颗粒及颗粒床层的特性

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1、知识点3-1颗粒及颗粒床层的特性颗粒与流体之间的相对运动特性与颗粒本身的特性密切相关，因而首先介绍颗粒的特性。一.单一颗粒的特性1.学习目的通过学习掌握确定颗粒、颗粒床层特性参数以及流体流速床层压降的计算方法。2．本知识点的重点球形颗粒和非球形颗粒的大小和特性参数的计算，特别是非球形颗粒球形度及体积当量直径的计算。颗粒群粒度分布及平均粒径的计算。床层孔隙率、比表面积及压降的计算。3．本知识点的难点本知识点无难点。4．应完成的习题4-1．取颗粒试样1000g，作筛分分析，所用筛号及筛孔尺寸见本题附表中第1、2列，筛析后称取各号

2、筛面上的颗粒截留量列于本题附表中第3列，试求颗粒群的平均直径。[答：da=0.345㎜]习题4-1附表筛号筛孔尺寸,mm截流量,g筛号筛孔尺寸,mm截流量,g1014202835481.6511.1680.8330.5890.4170.295040.080.0160260220651001502002700.2080.1470.1040.0740.05312060.030.020.010.0共计5004－2．在截面积为1m2的圆筒中，分段填充直径分别为0.5mm及5mm的球形颗粒各0.5m高，20℃的空气从下向上通过固定床层

3、，空塔速度为0.1m/s。假设床层空间均匀分割成边长等于球粒直径的方格，每一方格放置一个球粒，试计算:(1)两段床层的空隙率ε和比表面积ab；(2)空气流经整个床层的压降,Pa。[答：(1)ε=0.4764；ab细=6283m2/m3；ab粗=628.3m2/m3；=452.9+9.1=462Pa]颗粒与流体之间的相对运动特性与颗粒本身的特性密切相关，因而首先介绍颗粒的特性。一．单一颗粒的特性表述颗粒特性的主要参数为颗粒的形状、大小（体积）及表面积。（一）球形颗粒不言而喻，球形颗粒的形状为球形，其尺寸由直径d来确定，其它有关

4、参数均可表示为直径d的函数，诸如体积（3-1）表面积（3-2）比表面积（单位颗粒体积具有的表面积）（3-3）式中d――球形颗粒的直径，m；S――球形颗粒的表面积，m2；V――球形颗粒的体积，m3；a――颗粒的比表面积，m2/m3。（二）非球形颗粒非球形颗粒必须有两个参数才能确定其特性，即球形度和当量直径。1．球形度φS颗粒的球形度又称形状系数，它表示颗粒形状与球形的差异，定义为与该颗粒体积相等的球体的表面积除以颗粒的表面积，即φS＝（3－4）式中φS――颗粒的球形度或形状系数，无因次；S――与该颗粒体积相等地球体的表面积，m

5、2；SP――颗粒的表面积，m2。由于同体积不同形状的颗粒中，球形颗粒的表面积最小，因此对非球形颗粒，总有φS﹤1，颗粒的形状越接近球形，φS越接近1；对球形颗粒，φS＝1。2．颗粒的当量直径工程中，经常将非球形颗粒以某种“当量”的球形颗粒来代替，以使非球形颗粒的某种特性与球形颗粒等效，这一球粒的直径为当量直径。当量直径表示非球形颗粒的大小。根据不同方面的等效性，通常有两种表示方法；（1）等体积当量直径颗粒的等体积当量直径为与该颗粒体积相等的直径，即de=（3-5）式中de――颗粒的等体积当量直径，m；VP――颗粒的体积，m3

6、。（2）等比表面积当量直径即与非球形颗粒比表面积相等的直径为该颗粒的等比表面积当量直径。根据此定义并结合式（3-3）得(3-6)式中――颗粒的等比表面积当量直径，m；依据式（3-5）和式（3-6）可以得出颗粒的等体积当量直径和等比表面积当量直径之间的关系：φsde(3-7)所以说，非球形颗粒的等比表面积当量直径一定小于其等体积当量直径。用上述的形状系数及当量直径便可表述非球形颗粒的特性，即（3-1a）（3-2a）（3-3a）二、颗粒群的特性工业中遇到的颗粒群可分为两类：若颗粒群是由大小不同的粒子组成的集合体，称为非均一性粒子

7、或多分散性粒子；而将具有同一粒径的颗粒群称为单一性或单分散性粒子。显然，多分散性粒子才需讨论其粒度分布和平均参数。1．颗粒群的粒度分布不同粒径范围内所含粒子的个数或质量称为粒度分布。颗粒粒度的测量方法有筛分法、显微镜法、沉降法、电感应法、激光衍射、动态光散射法等，这里介绍筛分法。筛分是用单层或多层筛面将松散的物料按颗粒粒度分成两个或多个不同粒级产品的过程。它是机械分离方法分离固－固混合物的操作。筛分时，筛面上有筛孔，尺寸小于筛孔尺寸的物料通过筛孔，称为筛下产品，其质量称为筛过量；尺寸大于筛孔尺寸的物料被截留在筛面上，称为筛上

8、产品，其质量称为筛余量。若用n层筛面，可得n+1种产品。筛分分析是在一套标准筛中进行的，标准筛的筛网为金属丝网，各国标准筛的规格不尽相同，常用的泰勒制是以每英寸边长的孔数为筛号，称为目。例如100目的筛子表示每英寸筛网上有100个筛孔。表3-2是泰勒标准筛的目数和对应孔径的节录。用标准筛测