流体通过颗粒层的流动.ppt

1、4 .流体通过粒子层流动，4.1概要4.2粒子床层的特性4.3流体在固定床的拉力赛4.4过滤原理和设备4.5过滤过程中计算，4.1概要，多个固体粒子堆积而成的静止粒子床层称为固定床。 多数化工作业与流体通过固定床的流动有关，其中最常见的有： (1)固定床反应器(构成固定床的是粒状或片状催化剂) (2)混悬剂过滤(构成固定床的是将混悬剂中固定粒子堆积而成的饼看作固定床)，4.2粒子床层的特性，(1)床层空隙率固定床4.2粒子床层的特性，(2)床层的自由截面积分率a。 空降率与床层自由截面积分率的关系是？ 假设床层的粒子均匀堆积(床层被认为是各向同性的)。 试想一下，从床层的周围向中央用力均匀地按

2、压，将粒子按压在中央直径为l的圆柱上(圆柱内有间隙)。 因此，关于粒子均匀堆积的床层(各向同性床层)，在数值上考虑了4.2粒子床层的特性，(3)床层考虑了表面粒子比表面粒子采集的床层，所以*该式近似，忽略床层中的固体粒子彼此的接触，减少了裸的粒子表面积4.3流体通过固定床压降，流体通过复杂通道时的阻力(压降)理论计算困难，必须通过实验解决问题。 在此，介绍试验设计方法的数学模型法。 4.3.1粒子床层的简化模型(1)床层的简化物理模型单位体积床层具有的粒子表面积和床层空隙率对流动阻力有决定性的作用。 规定：细管的内表面积等于床层颗粒的整个面，细管的所有流动空间等于颗粒床层的空隙体积。4.3.1

3、粒子床层的简化模型、(2)流体压降的数学模型流体流过圆管的阻力损失的数学描述：为了体积流量，4.3.1粒子床层的简化模型、4.3.1粒子床层的简化模型、(2)流体压降的数学模型式中单位床层高度的虚拟压力差，床层不高上式是流体通过固定床压降的数学模型，未知的保留系数称为模型参数，其物理意义上称为固定床的流动摩擦系数。 4.3.1粒子床层的简化模型、(3)模型的检验和模型参数的评价床层雷诺数时，实验数据在下式中称为柯尼常数，其值为5.0。 可能的误差在10%以下。 对得到的康尼方程进行了合理的简化，4.3.1粒子床层的简化模型，由康尼方程或尤金方程可知，影响床层沉降的变量有三个：操纵变量流体物性、

4、床层特性和上述因素中，影响最大的是孔隙度，4.3.1粒子床层的简化模型，(4) 指导实验的理论包括两个方面：化学工程学学科自身的基本规律和基本观点正确的实验方法学。 指导实验的理论：原因分析法数学模型法。 4.3.1粒子床层的简化模型、子分析方法的步骤：分析影响工艺发现影响因素过程的各物理量的原因提取； 数学模型法的程序，通过整理为几个没有原因的次数群的实验来决定各数群之间的定量关系：数学记述将复杂的真实过程简化为容易用数学方程式记述的物理模型而得到的物理模型，通过建立数学模型的实验来验证数学模型的合理性，测定模型参数的这两种方法4.4过滤原理和设备4.4.1过滤原理，4.4.1过滤原理(1)

5、过滤是利用使液体通过而不使固体通过的多孔介质，分离混悬剂中的固液两相的操作。 (2)过滤方式滤饼过滤(参照图4-7a )过滤时将混悬剂放置在过滤介质侧。 过滤介质中常用的多孔机织物，其孔径尺寸必须小于托说唱乐的粒径。 在过滤操作的开始阶段，一部分粒子进入过滤介质的眼中而发生桥接现象(图4-7b )，少量的粒子也有可能通过介质混入滤液中。 随着石榴的堆积，在介质上形成石榴层，称为蛋糕。 变厚的蛋糕真的是有效的过滤介质，通过蛋糕的液体变成纯净的滤液。 通常，操作开始阶段得到的滤液混浊，形成滤饼后，再次返回过滤。 4.4.1过滤原理，深层过滤粒子的尺寸比介质的细孔小得多，细孔的弯曲细长，进入细孔的粒

