第一、二、三节颗粒床层特性.ppt

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 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？ 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de dev 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？ 根据前面