流體通過顆粒層的流動.ppt

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1、4.流體通過顆粒層的流動4.1概述4.2顆粒床層的特性4.3流體通過固定床的壓漿4.4過濾原理及設(shè)備4.5過濾過程計算4.1概述由眾多固體顆粒堆積而成的靜止的顆粒床層稱為固定床。許多化工操作都與流體通過固定床的流動有關(guān)，其中最常見的有：（1）固定床反應(yīng)器（組成固定床的是粒狀或片狀催化劑）（2）懸浮液的過濾（組成固定床的是懸浮液中的固定顆粒堆積而成的濾餅看作是固定床）4.2顆粒床層的特性（1）床層空隙率ε固定床層中顆粒堆積的疏密程度可用空隙率來表示，其定義如下：ε的大小反映了床層顆粒的緊密程度，ε對流體流動的阻力有極大的影響。4.2顆粒床

2、層的特性（2）床層自由截面積分率A。空降率與床層自由截面積分率之間有何關(guān)系？假設(shè)床層顆粒是均勻堆積（即認為床層是各向同性的)。想象用力從床層四周往中間均勻壓緊，把顆粒都壓到中間直徑為長為L的圓柱中（圓柱內(nèi)設(shè)有空隙）。所以對顆粒均勻堆積的床層(各向同性床層），在數(shù)值上4.2顆粒床層的特性(3)床層比表面顆粒比表面取的床層考慮，，所以*此式是近似的，在忽略床層中固顆粒相互接觸而彼此覆蓋使裸露的顆粒表面積減少時成立。4.3流體通過固定床的壓降流體通過復(fù)雜的通道時的阻力（壓降）難以進行理論計算，必須依靠實驗來解決問題?，F(xiàn)在介紹一種實驗規(guī)劃方法—

3、—數(shù)學模型法。4.3.1顆粒床層的簡化模型（1）床層的簡化物理模型單位體積床層所具有的顆粒表面積和床層空隙率對流動阻力有決定性的作用。規(guī)定：①細管的內(nèi)表面積等于床層顆粒的全部表面；②細管的全部流動空間等于顆粒床層的空隙體積。4.3.1顆粒床層的簡化模型（2）流體壓降的數(shù)學模型流體流過圓管的阻力損失數(shù)學描述：體積流量所以4.3.1顆粒床層的簡化模型4.3.1顆粒床層的簡化模型（2）流體壓降的數(shù)學模型式中為單位床層高度的虛擬壓強差當床層不高，重力的影響可以忽略時上式為流體通過固定床壓降的數(shù)學模型，未知的待定系數(shù)稱為模型參數(shù)，就其物理意義而言

4、稱為固定床的流動摩擦系數(shù)。4.3.1顆粒床層的簡化模型（3）模型的檢驗和模型參數(shù)的估值當床層雷諾數(shù)時實驗數(shù)據(jù)符合下式式中稱為康采尼常數(shù)，其值為5.0。的可能誤差不超過10%。合理簡化得到康采尼方程4.3.1顆粒床層的簡化模型從康采尼方程或歐根方程可看出，影響床層壓降的變量有三類：①操作變量②流體物性和③床層特性和在上述因素中，影響最大的是空隙率4.3.1顆粒床層的簡化模型（4）因次分析法和數(shù)學模型法的比較化工過程具有復(fù)雜性難以采用數(shù)學解析法求解，而必須依靠實驗。指導實驗的理論包括兩個方面：①化學工程學科本身的基本規(guī)律和基本觀點；②正確的

5、實驗方法論。指導實驗的理論：①因次分析法；②數(shù)學模型法。4.3.1顆粒床層的簡化模型因次分析法的步驟：①找出過程的影響因素；②將影響過程的各個物理量的因次抽出進行分析，整理成若干個無因次數(shù)群；③通過實驗確定各數(shù)群之間的定量關(guān)系；數(shù)學模型法的步驟：①將復(fù)雜的真實過程簡化成易于用數(shù)學方程式描述的物理模型；②對所得的物理模型進行數(shù)學描述即建立數(shù)學模型；③通過實驗對數(shù)學模型的合理性進行檢驗并測定模型參數(shù)；這兩種方法應(yīng)同時并存，各有所用，相輔相成。4.4過濾原理及設(shè)備4.4.1過濾原理4.4.1過濾原理（1）過濾是利用可以讓液體通過而不能讓固體通

6、過的多孔介質(zhì)，將懸浮液中的固、液兩相加以分離的操作。（2）過濾方式①濾餅過濾（見圖4-7a）過濾時懸浮液置于過濾介質(zhì)的一側(cè)。過濾介質(zhì)常用多孔織物，其網(wǎng)孔尺寸未必一定須小于被截留的顆粒直徑。在過濾操作開始階段，會有部分顆粒進入過濾介質(zhì)網(wǎng)孔中發(fā)生架橋現(xiàn)象（圖4-7b），也有少量顆粒穿過介質(zhì)而混與濾液中。隨著濾渣的逐步堆積，在介質(zhì)上形成一個濾渣層，稱為濾餅。不斷增厚的濾餅才是真正有效的過濾介質(zhì)，而穿過濾餅的液體則變?yōu)榍鍍舻臑V液。通常，在操作開始階段所得到濾液是渾濁的，須經(jīng)過濾餅形成之后返回重濾。4.4.1過濾原理②深層過濾顆粒尺寸比介質(zhì)孔道小

7、的多，孔道彎曲細長，顆粒進入孔道后容易被截留。同時由于流體流過時所引起的擠壓和沖撞作用。顆粒緊附在孔道的壁面上。介質(zhì)表面無濾餅形成，過濾是在介質(zhì)內(nèi)部進行的。（3）過濾介質(zhì)①織物介質(zhì)：即棉、毛、麻或各種合成材料制成的織物，也稱為濾布。②粒狀介質(zhì)：細紗、木炭、碎石等。③多孔固體介質(zhì)（一般要能夠再生的才行）：多孔陶瓷、多孔塑料、多孔玻璃等。4.4.1過濾原理4.4.1過濾原理（4）助濾劑若懸浮液中顆粒過于細小將會使通道堵塞，或顆粒受壓后變形較大，濾餅的孔隙率大為減小。造成過濾困難，往往加助濾劑以增加過濾速率。助濾劑的加法有兩種：①直接以一定比

8、例加到濾漿中一起過濾。若過濾的目的是回收固體物此法便不適用。②將助濾劑預(yù)先涂在濾布上，然后再進行過濾。此法稱為預(yù)涂。助濾劑是一種堅硬而形狀不規(guī)則的小顆粒，能形成結(jié)構(gòu)疏松而且?guī)缀跏遣豢蓧嚎s的濾餅。常用作助濾劑