流体通过颗粒层的流动(4x)
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流体通过颗粒层的流动
第4章流体通过颗粒层的流动概述由众多固体堆积而成的静止颗粒层称为固定床。
工业生产中流体通过固定床流动的典型例子：1. 固定床反应器----催化剂颗粒堆积成的固定床。
2. 悬浮液的过滤----悬浮液中颗粒沉积形成的滤饼可看成固定床．本章重点考查流体通过固定床的基本流动规律和过滤操作规律。
４.2 颗粒床层的特性颗粒床层由不同大小和形状的颗粒组成，流体在其中的流动与管内流动类似。
但颗粒床层内的流道尺寸不同，形状各异，具有复杂的网状结构。
对其特性的了解应从组成通道的颗粒着手。
4.2.1 单颗粒的特性 ()球形颗粒的几何特性可用单一参数d p全面表示，如：体积：（４－１）面积：（４－２）球形颗粒比表面积：（４－３）非球形颗粒：非球形颗粒的几何特征不能用单一参数全面表示，通常以某种等当的球形颗粒近似表示，以使所考查领域内非球形颗粒的特征与球形颗粒等效。
此球的直径称d e。
当量直径可用不同方式定义。
(1). 体积当量直径：使当量球形颗粒的体积等于实际颗粒的体积V。
（４－４）(2). 面积当量直径：使当量球形颗粒的表面积πd es2等于实际颗粒的表面积S。
（４－５）(3). 比表面当量直径：使当量球形颗粒的6/d ea等于实际颗粒的比表面积a（４－６）非球形颗粒的形状系数：对非球形颗粒，只以一个当量直径不能确定其几何特征，因此定义形状系数。
（４－７）4．2．2 颗粒群特性由不同大小、形状颗粒组成的颗粒群，各单个颗粒的尺寸不会完全一样。
颗粒群的大小分布用筛分分析得出。
筛分分析——用一组具有不同大小筛孔的利用筛孔的机械阻挡，将颗粒群按其粒度范围分为若干子群即对其分布进行测定（为促使颗粒通过筛孔，筛面应作某种运动）。
通过筛孔的颗粒量称为筛过量，截留于筛面的颗粒量称为筛余量。
称取各筛面上的颗粒筛余量，即得筛分分析基本数据，筛分分析适用于>70μm的颗粒 ()标准筛--不同国家采用不同的标准筛制，其筛孔为正方形时，其尺寸可直接用边长（mm）表示；也可用筛号或筛目（筛网单位长度上的孔数）表示。
流体通过颗粒层的流动
反应器 催化剂颗粒层等概念
以上化工操作中均为流体通过颗粒层的流动，与流体
在管道中的流动相比较：阻力增大，速度分布均一，
流动特点：层流，绕流（因速度慢也称爬流）。
爬流：爬流速度很小，流动很 缓慢，颗粒迎流面与背流面的 流线对称。
颗粒层中流体流动特点：
（1）床截面的流体速度分布均匀，床层两端产生很大压降△P 原因：大量颗粒随机堆积，颗粒对流体的流动造成很大 的阻力
真正的过滤介质：架桥作用 。
滤浆
滤饼 过滤介质
滤液
滤饼过滤
（2）深层过滤——本质不同于表面过滤，是依靠吸附作用。
深层过滤 深层过滤主要用于含固量很少的悬浮液 化工生产广泛使用的是滤饼过滤。
3、过滤介质 织物介质： 滤布滤网（截留颗粒dp：5~6μm） 多孔性固体介质：素瓷、多孔塑料（dp： 1～3μm） 堆积介质: 固体颗粒如砂、木炭、非编织纤维如玻璃纤维 ——用于含固量少的悬浮液
2、颗粒床层的数学模型
ΔP
hf
Le de
u12 2
；Le
L，Le L
常数
ΔP 1
L
u
de、u1
流体在固定床内流动的简化模型
Le Δ P 1
Δ P Le u12 de 2
表观流速（空床流速）u与实际流速 u1 的关系 ：
uA
u1 A1
u
u1
A1 A
u1
化简得到单位床层高度压降： Δ P （ 1 ）a u2
影 响
2 、空隙率随装填情况而变，
L
同种物料同样方式装填，空隙率未必能重复
第四节 过滤原理及设备
一、过滤 固液分离的常用方法是通过过滤获得清净的液体或
作为产品的固体颗粒 1、过滤原理 利用重力或人为造成的压差使悬浮液通过某种多孔性 过滤介质分离悬浮液。 2、两种过滤方式 （1）滤饼过滤——依靠通道尺度小于颗粒直径，滤饼是
流体通过颗粒层的流动(4)全解
过滤介质 滤液
织物介质，如棉、麻、丝、毛、合 成纤维、金属丝等编织 成的滤布； 多孔性固体介质，如素瓷板或管、 烧结金属等。
2018/10/12
滤饼过滤
23
4.4.1过滤操作的分类
（1）饼层过滤（滤饼过滤） 定义:过滤过程中在过滤介质表面形成固体颗粒的滤饼层.
