化工原理學(xué)：第四章 流體通過顆粒層的流動

1、 第四章 流體通過顆粒層的流動 4.1 概述眾多顆粒堆積而成的靜止的顆粒層稱為固定床一、考慮內(nèi)容：流體通過顆粒床層的壓降二、流體通過顆粒層流動本質(zhì)特征：（1）流體在由顆粒組成的封閉的固體邊界內(nèi) 流動，與管流相同（2）床層內(nèi)流速極慢（爬流），屬層流 4.2 顆粒床層的特性4.2.1 單顆粒的特性一、球形顆粒 體積 表面積 比表面積對球形顆粒，用一個(gè)參數(shù) 即可表示出其所有特征二、非球形顆粒通常用當(dāng)量直徑來表示非球形顆粒的特征（1）體積當(dāng)量直徑（2）表面積當(dāng)量直徑（3）比表面積當(dāng)量直徑 : 球形度（形狀系數(shù)）對非球形顆粒，須定義二個(gè)參數(shù)才能確定其所有特征，通常定義 , ,4.2.2 顆粒群的特征一、

2、粒度分布的篩分分析 篩過量：通過篩孔的顆粒量 篩余量：截留于篩面上的顆粒量二、篩分分析結(jié)果的圖示（1）分布函數(shù)曲線 ：某號篩子（ ） 的篩過量占試樣 總量的分率 ：分布函數(shù) 兩個(gè)重要特性：（2）頻率函數(shù)曲線設(shè)某號篩子的篩余量占全部試樣的質(zhì)量百分比為 ，這些顆粒的直徑介于 與 之間平均分布密度當(dāng) 時(shí) 稱頻率函數(shù)兩個(gè)重要特性 :三、顆粒群的平均直徑以比表面積相等為原則確定顆粒群的平均直徑 對于非球形顆粒4.2.3 床層特性一、床層空隙率 定義： 反映了床層內(nèi)顆粒的疏密程度 與顆粒形狀、粒度分布、填充方式有關(guān)例：對球形顆粒（均勻顆粒） 最松散規(guī)則排列 最緊密規(guī)則排列 而填充方式對 的影響最大二、床層

3、的各向同性 三、床層的比表面積 4.3 流體通過固定床的壓降4.3.1 顆粒床層的簡化模型一、床層的簡化物理模型 在保證 相等的前提下，將床層內(nèi)的不規(guī)則 通道簡化成長度為 的一組平行細(xì)管并規(guī)定：(1)細(xì)管的內(nèi)表面積等于床層顆粒的全部表面(2)細(xì)管的全部流動空間等于顆粒床層空隙容積流體通過固定床的壓降等于流體通過一組長度為 ，當(dāng)量直徑為 的平行細(xì)管的壓降二、流體壓降的數(shù)學(xué)模型 ， ：模型參數(shù)三、模型的檢驗(yàn)和模型參數(shù)的估值 當(dāng) 時(shí) ， 康采尼方程當(dāng) ， 歐根方程 慣性力：粘性力：低 時(shí)，慣性項(xiàng)可以忽略（ ）高 時(shí)，粘性項(xiàng)可以忽略（ ）四、影響床層壓降的因素（1）操作變量 低 時(shí) ，高 時(shí) （2）流

4、體物性 低 時(shí) 高 時(shí) （3）床層特性 ： 對 異常敏感；而 可變性大，可靠性差 ： 即細(xì)顆粒床層的阻力大4.3.2 數(shù)學(xué)模型法與量綱分析法的比較1、數(shù)學(xué)模型法的基本步驟 2、數(shù)學(xué)模型法的基本特征（1）必須充分掌握過程的本質(zhì)，了解研究目的（2）簡化后模型僅在某個(gè)方面與實(shí)際過程等效（3）實(shí)驗(yàn)的目的只是驗(yàn)證模型的可靠性，測定 模型參數(shù)，工作量大為減少（4）方法是半經(jīng)驗(yàn)，半理論的 4.4 過濾原理及設(shè)備4.4.1 過濾原理 過濾目的：分離液-固混合液一、兩種過濾方式 濾餅過濾 深層過濾二、過濾介質(zhì)1織物介質(zhì)：由纖維、金屬絲編織而成，可 截留 的顆粒2多孔性固體介質(zhì)：由固體顆粒燒結(jié)而成， 能截留 的顆

