)離子交換作用去除溶液中的特定離子，從而實(shí)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(lèi)型主要分為陽(yáng)離子交換和陰離子交換，根據(jù)樹(shù)脂的性質(zhì)和功能，可以實(shí)現(xiàn)不同的分離效果。優(yōu)勢(shì)具有高效、選擇性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便、成本低廉等特點(diǎn)，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(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，表面積很大，可吸附各種有機(jī)物質(zhì)。離子交換樹(shù)脂吸附離子交換樹(shù)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(shí)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(xì)胞分離細(xì)胞分離技術(shù)可以用于分離、純化、培養(yǎng)和分析細(xì)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(shí)驗(yàn)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(guò)一系列不同孔徑的篩子進(jìn)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(jì)算顆粒的粒徑。激光衍射法通過(guò)測(cè)