化工原理课件4.流体通过颗粒层的流动.ppt

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1、4.流体通过颗粒层的流动4.1概述4.2颗粒床层的特征4.3流体通过固定床的压降4.4过滤原理及设备4.5过滤过程计算4.6加快过滤速率的途径化工原理4.流体通过颗粒层的流动1、本章学习的知识点过滤基本理论及基本参数；过滤基本方程及其应用；板框过滤机、叶滤机与转鼓真空过滤机基本结构、工作原理及计算；过滤操作型问题的定性分析；间歇过滤机的最佳生产周期的定量计算；连续过滤机最佳转速的确定；滤饼的可压缩性；恒速过滤；离心分离原理与离心机；其他分离设备构造、原理。2、本章学习的重点过滤基本方程及其应用；板框过

2、滤机、叶滤机与转鼓真空过滤机设计型和操作型问题的定量计算；过滤操作型问题的定性分析；间歇过滤机的最佳生产周期的定量计算。4.流体通过颗粒层的流动3、本章学习的难点过滤基本方程及其应用；板框过滤机、叶滤机与转鼓真空过滤机设计型和操作型问题的定量计算；过滤操作型问题的定性分析。4.1概述一、固定床的定义固定床是众多固体颗粒堆积而成的静止的颗粒床层。二、流体通过固定床的流动有关的情况如下:1、固定床反应器（组成固定床的是粒状或片状催化剂）2、悬浮液的过滤（组成固定床的是悬浮液中的固定颗粒堆积而成的滤饼看作是

3、固定床）3、离子交换4、地下水、石油渗透三、流动研究的内容1、速度分布：u小且均匀2、压力降：很大（最感兴趣的问题）4.流体通过颗粒层的流动爬流其流动阻力主要来自表面摩擦，而与通道的形状关系很小，所以流动阻力颗粒总表面积/单位床层体积。4.1概述问题（讨论）：流体通过颗粒层的流动具有什么样的特殊性？答：流动的二个极限：(1)极慢流动（爬流）：不脱体，形体阻力基本不变。(2)高速流动（湍流）：脱体，形体阻力改变4.流体通过颗粒层的流动返回4.2颗粒床层的特性4.2.1单颗粒的特性4.2.2颗粒群的特性4

4、.2.3床层特性4.流体通过颗粒层的流动返回4.2.1单颗粒的特性根据：几何面积相等的原则，确定非球形颗粒的当量直径。其它略4.流体通过颗粒层的流动返回4.2.2颗粒群的特性根据：总比面积相等原则，确定颗粒群的平均直径。其它略。4.流体通过颗粒层的流动返回4.2.3床层特性根据：按总自由空间相等和总面积相等原则，确定床层通道的当量直径和当量长度。4.流体通过颗粒层的流动1、床层空隙率ε固定床层中颗粒堆积的疏密程度可用空隙率来表示，其定义如下：ε=====4.2.3床层特性4.流体通过颗粒层的流动ε的大

5、小反映了床层颗粒的紧密程度，ε对流体流动的阻力有极大的影响。ε，。2、床层的各向同性乱堆各颗粒的定向应是随机的床层是各向同性的各向同性床层的一个重要特点：床层横截面上可供流体通过的空隙面积（自由截面）与床层截面之比在数值上等于空隙率ε。4.2.3床层特性壁效应：4.流体通过颗粒层的流动3、床层的比表面积单位床层体积（不是颗粒体积）具有的颗粒表面积称为床层的比表面积4.2.3床层特性4.流体通过颗粒层的流动=颗粒比表面=返回4.3流体通过固定床的压力降困难：通道的细微几何结构十分复杂，即使是爬流时压

6、降的理论计算也是十分困难的。解决方法：用简化模型通过实验数据关联。一、物理模型因为流动呈爬流状态阻力与床层表面积成正比，所以床层可简化为无数平行的弯弯曲曲的毛细管—虑拟细管，其简化的机理模型如下。4.流体通过颗粒层的流动4.3流体通过固定床的压力降也就是将床层中的不规则通道简化成长度为Le的一组平等细管。规定：①细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面；②细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙体积。根据上述假定，可求得这些虚拟细管的当量直径de4.流体通过颗粒层的流动4.3流体通过固定床的压力降结论：按简

7、化模型，流体通过固定床的压降等同于流体通过一组当量直径为de，长度为Le的细管的压降。二、数学模型4.流体通过颗粒层的流动4.3流体通过固定床的压力降单位床层高度的虚拟压强降：4.流体通过颗粒层的流动细管长度将其并入中得—固定床的压降的数学模型称为模型参数，也可称为固定床的流动摩擦系数。4.3流体通过固定床的压力降当床层不高，重力的影响可以忽略时：4.流体通过颗粒层的流动注：在本章中均称为压降。三、模型的检验和模型参数的估算1、康采尼（Kozeny）对此进行了实验研究，发现在流速较低，Re/<2时，实

8、验数据能较好地符合下式4.3流体通过固定床的压力降4.流体通过颗粒层的流动—此式适用条件，Re/<22、欧根（Ergun）关联式：Re/=（0.17~420）4.3流体通过固定床的压力降对于均匀颗粒，代入上式得：4.流体通过颗粒层的流动—欧根方程4.3流体通过固定床的压力降3、方程的作用(1)从一种工况推算另一种工况(2)指导实验测定（采用常温、常压的空气或水模拟实验—冷模）4、影响压降的主要因素4.流体通过颗粒层的流动4.3流体通过固定床的压力降四、因