5、粒3堆積介質(zhì)：由固體顆粒、纖維堆積而成， 用于處理含固量很低的懸浮液三、濾餅的壓縮性 濾餅的空隙率 與操作壓差有關(guān)稱可壓縮 性濾餅，反之稱為不可壓縮濾餅四、濾餅的洗滌目的：回收濾餅中殘留的濾液或除去濾餅中的可溶性鹽ab段:置換洗滌bc段： 急驟下降cd段： 趨于定值五、過濾過程的特點(diǎn)過濾操作系非定態(tài)過程，可作為擬定態(tài)處理過濾速度 ， 洗滌操作系一定態(tài)過程4.4.2 過濾設(shè)備 按產(chǎn)生壓差的方式不同可分為 （1）壓濾和吸濾：葉率機(jī)、板框壓濾機(jī) （2）離心過濾：離心機(jī)一、葉濾機(jī) 洗滌液的路徑與濾液路徑相同二、板框壓濾機(jī) 框規(guī)格 過濾： 濾液通過的濾餅厚度為洗滌: 洗滌液通過的濾餅厚度為三、回轉(zhuǎn)真空過

6、濾機(jī) 利用真空抽吸、連續(xù)式過濾機(jī) 4.5 過濾過程計(jì)算4.5.1 過濾過程的數(shù)學(xué)描述一、物料衡算懸浮液的含固量：質(zhì)量分?jǐn)?shù) ( 固體/ 懸浮液)體積分?jǐn)?shù) ( 固體/ 懸浮液)物料衡算 ： 二、過濾速率液體在濾餅空隙中的流動多滿足康采尼方程其中 , 令過濾速率 , 運(yùn)用參數(shù)歸并法，令 則有： 或上式稱過濾速率基本方程， 稱過濾常數(shù)三、過濾常數(shù) 值與懸浮液的性質(zhì)及操作壓差 有關(guān) 僅與過濾介質(zhì)有關(guān) 濾餅的比阻 服從如下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系 ， 不可壓縮濾餅： 可壓縮濾餅：4.5.2 間歇過濾的濾液量與過濾時(shí)間的關(guān)系過濾操作方式：恒速、恒壓過濾一、恒速過濾方程 , 即 或二、恒壓過濾方程 恒壓下， 為常數(shù) 若一開始

7、就在恒壓條件下操作：若在壓差恒定以前已過濾時(shí)間 并得濾液量或三、過濾常數(shù)的測定用同一懸浮液在小型設(shè)備中、恒壓條件下進(jìn)行若一開始就恒壓操作： 成線性關(guān)系,斜率為 ,截距為若恒壓過濾以前已過濾時(shí)間 ,獲濾液量 成線性關(guān)系，可求出4.5.3 洗滌速率與洗滌時(shí)間洗滌過程中濾餅不再增厚，洗滌速率為一常數(shù)一、葉濾機(jī)的洗滌速率 洗滌液路徑與濾液相同 若 , 則 , 二、板框壓濾機(jī)的洗滌速率 , 洗滌液路徑為濾液兩倍 若 , 則 ,故用同樣體積的洗滌液，板框壓濾機(jī)的洗滌時(shí)間為葉濾機(jī)的四倍4.5.4 過濾過程的計(jì)算一、間歇式過濾機(jī)的生產(chǎn)能力 操作周期由過濾時(shí)間 、洗滌時(shí)間 、 輔助時(shí)間 組成生產(chǎn)能力：恒壓過濾存在 ，可使生產(chǎn)能力 最大二、回轉(zhuǎn)真空過濾機(jī)的生產(chǎn)能力設(shè)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為 ,浸入角為 ，則每轉(zhuǎn)一周整個(gè)轉(zhuǎn)鼓面積的過濾時(shí)間為恒壓過濾 若則 :轉(zhuǎn)鼓面積 4.6 加快過濾速率的途徑一、改變?yōu)V餅結(jié)構(gòu)目的：形成疏松、不可壓縮的濾餅方法：使用助濾劑對助濾劑的要求：（1）剛性，能承受一定壓差而不變形 （2）多孔性，以形成高空