化工原理课件(ppt 64页).pptx

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1、4.流体通过颗粒层的流动4.1概述4.2颗粒床层的特性4.3流体通过固定床的压浆4.4过滤原理及设备4.5过滤过程计算4.1概述由众多固体颗粒堆积而成的静止的颗粒床层称为固定床。许多化工操作都与流体通过固定床的流动有关，其中最常见的有：（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固定床）4.2颗粒床层的特性（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的大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。4.2颗粒床层的特性（2

2、）床层自由截面积分率A。空降率与床层自由截面积分率之间有何关系？假设床层颗粒是均匀堆积（即认为床层是各向同性的)。想象用力从床层四周往中间均匀压紧，把颗粒都压到中间直径为长为L的圆柱中（圆柱内设有空隙）。所以对颗粒均匀堆积的床层(各向同性床层），在数值上4.2颗粒床层的特性(3)床层比表面颗粒比表面取的床层考虑，，所以*此式是近似的，在忽略床层中固颗粒相互接触而彼此覆盖使裸露的颗粒表面积减少时成立。4.3流体通过固定床的压降流体通过复杂的通道时的阻力（压降）难以进行理论计算，必须依靠实验来解决问题。现在介绍一种实验规划方法——数学模型法。4.3.1

3、颗粒床层的简化模型（1）床层的简化物理模型单位体积床层所具有的颗粒表面积和床层空隙率对流动阻力有决定性的作用。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。4.3.1颗粒床层的简化模型（2）流体压降的数学模型流体流过圆管的阻力损失数学描述：体积流量所以4.3.1颗粒床层的简化模型4.3.1颗粒床层的简化模型（2）流体压降的数学模型式中为单位床层高度的虚拟压强差当床层不高，重力的影响可以忽略时上式为流体通过固定床压降的数学模型，未知的待定系数称为模型参数，就其物理意义而言称为固定床的流动摩擦系数。4.3.1

4、颗粒床层的简化模型（3）模型的检验和模型参数的估值当床层雷诺数时实验数据符合下式式中称为康采尼常数，其值为5.0。的可能误差不超过10%。合理简化得到康采尼方程4.3.1颗粒床层的简化模型从康采尼方程或欧根方程可看出，影响床层压降的变量有三类：①操作变量②流体物性和③床层特性和在上述因素中，影响最大的是空隙率4.3.1颗粒床层的简化模型（4）因次分析法和数学模型法的比较化工过程具有复杂性难以采用数学解析法求解，而必须依靠实验。指导实验的理论包括两个方面：①化学工程学科本身的基本规律和基本观点；②正确的实验方法论。指导实验的理论：①因次分析法；②数学

5、模型法。4.3.1颗粒床层的简化模型因次分析法的步骤：①找出过程的影响因素；②将影响过程的各个物理量的因次抽出进行分析，整理成若干个无因次数群；③通过实验确定各数群之间的定量关系；数学模型法的步骤：①将复杂的真实过程简化成易于用数学方程式描述的物理模型；②对所得的物理模型进行数学描述即建立数学模型；③通过实验对数学模型的合理性进行检验并测定模型参数；这两种方法应同时并存，各有所用，相辅相成。4.4过滤原理及设备4.4.1过滤原理4.4.1过滤原理（1）过滤是利用可以让液体通过而不能让固体通过的多孔介质，将悬浮液中的固、液两相加以分离的操作。（2）过

6、滤方式①滤饼过滤（见图4-7a）过滤时悬浮液置于过滤介质的一侧。过滤介质常用多孔织物，其网孔尺寸未必一定须小于被截留的颗粒直径。在过滤操作开始阶段，会有部分颗粒进入过滤介质网孔中发生架桥现象（图4-7b），也有少量颗粒穿过介质而混与滤液中。随着滤渣的逐步堆积，在介质上形成一个滤渣层，称为滤饼。不断增厚的滤饼才是真正有效的过滤介质，而穿过滤饼的液体则变为清净的滤液。通常，在操作开始阶段所得到滤液是浑浊的，须经过滤饼形成之后返回重滤。4.4.1过滤原理②深层过滤颗粒尺寸比介质孔道小的多，孔道弯曲细长，颗粒进入孔道后容易被截留。同时由于流体流过时所引起的

7、挤压和冲撞作用。颗粒紧附在孔道的壁面上。介质表面无滤饼形成，过滤是在介质内部进行的。（3）过滤介质①织物介质：即棉、毛、麻或各种合成材料制成的织物，也称为滤布。②粒状介质：细纱、木炭、碎石等。③多孔固体介质（一般要能够再生的才行）：多孔陶瓷、多孔塑料、多孔玻璃等。4.4.1过滤原理4.4.1过滤原理（4）助滤剂若悬浮液中颗粒过于细小将会使通道堵塞，或颗粒受压后变形较大，滤饼的孔隙率大为减小。造成过滤困难，往往加助滤剂以增加过滤速率。助滤剂的加法有两种：①直接以一定比例加到滤浆中一起过滤。若过滤的目的是回收固体物此法便不适用。②将助滤剂预先涂在滤布上

8、，然后再进行过滤。此法称为预涂。助滤剂是一种坚硬而形状不规则的小颗粒，能形成结构疏松而且几乎是不可压缩的滤饼。常用作助滤剂