第一、二、三节颗粒床层特性.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

2、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dP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

3、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dev、des、dea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dP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dev作为当量直径，简写为dedev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特性：a）与dpi对应的Fi值表示直径小于dpi的颗粒占全部

4、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dPi—筛孔尺寸Fi—对应于dPi的筛过量占试样总量的分率以不同筛号上试样的分率Fi与所对应筛孔尺寸dPi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di～di-1之间颗粒占全部试样的质量百分率Xi表示颗粒处于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

5、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

6、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

7、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1m3床层体积为基准1、简化—