6、子容易被说唱乐。 由于流体在云同步中的流动变得陈旧而产生的压迫和冲撞作用。 粒子附着在细孔的壁面上。 介质表面没有形成蛋糕，过滤是在介质内部进行的。 (3)过滤介质的机织物介质：由棉、毛、麻或各种合成材料构成的机织物，也称为滤布。 粒状介质：纺纱、木炭、碎石等。 多孔固体介质(一般需要可再生的介质):多孔蜂窝混合双打、多孔塑料、多孔玻璃等。 4.4.1过滤原理，4.4.1过滤原理，(4)助滤剂在混悬剂中的粒子过小时，通路会堵塞，粒子被压迫变形大，蛋糕的气孔率大幅度减少。 由于过滤变得困难，为了提高过滤速度多添加助滤剂。 助滤剂的加算中，有直接以一定比例加入过滤拉力赛中进行过滤的2种。 过滤的目

7、的不能适用于回收固体物质。 在滤布上涂上助滤剂再过滤。 这种方法叫做预涂层。 助滤剂是硬、不规则形状的小粒子，可以形成结构松弛、而且几乎不能压缩的蛋糕。 作为助滤剂常用的物质有硅藻泥、珍珠岩、碳粉、石棉粉等。 4.4.2过滤设备4.4.2.1板架过滤机、4.4.2.1板架过滤机(1)的结构和工作原理：带凹凸条纹的滤板和过滤器架交替排列在机架上构成。 板和框一般做成方形，其角端开有圆孔。 板和框架组合，构成了挤压后过滤液和清扫液流动的通路。 将滤布放在框的两侧，用空框和滤布包围着收容滤液和蛋糕的空间。 4.4.2.1板框过滤机、板和框的结构如图所示。 混悬剂从框右上犄角旮旯的通路1 (框内)进入

8、过滤框，固体粒子被说唱乐框内而形成蛋糕，滤液通过蛋糕和滤布到达两侧的板，通过板面从板的左下犄角旮旯的旋塞阀排出。 框内充满蛋糕后，停止过滤。 在需要清洗蛋糕的情况下，首先，关闭搓衣板下的旋塞阀，清扫液从搓衣板的左上犄角旮旯的通路2 (框内)进入，依次通过滤布、蛋糕、滤布，到达非搓衣板，从其下的旋塞阀排出。 4.4.2.1板框过滤机，非搓衣板号码为1、框为2、搓衣板为3，板框的组合方式遵循1232123的法则。 组装后的过滤和清洗原理如图所示。 4.4.2.1板框过滤机、滤液的排出方式有明流和暗流的区别，滤液经由各板底部的堵头直接排出时称为明流(显然，以上的讨论以明流为例)。 为了防止滤液暴露在

9、空气中，从各板流出的滤液集中到歧管中送出，称为暗流。 说明：板框过滤烟嘴操作间歇，各操作周期由组装、过滤、清洗、油泥排出、整理5个阶段组成。 (详情参照教材)上介绍的清洗方法，称为横断清洗法，其清洗面积为过滤面积的1/2，清扫液通过的饼的厚度是过滤结束时滤液通过厚度的2倍。 采用置换清洗法，清扫液的行程和清洗面积与滤液完全相同。4.4.2.1板架过滤机，(2)主要优缺点板架过滤机结构简单，过滤面积大，设置面积节约，过滤压力高，易用耐腐蚀材料制造，操作柔软，过滤面积可按生产任务调节。 主要缺点是间歇操作，劳动强度大，发生效率低。 4.4.2.2叶过滤烟嘴，(1)结构和工作原理：叶过滤烟嘴由许多过

