化工原理（第2版）上册 课件 4-1 颗粒与流体的相对运动

1第4章非均相混合物的分离4.3过滤4.1颗粒与流体的相对运动4.2沉降分离

非均相混合物分离第4章非均相混合物的分离颗粒与流体的相对运动4.1.1颗粒与颗粒群的特性参数4.1.2流体流过固定床4.1.4颗粒流态化和颗粒输送4.1.3颗粒在流体中的沉降第4章非均相混合物的分离34.1.1颗粒和颗粒群的特性参数1单颗粒的特性参数（1）球形颗粒：①当量直径

de

体积V；（2）非球形颗粒：

直径

d;②球形系数

——体积相等的球形与非球形颗粒表面积之比第4章非均相混合物的分离－相对运动－颗粒与颗粒群关系式：体积——接近球形程度与之相等的球的d

比表面积a=S/V

表面积S；表面积比表面积，<142颗粒群的特性（1）粒径分布粒径范围

分段，测定：标准筛进行筛分筛的目数——筛网:筛孔的个数/英寸（2）平均粒径(dm)①比表面积相等②算术平均

dm第4章非均相混合物的分离－相对运动－颗粒与颗粒群——形状、尺寸不同的颗粒处于各段的颗粒的质量分数wi4.1.2流体流过固定床5(1)空隙率

—床层空隙体积/床层总体积~颗粒形状、尺寸、粒度分布、装填方式(2)比表面积aB—颗粒表面积/床层体积=各向同性，第4章非均相混合物的分离－相对运动－固定床大量颗粒的堆积层(床层)，1固定床的特性参数流体通过、颗粒(群)静止，不松动(3)流道当量直径de细小、不规则的通道一组平行、并联的细管①管长Le=CL；②管总内表面积=S颗粒；④管总流通截面积＝A0;③管总容积=V

de的定义&①~④固定床A0a

=床层的自由截面积/总截面积62流体流过固定床的压降u1—细管或通过自由截面的流速空床流速(表观流速)=qV/A0

’——固定床摩擦系数~床层雷诺数Reb

’Le=CLKozeny的实验研究，当Reb<2(层流时)Kozeny方程影响

pf的因素：床层特性a,

；

流体的性质

；Re<2时，Δpf∝空床流速uErgun方程：……(0.17<Reb<420)(Reb<2)第4章非均相混合物的分离－相对运动－固定床4.1.3颗粒在流体中的沉降1基本认识(3)(颗粒静止)流体对颗粒绕流高速时，边界层分离

边界层7(1)受力：低速时，低速爬流重力(或离心力)、浮力、阻力静止时，仅重力&浮力

p>

合外力0

加速度

(加速)运动

阻力

加速度

…＝0,均速运动…u

阻力

小颗粒，加速段很短——匀速(ut)沉降(2)(重力沉降)沉降运动过程浮力重力阻力流体的黏性，相对运动第4章非均相混合物的分离－相对运动－沉降2沉降运动的阻力(系数)

(1)阻力的构成－阻力系数(2)阻力(FD)表达式(球)水平面上投影面积FD=f(dp,u,

,

)，量纲分析

－颗粒雷诺数8颗粒表面微元dA,剪力(

W)和(p)压力——摩擦阻力

wdA

wdAsinpdA

pdAcos

——压差阻力Rep非球形总阻力＝摩擦阻力+压差阻力

(Rep)第4章非均相混合物的分离－相对运动－沉降9(3)阻力系数实验图球形

~Rep，摩擦阻力为主，无边界层分离低速爬流，阻力

u②边界层分离，尾流,p较低

压差阻力较大压差阻力为主；

与Rep无关③，阻力

u2④Rep>2105突降，＝0.1，边界层：层流

湍流分离点后移，——层流区(Stokes区)

——过渡区(Allen区)

——湍流区(牛顿区)

①尾流区收缩，压差阻力突降第4章非均相混合物的分离－相对运动－沉降10第4章非均相混合物的分离－相对运动－沉降113沉降速度的计算

(球形)(1)重力沉降速度公式dp：各区

~Rep表达式代入上式①Stokes区②Allen区③牛顿区说明

ut的其他影响因素：干扰沉降；壁效应；分子运动颗粒形状；

ut~流、固的性质，颗粒尺寸第4章非均相混合物的分离－相对运动－沉降(2)离心沉降速度公式流体做圆周运动颗粒受力：颗粒：圆周=螺旋线Stokes区12离心沉降速度ur(3)沉降速度的计算方法如已知所属区如不知，试差！①假设处于Stokes区；②Stokes式

ut(ur)，直接用对应公式；③求Rep，<2？yes结束no假设处于另一区，式ut(ur)Rep

验证…+径向离心力、“浮力”、阻力(径向)第4章非均相混合物的分离－相对运动－沉降134.1.4颗粒流态化1颗粒流态化现象流体，(下上)通过颗粒床层（1）流速较低颗粒紧挨、静止——固定床（2）流速较高颗粒彼此分开，浮于流体中——流化床（3）流速很高颗粒被带走u/

=u1<ut，u/

=u1>ut，床层松动，颗粒浮起

u1

u>ut——颗粒输送，颗粒流态化

u1=ut固定床流化床颗粒输送第4章非均相混合物的分离－相对运动－颗粒流态化2流化床的流体力学(1)床层压降~空床速度①固定床(Reb<2,层流)：③颗粒输送：

pf

u1②流化床：

p~u？u

pf

颗粒群受力分析，—颗粒稀疏

14压降—流化状态的重要指标无关！(2)三种速度①起始流化速度(umf)颗粒接触彼此分开的空床速度u

ut时，带出

u带出=utu带出=ut

dp允②带出速度③

操作速度umf<u<u带出——空床速度u允许部分带出:

dp,m流化数u/umfumf表观重量正常流态化：

康采尼方程阻力＝重力－浮力

pfA＝u

pf固定床流化床颗粒输送第4章非均相混合物的分离－相对运动－颗粒流态化3两种流化状态(1)散式流态化液－固流化过程：颗粒平缓、持续增大分散状态①颗粒分布均匀(2)聚式流态化气－固——大气泡含少量颗粒，上升、合并、破灭乳化相少量气体通过气泡相②稳定、清晰的上界面——颗粒密集，小，特点：①上界面大幅波动；②气、固接触不良15

③返混严重；4流化床的特点与应用①

液体样特性；②恒定的压降；④流－固接触好气-固催化反应，固体颗粒干燥，吸附，固-液浸取散式流态化聚式流态化第4章非均相混合物的分离－相对运动－颗粒流态化16第4章非均相混合物的分离－相对运动－颗粒流态化5流化床中的不正常现象(1)沟流

气－固

p大、细小、易黏结气沟，甚至局部没有