滤浆 滤饼 过滤介质
滤液
滤饼过滤
2018/10/12 24
(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。
(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-)
p ' 1 a K u 3 L 得过滤速率：
2 2
dq p 1 u ' 2 2 d L K 1 a
3
（2） 滤饼的阻力
对于不可压缩滤饼，ε=const，a=const，反映颗粒 物性，因物料而异。 2 2 a 令 ' 1
l u hf d 2
2
范宁方式能否用于计算流体通过固定颗粒床层的 压降呢？ （1）流体通过固定颗粒床层压降直接计算时存 在的困难 当流体通过固定颗粒床层时，由于颗粒层内的颗 粒大小不均匀，形状不规则，所形成的通道是弯 弯曲曲的、变截面的、纵横交错的网状结构。 弯曲、变截面的网状结构成为了颗粒层内流体通 道的特点，也成为了压降（流动阻力）直接计算 的困难。因为用范宁公式计算时，无法确定通过 颗粒层的流体通道的边界尺寸。
化工原理第三版（陈敏恒）课后思考题答案（全）
化⼯原理第三版（陈敏恒）课后思考题答案（全）第⼀章流体流动1、什么是连续性假定?质点的含义是什么?有什么条件?连续性假设：假定流体是由⼤量质点组成的，彼此间没有间隙，完全充满所占空间的连续介质。
质点指的是⼀个含有⼤量分⼦的流体微团，其尺⼨远⼩于设备尺⼨，但⽐分⼦⾃由程却要⼤得多。
2、描述流体运动的拉格朗⽇法和欧拉法有什么不同点?拉格朗⽇法描述的是同⼀质点在不同时刻的状态；欧拉法描述的是空间各点的状态及其与时间的关系。
3、粘性的物理本质是什么?为什么温度上升,⽓体粘度上升,⽽液体粘度下降? 粘性的物理本质是分⼦间的引⼒和分⼦的运动与碰撞。
通常⽓体的粘度随温度上升⽽增⼤，因为⽓体分⼦间距离较⼤，以分⼦的热运动为主，温度上升，热运动加剧，粘度上升。
液体的粘度随温度增加⽽减⼩，因为液体分⼦间距离较⼩，以分⼦间的引⼒为主，温度上升，分⼦间的引⼒下降，粘度下降。
4、静压强有什么特性?①静⽌流体中，任意界⾯上只受到⼤⼩相等、⽅向相反、垂直于作⽤⾯的压⼒；②作⽤于某⼀点不同⽅向上的静压强在数值上是相等的；③压强各向传递。
7、为什么⾼烟囱⽐低烟囱拔烟效果好?由静⼒学⽅程可以导出)g -H(p 热冷ρρ=?，所以H 增加，压差增加，拔风量⼤。
8、什么叫均匀分布?什么叫均匀流段?均匀分布指速度分布⼤⼩均匀；均匀流段指速度⽅向平⾏、⽆迁移加速度。
9、伯努利⽅程的应⽤条件有哪些?重⼒场下、不可压缩、理想流体作定态流动，流体微元与其它微元或环境没有能量交换时，同⼀流线上的流体间能量的关系。
12、层流与湍流的本质区别是什么?区别是否存在流体速度u 、压强p 的脉动性，即是否存在流体质点的脉动性。
13、雷诺数的物理意义是什么?物理意义是它表征了流动流体惯性⼒与粘性⼒之⽐。
14、何谓泊谡叶⽅程?其应⽤条件有哪些?232d lu µ?=?应⽤条件：不可压缩流体在直圆管中作定态层流流动时的阻⼒损失计算。
15、何谓⽔⼒光滑管?何谓完全湍流粗糙管?当壁⾯凸出物低于层流内层厚度，体现不出粗糙度过对阻⼒损失的影响时，称为⽔⼒光滑管。
第4章流体通过颗粒层的流动
定义
康采尼（Kozeny）对模型参数的实验研究结果为，Re’＜2 ,λ’=K’/Re’, K’=5.0 ,称为Kozeny常数。
将模型参数的表达式代入到床层压降的表达式中
欧根（Ergun）在较宽的 范围内， ，获得了关系式
代入到床层压降的表达式中
特性参数
1、颗粒的比表面积
2、颗粒床层的空隙率
3、颗粒床层的比表面积 ，
第4章流体通过颗粒层的流动
基本原理
颗粒床层的简化模型
为保持简化后的物理模型与原真实模型的等效性，必须：
（1）有细管的内表面积等于颗粒床层的全部自由表面积；
（1）
（2）所有细管的供流体流动的空间等于颗粒床层的空隙容积。
流体通过细管的压降即为流体通过颗粒床层的压降
或
即
流体通过颗粒床层的压降
λ’被称为模型参数，必须由实验测定。
单位过滤面积上的滤液体积量