10、滤烟嘴组成。 过滤烟嘴是由金属多孔板和多孔网制成的扁平信息帧，内部有空间，外包滤布，将过滤烟嘴装入密封的箱体内，浸泡在过滤烟嘴中。 滤液中的液体在压力下通过滤布进入滤叶内部，变成滤液从其一端排出。 过滤结束后，在箱子内填充清水，用与滤液相同的路径通过蛋糕清洗水，因此采用置换清洗。 最后，用振动器把蛋糕弄掉，用压缩空气吹走。 过滤烟嘴可以水平放置，也可以垂直放置，过滤烟嘴可以用泵压入，也可以用真空泵吸引。 4.4.2.2叶过滤烟嘴，(2)主要优点和缺点：叶过滤烟嘴也是间歇操作设备。 具有过滤推进力大、过滤面积大、蛋糕清洗一盏茶等优点。 其生产能力大于过滤烟嘴过滤烟嘴，机械化程度高，劳动力比较少。

11、 缺点是结构复杂、成本高、粒度差大的粒子可能聚集在不同的高度，因此洗涤不均匀。 4.4.2.3旋转滚筒过滤机，(1)结构和工作原理设备的本体是旋转的水平圆筒，其表面支承金属网，网的周围复盖滤布，滚筒的下部浸泡在滤液中。 圆筒在径向上被分割成多个扇形的格子，在各格子上，位于筒中心的分配头与管连接。 由于分配头的作用，这些个的细孔依次与真空管和压缩空气管连通，对应的滚筒表面部位分别处于被吸引或喷涂的状态。 这样，在圆筒旋转一圈的过程中，能够对扇形的每个表面依次进行过滤、清洗、吸引、吹松、抢先版等的操作。 4.4.2.3滚筒过滤机、分配头由紧密接触的旋转盘和固定盘构成，旋转盘的各孔通过上述连通管分别

12、通向滚筒表面的一级。 固定盘有3个槽，分别与真空系统和吹气管连接。 当转盘的几个小孔与固定盘的槽2吻合时，与这些个的小孔对应的连通管和对应的转盘的表面与滤液真空管相连，滤液通过连通管和转盘的小孔被真空系统吸引，滤布的外表面堆积泥饼。 这是过滤器。 旋转盘以使这些个的小孔与凹槽3一致的方式旋转时，与这些个的小孔对应的连通管和对应的旋转盘的表面与清洗水真空管连接，从旋转盘的上方散布的清洗水从外表面被吸入连通管，经由旋转盘的小孔输送到真空系统。 这是洗涤、吸引干燥。 4.4.2.3滚筒过滤机，当这些个的小孔袋4相对时，与对应于这些个的小孔的连通管对应的滚筒表面被吹到压缩空气中，压缩空气经由连通管从内

13、外被吹到蛋糕中，这是吹松。 随着滚筒的转动，这些个上的小孔与表面的蛋糕相应地与刮削器相遇，从而被削去。 这是渣滓。 如果继续旋转，与这些个的小孔对应的部分再次浸入滤液中，这些个的小孔再次与固定盘的槽2相对，再次开始操作循环。 4.4.2.3滚筒式过滤机，每当小孔和固定盘的两凹槽之间的空白位置(与外界不连通的部分)相遇时，滚筒表面和与其对应的段停止，从一个操作区转移到另一个操作区，因此两区不结盟。 (2)主要优点和缺点滚筒式过滤机的优点是操作自动，特别适合处理量大、容易过滤的拉力赛。 其缺点是滚筒体积庞大，过滤面积小，抽真空液的过滤推动力不大，混悬剂中的温度不高。 4.2.2.4面包车冲压机、面

