第四章 流体通过颗粒层的流动(课件)《化工原理第四版》同步教学（化学工业出版社）

第四章 流体通过颗粒层的流动 02 1.1 工业背景 固定床—由许多固体颗粒堆积成的静止颗粒层 点击此处添加正文 01 概述 点击此处添加正文 1.2 固定床阻力的影响因素 2 颗粒床层的特性 2.1 单颗粒的特性 球形颗粒，只需一个参数dp 颗粒特性:体积 表面积 比表面 实际遇到两个问题： ①非球形 ②大小不一(分布) 非球形：定当量直径，目标不同结果不同 体积当量dev, 面积当量des， 比表面当量dea, 两个独立的, 取dev和球形度(形状系数)ψ ψ≤1 例 1 边长为L=4mm的正方体颗粒 求：dev,des,dea,ψ,a 解： ②dev, des, dea三者关系 dea≤dev≤des 2.2 颗粒群的特性 大小不一： 筛分分析 1 kg 颗粒群 频率函数 (粒级质量分率~dp) 特点：某粒级范围的颗粒质量分率 =该范围曲线下的面积 曲线下的面积和=1 分布函数F与频率函数f的关系 定平均直径d32，准则：比表面相等 原因：流动较慢时，阻力以表面剪切力为主， 表面积对阻力影响大 由 ， , 得 2.3 床层特性 ①空隙率 ∴ ε受充填方式的影响 与dp无关 与dp分布有关 ②床层比表面 ③壁效应 边壁附近的空隙率大于内部 3．流体通过固定床的压降 几何边界复杂，无法解析解，要靠实验 数学模型法主要步骤： 3.1 简化模型 过程特征： ①爬流，表面剪切力为主， 形体力(压差力)为次 ②空隙中实际速度与空隙大小有关 简化原则： 模型与原型①表面积要相等 ②空隙容积相等 将原型简化成一组平行细管 细管直径de 3.2 解数学模型 细管层流 得 实验得康采尼方程 测比表面 适用范围：Re’<2 床层雷诺数 宽范围： 细管 3.3 实验验证 用 代入，得欧根方程： 粘性项 惯性项 Re’< 3时，可忽略惯性项 Re’> 100时，可忽略粘性项 影响因素分析： ①物性:ρ,μ ②操作:u ③设备:ψ,dm,ε 空隙率的影响最大, ε：0.3→0.4 ：18→5.6 例2 要估计20℃, 1.0MPa(绝)的CO通过固定床脱硫器的压降, 用20℃, 101.3kPa(绝)的空气进行实测，测得 u=0.4m/s时 ， u=0.9m/s时 。 求：CO以u=0.5m/s通过时的 。 已知：20℃,1.0MPa(绝)的一氧化碳 μ=2.4×10-5Pa•s, ρ=11.4kg/m3 解：20℃,常压空气ρ=1.2kg/m3,μ=1.81×10 -5Pas 根据欧根方程，取 代入空气数据 470=C1×1.81×10-5×0.4+C2×1.2×0.42 2300=C1×1.81×10-5×0.9+C2×1.2×0.92 解得C1=3.9×106, C2=2301 一氧化碳 =3.9×106×2.4×10-5×0.5+2301×11.4×0.52 =6604 Pa/m 本例也可用a,ε表达, 先用实验值算出a、ε，再用a、ε来计算实际工艺物料的压降 3.4 两种实验规划方法的比较 量纲分析法： 对过程无须有深刻理解, “黑箱”法 ①析因实验 ②无量纲化 ③搜索性实验 数学模型法： 对过程有深刻理解，能将过程大幅度简化 ①简化模型 ②解析解 ③验证性实验 4．过滤原理及设备 4.1基本原理 最简单的过滤操作： 布氏漏斗 悬浮液中固体颗粒被 过滤介质截留，清液在 压差下通过多孔过滤介 质，使固液分离。 过滤介质缝隙并不需要比颗粒小---架桥现象 “穿滤”