第四章 流体通过颗粒层的流动 - 副本.ppt

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1、第四章流体通过颗粒层的流动第一节概述第二节颗粒床层的特性第三节流体通过固定床的压降第四节过滤原理及设备第五节过滤过程的计算爬流：爬流速度很小，流动很缓慢，颗粒迎流面与背流面的流线对称。第一节概述过滤滤饼层　固液分离吸附分子筛　吸附某种气体离子交换离子柱反应器催化剂颗粒层等概念固定床：众多固体颗粒堆积而成的静止的颗粒层以上化工操作中均为流体通过颗粒层的流动，与流体在管道中的流动相比较：阻力增大，速度分布均一，流动特点：层流，绕流（因速度慢也称爬流）。流体通过固定床的流动颗粒层中流体流动特点：（2）

2、流体通过颗粒层的流动多呈爬流状态原因：单位床层的颗粒表面积对流动阻力起决定性作用原因：大量颗粒随机堆积，颗粒对流体的流动造成很大的阻力（1）床截面的流体速度分布均匀，床层两端产生很大压降△P工程上感兴趣的是阻力增大问题（压降问题），因而本章主要讨论流体通过颗粒层的压降。第二节颗粒床层的特性一、单颗粒特性1、球形颗粒比表面积与颗粒的大小（体积V）、形状（取向）、表面积（S）、比表面积a（即S/V）等因素有关。或体积表面积可用单一参数—直径dP表示2、非球形颗粒体积当量直径体积等效表面积当量直径表面

3、积等效比表面积当量直径比表面积等效形状千变万化，不可能用单一参数全面表示颗粒的V、S、a一般以某种当量的球形颗粒代表影响流体通过颗粒层流动阻力的主要颗粒特性是颗粒的比表面积a，因此常用比表面当量直径deadea、dev、des三者之间换算关系式：则(1)(2)(3)称为形状系数3、的物理意义称为形状系数体积相等时，球形颗粒的表面积最小4、非球形颗粒的参数表达球形颗粒V、S和a均可以颗粒直径dP确定，非球形颗粒必须定义两个参数形状系数一般定义dev作为当量直径，简写为dedev与球形颗粒比较相差二

4、、颗粒群的特性1、粒度分布的筛分分析了解颗粒群的特性，以解决颗粒的尺寸大小不均问题。颗粒分布对颗粒层内流动有影响，需测量并定量表示这一分布对大于70μm的颗粒通常采用一套标准筛进行测量，这种方法称为筛分分析筛过量—通过筛孔的颗粒量筛余量—截留于筛面上的颗粒量d1dndn-1d2G特性：a）与dpi对应的Fi值表示直径小于dpi的颗粒占全部试样的质量分率。b）在最大粒径dpmax处，分布函数为1。（1）分布函数曲线以不同筛号（筛孔尺寸为dPi）上的筛过量占试样总量的分率Fi与其筛孔尺寸dPi作图，

5、所示曲线称为分布函数。2、筛分分析结果的显示——分布函数和频率函数分布函数Fdpi粒径dp1.0Fi0(2)频率函数曲线（分布密度函数）相邻两号筛孔直径di~di-1之间颗粒占全部试样的质量百分率xi，以矩形面积表示，则：表示粒径处于di-1~di范围内颗粒的平均分布密度a）一定粒度范围内颗粒占全部颗粒的质量分率为该粒度范围内频率函数曲线下的面积，粒度为某一定值的颗粒的质量分率为零。b）频率函数曲线下全部面积为1。特性：频率函数f粒径dpdidpidi-1fi0(3)分布函数F与频率函数f二者关

6、系频率函数f粒径dpdidpidi-1fi00分布函数Fdpi粒径dp1.0Fi2、颗粒群的平均直径（1）过程分析：考察流体在颗粒层内流动的特点流体在颗粒层内流动是极其缓慢的爬流，无边界层脱体现象发生；流动阻力主要由颗粒表面积大小决定，颗粒形状不重要。可见应以比表面积相等为准则确定颗粒群平均直径颗粒群具有粒度分布，但希望以平均值或当量值代替（2）颗粒群的平均直径:根据比表面a相等的原则（相邻两筛号间颗粒质量mi占总质量m的比例）1、床层的空隙率三、床层特性均匀球形颗粒按最松排列时空隙率0.48，

7、最紧密排列空隙率0.26球形颗粒床层的小于乱堆的非球形颗粒床层非均匀（大小不等）颗粒的床层小于均匀颗粒的dp2、床层的各向同性（1）颗粒乱堆方向不同，但性质相同特点：床层横截面上空隙面积/床层面积=空隙率（2）壁效应使近壁区的空隙率总是大于床层内部空隙率壁效应特点：阻力小，流速大，床层D/dp大，壁效应所占比例小，影响可忽略；D/dp小则应考虑。表观流速（空床流速）u与实际流速u1的关系：3、床层的比表面床层比表面积推导过程：指单位体积床层具有的颗粒表面积，用表示第三节流体通过固定床的压降根据前

8、面已学的直管阻力损失计算式可推导出压降计算式以上阻力损失计算公式应用了因次理论进行了实验规划，较好地确定了各个变量之间的函数关系；本节将应用另一种实验规划方法—数学模型法来解决流体通过固定床的压降问题。一、数学模型法应用数学模型法求算流体通过颗粒床层中压降是最典型的例子，在20世纪40年代已经完善。数学模型法立足于对所研究过程的深刻理解（2）建立数学模型及求解（3）模型检验及参数估值1、基本特征（1）过程分解—对过程的研究分析—简化的基础和前提（2）过程简化—对过程的理解—无简化得不到数学模型2