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文檔簡(jiǎn)介
第一節(jié)概述
過(guò)濾濾餅層固液分離吸附分子篩吸附某種氣體離子交換離子柱反應(yīng)器
催化劑顆粒層等概念固定床:眾多固體顆粒堆積而成的靜止的顆粒層
以上化工操作中均為流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng),與流體在管道中的流動(dòng)相比較:阻力增大,速度分布均一
流動(dòng)特點(diǎn):層流,
繞流(因速度慢也稱爬流)
流體通過(guò)固定床的流動(dòng)但對(duì)于流體在顆粒層中的流動(dòng),由于顆粒層是隨機(jī)堆積,邊界條件難找,因此不以原理探討為主,而談實(shí)際如何處理問題。
工程上感興趣的是阻力增大問題,因而本章主要討論流體通過(guò)顆粒層的壓降
由于固定床內(nèi)大量細(xì)小而密集的固體顆粒對(duì)流體形成很大的阻力,這種阻力一方面是流體沿床層截面的速度分布變得相當(dāng)均勻,另一方面在床層兩端造成很大壓降
為什么流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)比一般管道流體流動(dòng)的速度分布均一、阻力增大?第二節(jié)顆粒床層的特性
一、單顆粒特性
1、球形顆粒
比表面積
與顆粒的大?。w積V)、形狀(取向)、表面積(S)、比表面積a(即S/V)等因素有關(guān)。
或體積表面積
可用單一參數(shù)—
直徑dP表示2、非球形顆粒
體積當(dāng)量直徑
體積等效面積當(dāng)量直徑
表面積等效比表面當(dāng)量直徑
比表面積等效形狀千變?nèi)f化,不可能用單一參數(shù)全面表示顆粒的V、S、a
一般以某種當(dāng)量的球形顆粒代表
影響流體通過(guò)顆粒層流動(dòng)阻力的主要顆粒特性是顆粒的比表面積,因此常用比表面當(dāng)量直徑令即則dev、des、dea三者之間換算關(guān)系式:3、的物理意義稱為形狀系數(shù)
體積相等則球形顆粒的表面積最小4、非球形顆粒的參數(shù)表達(dá)球形顆粒以顆粒直徑dP確定,非球形顆粒必須定義兩個(gè)參數(shù)與球形顆粒比較相差通過(guò)形狀系數(shù)保證了表面積相等一般定義dev作為當(dāng)量直徑,簡(jiǎn)寫為de
dev二、顆粒群的特性1、粒度分布的表示
—篩分分析了解顆粒群的特性,以解決顆粒的大小不均問題
對(duì)大于70μm的顆粒通常采用一套標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行測(cè)量,這種方法稱為篩分分析篩過(guò)量—通過(guò)篩孔的顆粒量篩余量—截留于篩面上的顆粒量特性
:
a)與dpi對(duì)應(yīng)的Fi值表示直徑小于dpi的顆粒占全部試樣的質(zhì)量分率。b)在最大粒徑dpmax處,分布函數(shù)為1。(1)分布函數(shù)
dPi—篩孔尺寸Fi—對(duì)應(yīng)于dPi的篩過(guò)量占試樣總量的分率
以不同篩號(hào)上試樣的分率Fi與所對(duì)應(yīng)篩孔尺寸dPi所標(biāo)繪出的曲線稱為分布函數(shù)
(2)頻率函數(shù)(分布密度函數(shù))
矩形面積表示相鄰兩號(hào)篩孔粒徑di~di-1之間顆粒占全部試樣的質(zhì)量百分率Xi
表示顆粒處于di-1~di范圍內(nèi)顆粒的平均分布密度
a)一定粒度范圍內(nèi)顆粒占全部顆粒質(zhì)量百分率為此范圍內(nèi)曲線下面積,某一定值粒度質(zhì)量百分率為零。
b)曲線下全部面積為1。特性:(3)分布函數(shù)與頻率函數(shù)二者關(guān)系
2、顆粒群的平均直徑
