化原理课件过滤(周4).ppt

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1、1江苏工业学院第四章流体通过颗粒层的流动---过滤作业：3、思考题：1、2、3物系均相非均相物系内部各处物料性质均匀无相界面。例：混合气体或均相混合溶液物系内部有隔开的相界面，而在相界面两侧物料性质截然不同。例：含尘气体、悬浮液等分散相(分散物质)：处于分散状态的物质。如：气体中尘粒、悬浮液中的颗粒、乳浊液中的液滴连续相(分散介质)：包围着分散相，处于连续状态的物质。如：含尘气中的气体、悬浮液中的液体非均相物系依靠外力使分散相与连续相发生相对运动非均相混合物的分离方法重力离心力压力机械分离沉降和过滤第四章流体通过颗粒层的流动一、概述：床层：众多固体颗粒堆积

2、而成的静止颗粒层静止——固定床许多化工过程都与流体通过固定床的流动有关。如：固定床化学反应:催化剂构成固定床悬浮液过滤:滤饼作为固定床还有：吸附、地下水、石油渗流等每种操作都有各自的特点，但基本规律相似。既然这些操作都与固定床有关而床层又由颗粒构成，所以从颗粒特性入手，讨论基本规律。二、颗粒床层的特性1、单颗粒的特性：形状,大小,表面积工业上所遇颗粒多为非球形，形状各异，要想表征它的大小必须有个参照——球形颗粒（1）球形：体积：V=（π/6）dP3表面积：S=πdP2比表面积：a=S/V=6/dP（2）非球形：体积等效：πdeV3/6=V真实表面积等效:π

3、des2=S真实比表面积等效：S/V=6/dea=a真实（3）三者关系：dea=ψdeV=ψ1.5des（4）形状系数：ψ=deV2/des2=πdeV2/πdes2=s球/s实=与非球体积相等的球的表面积/非球形颗粒的表面积＜1球形颗粒:以dP便可唯一的确定其V,S,a非球颗粒:必须定义两个参数才能确定V，S，a一般以dev和ψ2、颗粒群的特性：床层是由颗粒群构成，颗粒群中各个颗粒的尺寸各不相同——粒度分布（1）粒度分布筛分：筛分法（常用）显微镜法沉降法等（2）颗粒群的平均直径：一般以平均直径的概念来代替粒度分布，用那种平均直径？（要对过程规律了解）流体

4、流过颗粒层→爬流（层流）流动阻力主要取决于固体表面积的大小，颗粒形状不重要。所以：以比表面积相等作准则，确定颗粒的平均直径。3、床层特性：颗粒群按某种方式堆积成固定床颗粒堆积的疏密对床层影响很大。床层压降：床层对流体的阻力由堆积方式决定。（1）床层空隙率：一般乱堆床层的ε=0.47~0.7，壁面附近大于内部——壁面效应（2）床层的各向同性：一般乱堆床层可认为是各向同性的。它的一个重要特性是：床层横截面上可供流体通过的空隙面积/床层截面=ε（3）床层的比表面积：aB单位床层体积（不是颗粒）具有的颗粒表面积。则：床层和颗粒比表面积之间的关系为：（忽略重叠）aB

5、=a（1-ε）a=S/V三、流体通过固定床的压降流体通过固定床的空隙流动会产生阻力——压降。类似于第一章中流体通过管道的流动，但复杂的多，很难进行理论计算，必须依靠实验。以前介绍过因次分析的方法，它的关键在于：如数列出影响过程的主要因素无须对过程本身的内在规律有深入了解。本章再介绍一种实验规划方法——数学模型法1、颗粒床层的简化模型：（1）床层的简化模型：工程上感兴趣的主要是床层压降（由流体通过床层的孔道时形成）它可使流体沿床层截面的速度分布变得相当均匀。但也不希望太大。为使计算床层压降这个复杂问题可以用数学方法进行，将床层中不规则的通道简化成长度为Le的

6、一组平行细管，如图：并规定：1）细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面积，用床层比表面aB表示；2）细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容积，用空隙率ε表示。则：de=4×(细管截面积×Le)/(润湿周边×Le)=4ε/aB=4ε/a(1-ε)（以1m3为基准）此模型表示：流体通过固定床的压降等同于流体通过一组当量直径为de，长度为Le的细管的压降。（2）流体压降的数学模型：hf=△P/ρ=λ(Le/de)(u12/2）(阻力损失表现为虚拟压强降低)u1:为流体在颗粒空隙间的流速，与空床流速（表观流速）u的关系为:u=εu1或u1=u/ε将u1及de代入hf

7、式得：△P/L=(λLe/8L)(1-ε)aρu2/ε3Le与L数值不一定相等，但比值相等，将Le/L并入λ中则：λ‘=λLe/8L——为模型参数未知△P/L：为单位床层高度的虚拟压强差本章中：△P/L≈△P/L（称△P为压强差）（3）模型的检验和模型参数的估值上述处理的有效性必须经过实验检验，λ’也要由实验测定。康采尼发现：Re’＜2流速较低时，λ’=K’/Re’K’：康采尼常数，其值为5.0Re’：床层雷诺数Re’=（deu1ρ）/4μ=ρu/a（1-ε）μ对不同床层误差≯10%，说明简化合理。将λ‘=K‘/Re‘代入前式得：△P/L=K‘a2（1-ε

8、）2μu/ε3------康采尼方程（适用于Re‘＜2的范围）过滤