文档介绍：4流体通过颗粒床层的流动
单颗粒与颗粒群的几何特性
 床层特性
流体通过固定床的压降
过滤
10/23/2017
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4流体通过颗粒床层的流动
固定床:由固体颗粒堆积而成的静止颗粒层。
用于反应及分离过程,如固定床反应器、吸附及过滤等操作。
流体通过固定颗粒床层的流动在化工生产和自然界中是常见的现象。
例如:
过滤过程中滤液通过滤饼层的流动; 
固定床催化反应器中流体在固定催化剂床层中的流动;
地下水在土壤、砂层中的渗流等
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单颗粒与颗粒群的几何特性
单颗粒
球型:
单颗粒体积等效
非球型:当量直径表面积等效
比表面积等效
非球型颗粒的三种当量直径互不相等,有如下关系
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单颗粒
=与非球型颗粒体积相等的球的表面积/非球型颗粒的表面积
为颗粒的形状系数,
对于球形颗粒的表征只需一个参数,直径 d p
而对于非球形颗粒,表征需二个参数,一般为dev及
则:
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主要考察两个方面:粒度分布和平均直径
(1)颗粒粒度测量方法:筛分法,沉降法,电阻变化法及显微镜法等。
(2)平均直径
由比表面积相等的原则
a总=S总/ V总=6/dm
而
则
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   床层特性
(1) 床层的空隙率
  =(床层体积-颗粒所占的体积)/床层体积 
 大疏松, 小紧密。一般乱堆的< < 
= f(颗粒的形状、粒度分布,充填方式)
可证明:均匀的球形颗粒作最松排列时的= 
均匀的球形颗粒作最紧密排列时的=
非球形颗粒的直径越小,形状与球的差异越大,则床层的空隙率越大。
一般非球形> 球形 
非均匀< 均匀
受充填方式的影响。充填时设备受到振动,则较小,若采用湿法充填,则大。
在床层靠壁处的局部空隙率比中间部位的大,因为固体颗粒与器壁间的空隙中难以再填入另一个颗粒。
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(2) 床层的各向同性
工业上的小颗粒床层通常是乱堆的,若颗粒是非球形,各颗粒的定向应是随机的,这样的床层就可视为各向同性的。
各向同性床层横截面上可供流体通过的实际面积(或自由截面)与床层截面之比在数值上等于,这是其的重要特点之一。
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(3) 床层的比表面
aB=颗粒表面积/床层体积
= S总/ V床
= S总/ V颗×( V颗/ V床)
=a(1-)
(忽略颗粒相互接触使裸露的颗粒表面面积减小的部分)
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流体通过固定颗粒床层的流动,一方面起到分流的作用另一方面产生压强降(即流动阻力)
对于过滤等操作过程而言,工程上感兴趣的是流体通过固定床层的压降,而不是速度分布。
根据已学的流体动力学知识,定量计算直管内流动时,可采用范宁公式:
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