滤饼厚度 、悬浮液中颗粒体积分率 、滤饼空隙率 与单位过滤面积上的滤液体积量 的关系式为
单位过滤面积上过滤速率的表达式则为
定义： ， 称为滤饼的比阻。则过滤速率表达式为
或者
考虑过滤介质的阻力后，过滤速率为
令
则
或
定义过滤常数：
自开始即进行恒压过滤，则K为常数，并且 时， ，过滤时间 与累计滤液体积量 （单位面积上累计滤液体积量 ）的关系
或
过滤设备及操作
1、板框式压滤机
在保持洗涤水粘度与滤液粘度相同，洗涤操作时的压差与过滤操作时的压差相同时，总面积上的洗涤速率与过滤终了时过滤的速率之间的关系
横穿流洗法， ；置换洗法，
洗涤时间 与过滤时间 的关系
一个生产周期的时间 ，
最佳时间分配：
康采尼（Kozeny）对模型参数的实验研究结果为，Re’＜2 ,λ’=K’/Re’, K’=5.0 ,称为Kozeny常数。
将模型参数的表达式代入到床层压降的表达式中
欧根（Ergun）在较宽的 范围内， ，获得了关系式
代入到床层压降的表达式中
特性参数
1、颗粒的比表面积
2、颗粒床层的空隙率
3、颗粒床层的比表面积 ，
第4章流体通过颗粒层的流动
基本原理
颗粒床层的简化模型
为保持简化后的物理模型与原真实模型的等效性，必须：
（1）有细管的内表面积等于颗粒床层的全部自由表面积；
（1）
（2）所有细管的供流体流动的空间等于颗粒床层的空隙容积。
流体通过细管的压降即为流体通过颗粒床层的压降
或
即
流体通过颗粒床层的压降
λ’被称为模型参数，必须由实验测定。
单位过滤面积上的滤液体积量
滤饼厚度 、悬浮液中颗粒体积分率 、滤饼空隙率 与单位过滤面积上的滤液体积量 的关系式为
单位过滤面积上过滤速率的表达式则为
定义： ， 称为滤饼的比阻。则过滤速率表达式为
或者
考虑过滤介质的阻力后，过滤速率为
令
则
或
定义过滤常数：
自开始即进行恒压过滤，则K为常数，并且 时， ，过滤时间 与累计滤液体积量 （单位面积上累计滤液体积量 ）的关系
或
过滤设备及操作
1、板框式压滤机
在保持洗涤水粘度与滤液粘度相同，洗涤操作时的压差与过滤操作时的压差相同时，总面积上的洗涤速率与过滤终了时过滤的速率之间的关系
横穿流洗法， ；置换洗法，
洗涤时间 与过滤时间 的关系
一个生产周期的时间 ，
最佳时间分配：
化工原理第四章流体通过颗粒层的流动
A.流速的影响（同圆管） 层流（Re’<3）， 高度湍流（ Re’<100 ）；
15
B.物性的影响（同圆管） Re‘<3，ΔP ∝μ,与ρ无关 Re’<100 ΔP ∝ρ，与μ无关
C.床层特性的影响 （1）空隙率ε： 空隙率ε对压降ΔP 的影响非常大，反映在 ε的可变性大，可靠性差； ε较小的误差，将引起压降明显的误差 （2）比表面积α ΔP ∝α2，对同形状颗粒，dp↓， α越大↑，hf（ΔP ）↑。 例：其他条件不变空隙率ε由0.5降为0.4，单位床层压降 增加2.8倍。
体积等效 当量直径
3
表面积等效 当量直径
V
非
V
球
6
d
3 ev
dev
6V
S非
S球
d
2 es
des
S
3
比表面积等效当量直径
a非
a球
6 dea
a S /V ,
dea
6 a
三者关系：
dea
6V S
d
3 ev
d
2 es
2
dev des
dev
2
令
dev des
，
dea dev
des
d
ev 0.5
K 2P 1s c r0
由：dq
d
K 2(q
qe
)
，积分：q
0
2(q
qe
)dq
de
4 流通截面 润湿周边
de
4A流(Le ) （ Le )
4V空 S颗
4
aB
4 a(1 )
4 de a(1 ) 毛细管模型的数学描述
hf
15
B.物性的影响（同圆管） Re‘<3，ΔP ∝μ,与ρ无关 Re’<100 ΔP ∝ρ，与μ无关
C.床层特性的影响 （1）空隙率ε： 空隙率ε对压降ΔP 的影响非常大，反映在 ε的可变性大，可靠性差； ε较小的误差，将引起压降明显的误差 （2）比表面积α ΔP ∝α2，对同形状颗粒，dp↓， α越大↑，hf（ΔP ）↑。 例：其他条件不变空隙率ε由0.5降为0.4，单位床层压降 增加2.8倍。
体积等效 当量直径
3