14、包车冲压机仅由滤纸构成，外观与板框冲压机相似。 各滤板凹陷的两个表面被压在别的滤板上构成过滤室。拉力赛通过中心空间被放入，滤液向下角排出，带有中心孔的滤布附着在滤纸上，滤布的中心供给孔的部位被压在两壁面上，还用织管将两壁面的滤布缝合起来。 图4-14是笼型压缩蛋糕机的示意图。 4.2.2.5旋转真空过滤机，是在水平安装的空心筒表面铺上滤纸，将筒下部浸泡在装有混悬剂的过滤槽中旋转。 滚筒内有1.2个扇形格子，各格子与滚筒端面的带孔圆盘相通。 这个旋转盘按压安装在支架上的固定盘的草弹簧的压力重合，这两个重合相对旋转的圆盘构成分配头。 滚筒表面的各块顺时针旋转一周，过滤、脱水、洗涤、油泥的排出、再生

15、等操作相继出现。 4.2.3离心机、离心过滤以药物旋转液体产生的径向压差作为过滤的推进力。 在各种间歇地或者连续地操作的离心过滤中进行离心过滤。 分批式离心机有人造的的和自动的。 三脚丫子式离心分离机是去除常用的人造的材料的分批式离心分离机，图4-17示意性地表示了其结构。 离心分离机的主要零配件是男低音滚筒，在墙面上开设多个小孔，在内壁上贴有合十礼层和滤纸。 整个床和罩葛拉斯的3根弹簧悬挂在三脚架的支柱上，减轻运转时的振动。图4-17三脚丫子式离心分离机、4.2.3离心分离机、三脚丫子式离心分离机的滚筒直径一般较大，转速不高(2000r/min )，过滤面积约为。 与其他类型的离心机相比，具

16、有结构简单、运行周期灵活掌握等优点，一般用于间歇生产中少量材料的处理，特别适用于与各种盐类晶体的过滤和脱水，晶体不易破损。 其缺点是排料时工作条件差，旋转部位位于床的下部，检查不便。 4.2.3.1刮削器式离心分离机，图4-18为刮削器式离心分离机的示意图。 混悬剂从加热管连续运转进入卧式滚筒，为了使机内堆积的石榴均匀分布在滚筒内壁，设有齿。 蛋糕达到一定厚度后，停止进料，进行洗涤、干燥。 之后，使藕油压传动的刮削器逐渐向上方移动，将蛋糕装入排出料斗，排出机外，清洗滚筒。 全运行周期在连续运行中完成，各步骤采用自动控制的液压操作。图4-18刮削器排出式离心式、1种子文件管2滚筒3过滤器4盒5块

17、、4.2.3.2活塞往复式卸料离心分离机、该离心分离机的种子文件过滤、清洗、干燥、卸料器等操作在滚筒内的不同场所进行云同步，图4-19示意性地表示其结构原料液放入旋转的锥形料斗后，散布在靠近滚筒底部的微小范围内，形成约mm厚的渣层。 在滚筒底部安装有与滚筒一起旋转的云推送活塞，其直径的前端比滚筒内壁小。 活塞与料斗一起往复运动，将炉渣推向料斗的右侧。图4-19活塞挤出离心分离机、4.5过滤过程计算4.5.1过滤过程的数学记述、(1)物质平衡计算固体粒子在液体中不膨润(体积没有变化)的物质体系，以每Kg的混悬剂为基准，按照体积和的原则得到：因此，4.5.1过滤过程的数学记述、(1)物质零散因此，4.5.1过滤过程的数学描述，(2)过滤速度的液体在蛋糕的间隙中流动，大多在康尼式适用的低雷诺数范围内。 从康尼公式得到公式，公式中蛋糕两侧的压力差，即过滤推动力，4.5.1过滤过程的数学描述，(2)过滤速度过滤阻力由两个因素决定。 其中，只要r和(滤液黏性系数)、小于加热过滤拉力赛的能量消耗增加的过滤动力消耗，加热过滤是有利的。 4.5.1过滤过程的数学描述、蛋糕的电阻率。 的单位是当然的，因为数值上很难过滤，所以r的数值的大小