(1)過(guò)程分析:考察流體在顆粒層內(nèi)流動(dòng)的特點(diǎn)
流體在顆粒層內(nèi)流動(dòng)是極其緩慢的爬流,無(wú)邊界層脫體現(xiàn)象發(fā)生
流動(dòng)阻力主要由顆粒表面積大小決定,顆粒形狀不重要
可見應(yīng)以比表面積相等為準(zhǔn)則確定顆粒群平均直徑
顆粒群具有粒度分布,但希望以平均值或當(dāng)量值代替(2)顆粒群的平均直徑(表示各種篩號(hào)上顆粒直徑所占比例)由1、床層的空隙率
三、床層特性
均勻球形顆粒按最松排列時(shí)亂堆的非球形顆粒(大小均勻)大于球形顆粒的非均勻(大小不等)顆粒的床層小于均勻顆粒的2、床層的比表面床層內(nèi)表面積由顆粒比表面積指單位床層體積具有的顆粒表面積,用表示思考:和的區(qū)別3、床層的各向同性(1)顆粒亂堆方向不同,但性質(zhì)相同特點(diǎn):床層橫截面上空隙面積/床層面積=空隙率(2)近壁區(qū)空隙率大于床層內(nèi)部D/dp小則應(yīng)考慮特點(diǎn):阻力小,流速大床層D大,壁效應(yīng)可忽略4、顆粒層中流動(dòng)特點(diǎn)速度分布均勻—大量隨機(jī)堆積爬流—速度極其緩慢關(guān)鍵在壓降(1)大量固體顆粒對(duì)流體的流動(dòng)造成很大的阻力●使床截面的速度分布均勻●床層兩端產(chǎn)生很大壓降(2)流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng)多呈爬流狀態(tài)●單位床層的顆粒表面積對(duì)流動(dòng)阻力起決定性作用工程上感興趣的是壓降問題思考:壓降與壓強(qiáng)差有何不同?第三節(jié)流體通過(guò)固定床的壓降根據(jù)前面已學(xué)的直管阻力損失計(jì)算式可推導(dǎo)出壓降計(jì)算式以上阻力損失計(jì)算公式應(yīng)用了因次理論進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)規(guī)劃,較好地確定了各個(gè)變量之間的函數(shù)關(guān)系;本節(jié)將應(yīng)用另一種實(shí)驗(yàn)規(guī)劃方法—數(shù)學(xué)模型法來(lái)解決流體通過(guò)固定床的壓降問題。一、數(shù)學(xué)模型
應(yīng)用數(shù)學(xué)模型法求算流體通過(guò)顆粒床層中壓降是最典型的例子在20世紀(jì)40年代已經(jīng)完善。數(shù)學(xué)模型法立足于對(duì)所研究過(guò)程的深刻理解(1)簡(jiǎn)化—建立物理模型(2)建立數(shù)學(xué)模型及求解(3)模型檢驗(yàn)及參數(shù)估值1、基本特征(1)過(guò)程分解—對(duì)過(guò)程的研究分析—簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)和前提(2)過(guò)程簡(jiǎn)化—對(duì)過(guò)程的理解—沒有簡(jiǎn)化得不到數(shù)學(xué)模型2、主要步驟二、
床層的數(shù)學(xué)模型
隨機(jī)堆積
毛細(xì)管束
均勻圓管的壓降
床層流動(dòng)空間=床層空隙容積=管束內(nèi)表面積=床層顆粒全部表面=以1m3床層體積為基準(zhǔn)1、簡(jiǎn)化—建立物理模型×le×le簡(jiǎn)化物理模型2、建立數(shù)學(xué)模型
流體通過(guò)固定床的壓降等同于流體通過(guò)一組當(dāng)量直徑為de、長(zhǎng)度為le的毛細(xì)管束的壓降通過(guò)單位床層高度壓降:空床流速:
代入上式得由此推導(dǎo)出通過(guò)單位床層高度壓降的數(shù)學(xué)模型:或固定床的
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