第一、二、三节颗粒床层特性.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,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,但对于流体在颗粒层中的流动，由于颗粒层是随机堆积，边界条件难找，因此不以原理探讨为主，而谈实际如何处理问题工程上感兴趣的是,阻力增大问题,，因而本章主要讨论,流体通过颗粒层的压降,由于固定床内大量细小而密集的固体颗粒对流体形成很大的阻力，这种阻力,一方面,是流体沿床层截面的速度分布变得相当均匀，,另一方面,在床层两端造成很大压降,为什么,流体通过颗粒层的流动比一般管道流体流动的速度分布均一、阻力增大？,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,d,P,表示,2,、非球形颗粒,体积当量直径,体积等效,面积当量直径,表面积等效,比表面当量直径,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，因此常用,比表面当量直径,令,即,则,d,ev,、,d,es,、,d,ea,三者之间换算关系式：,3,、的物理意义,称为形状系数,体积相等则球形颗粒的表面积最小,4,、非球形颗粒的参数表达,球形颗粒以颗粒直径,d,P,确定，非球形颗粒必须定义两个参数,与球形颗粒,比较相差,通过形状系数 保证了表面积相等,一般定义,d,ev,作为当量直径，简写为,de,d,ev,二、颗粒群的特性,1,、粒度分布的表示,筛分分析,了解颗粒群的特性，以解决颗粒的大小不均问题,对大于,70m,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,特性,：,a,）,与,d,pi,对应的,F,i,值表示直径小于,d,pi,的颗粒占全部试样的质量分率b,）,在最大粒径,d,pmax,处，分布,函数为,1,。

1,）,分布函数,d,Pi,筛孔尺寸,F,i,对应于,d,Pi,的,筛过量占试样总量的分率,以不同筛号上试样的分率,F,i,与,所对应筛孔尺寸,d,Pi,所,标绘出的曲线称为分布函数,(2),频率函数,（分布密度函数）,矩形面积表示相邻两号筛孔粒径,d,i,d,i-1,之间颗粒占全部试样的质量百分率,Xi,表示颗粒处于,d,i-1,d,i,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质量百分率为,此范围内曲线下面积，某一定值粒度质量百分率为零b,）,曲线下全部面积为,1,特性：,(3),分布函数与频率函数,二者关系,2,、,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,（表示各种筛号上颗粒直径所占比例）,由,1,、,床层的空隙率,三、,床层特性,均匀球形颗粒按最松排列时,乱堆的非,球形颗粒（大小均匀）大于球形颗粒的,非,均匀（大小不等）颗粒的床层 小于均匀颗粒的,2,、,床层的比表面,床层内表面积,由,颗粒比表面积,指,单位床层体积具有的颗粒表面积，用 表示,思考：,和 的区别,3,、,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,）近壁区空隙率大于床层内部,D/,dp,小则应考虑,特点：阻力小，流速大,床层,D,大，壁效应可忽略,4,、,颗粒层中流动特点,速度分布均匀,大量随机堆积,爬流,速度极其缓慢,关键在压降,（,1,）大量固体颗粒对流体的流动造成很大的阻力,使床截面的速度分布均匀,床层两端产生很大压降,（,2,）流体通过颗粒层的流动多呈爬流状态,单位床层的颗粒表面积对流动阻力起决定性作用,工程上感兴趣的是压降问题,思考：,压降与压强差有何不同？,第三节 流体通过固定床的压降,根据前面已学的,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,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,（,1,）,简化,建立物理模型,（,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,没有简化得不到数学模型,2,、主要步骤,二、,床层的数学模型,随机堆积,毛细管束,均匀圆管的压降,床层流动空间,=,床层空隙容积,=,管束内表面积,=,床层颗粒全部表面,=,以,1m,3,床层体积为基准,1,、简化,建立物理模型,le,le,简化,物理模型,2,、建立数学模型,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,的毛细管束的压降,通过单位床层高度压降：,空床流速：,代入上式,得,由此推导出通过单位床层高度压降的,数学模型,：,或,固定床的流动摩擦系数,模型参数,的物理意义：,3,、模型的检验和参数的估值,床层的简化处理只是一种假定，其有效性必须通过,实验检验，其中的模型参数 也必须由实验测定,（,1,）,康采尼方程,康采尼常数,床层雷诺数,注意比较雷诺数、搅拌雷诺数及床层雷诺数,雷诺数,（,2,）,欧根方程,范围较宽,则惯性力为主，第一项可忽略,非球形颗粒,以,代入上式欧根方程得：,球形颗粒,以,代入上式欧根方程则得：,三、,影响床层压降的变量,（粘性力）,床层特性：,操作变量：,u,流体物性：,影响最大的因素为,空隙率,2,、空隙率随装填情况而变,同种物料同样方式装填其空隙率未必能重复,1,、公式中 ，值改变对床层压降的变化特别灵敏,例：从,0.50.4,，则 ,2.8,倍,。