表面积等效 当量直径
V
非
V
球
6
d
3 ev
dev
6V
S非
S球
d
2 es
des
S
3
比表面积等效当量直径
a非
a球
6 dea
a S /V ,
dea
6 a
三者关系：
dea
6V S
d
3 ev
d
2 es
2
dev des
dev
2
令
dev des
，
dea dev
des
d
ev 0.5
K 2P 1s c r0
由：dq
d
K 2(q
qe
)
，积分：q
0
2(q
qe
)dq
de
4 流通截面 润湿周边
de
4A流(Le ) （ Le )
4V空 S颗
4
aB
4 a(1 )
4 de a(1 ) 毛细管模型的数学描述
hf
流体通过颗粒层的流动
其 中 ：为 形 状 系 数
2 2 d ev d ev ＝ 2 2 d es d es
与非球形颗粒体积相的 等球的表面积 非球形颗粒的表面积
非球形的形状系数均小于1
体积 V
非球形
6
3 d ev
2 d ev 表面积 S
6 比 表 面 积 球＝ d ev
二、 颗粒群的特性
u ②流体物性 和
①操作变量 ③床层特性
a和
，如
在上述因素中，影响最大的是空隙率 为0.4，则压降增加2.8倍
由0.5降
思考题：数学模型法与量纲分析法有何区别？
4.3 过滤基本方程
过滤过程的特点 ①流体流过固定床层的一种具体情况。 ②一定压差下，滤液通过速率随时间延长而降低 dV dq u Ad d u : 过滤速率 : 过滤时间
空隙体积 床层体积V 颗粒所占体积v v 1 床层体积 床层体积V V
ε 的大小反映了床层颗粒的紧密程度，ε 对流体流动的 阻力有极大的影响.
hf
（2）床层的各向同性 工业上的小颗粒（球形或非球形）床层通常是乱堆 的，这样的结构使床层具有各向同性的特点，此时有：
滤饼过滤
滤浆 滤饼
滤饼的压缩性：
过滤介质
不可压缩滤饼:
滤液
颗粒有一定的刚性，所形成的滤饼并 不因所受的压力差而变形 滤饼 可压缩滤饼:
滤饼过滤
颗粒比较软，所形成的滤饼在压差的作用下变 形，使滤饼中的流动通道变小，阻力增大。
4.2 流体通过固定床的压降 4.2.1 基本概念
一、 单颗粒的特性
球形
r r0 p s 其 中r0，s均 为 实 验 常 数 ， s称 为 压 缩 指 数 取值为： s 0(不 可 压 缩 滤 饼 ） 或 0.2～0.8(可 压 缩 ）
流体通过颗粒层的流动
32
对分布函数求导，即可获得频率函数
f =
反之
dF (d p ) d (d p )
dp 0
4-8
F (d p ) = ∫ fd (d p )
4-9
频率函数的特点： 某粒级范围的颗粒质量分率等于该范围曲线下的面积， 曲线下的面积和等 于 1。 颗粒群的平均直径 dm 是按照比表面相等的原则确定的，因为在过滤过程中，流动较慢 时，阻力以表面剪切力为主，表面积对阻力影响大。
空气进行实测，测得 u=0.4m/s 时
∆P ∆P = 470 Pa / m ，u=0.9m/s 时 = 2300 Pa / m 。 L L
第四章 流体通过颗粒层的流动
4.1 教学基本要求： （6 学时）
固定床 颗粒和床层的基本特性；影响压降的主要因素；数学模型法。 过滤 过滤方法及常用过滤机的构造； 过滤过程数学描述 （物料衡算和过滤速率方程） ， 过滤速率、推动力和阻力的概念；恒速过滤；恒压过滤；洗涤时间；过滤机的生产能力。
4.2 基本概念：
2．颗粒群的特性 颗粒大小不一，对其进行筛分分析，筛过量(小于某一直径的颗粒)占总量的质量分率， 就是分布函数 F(dp)。分布函数的特点：dpmax 处 F=1，dpmin 处 F=0。 某一粒径范围内的颗粒占总量的分率与粒径范围之比，就是频率函数，即
fi =
Fi −1 − Fi d i −1 − d i
加快过滤速率的途径 ①改变滤饼结构；②改变颗粒聚集状态；③动态过滤。
4.3 基本内容：
本章叙述了颗粒床层的压降的影响因素， 并应用于对过滤分离操作的描述。 讲叙了过滤 的物料衡算，过滤速率方程，过滤过程的计算，常用的过滤设备。 一、颗粒与颗粒床层的特性 1．单颗粒特性 最理想的颗粒是大小均一的球形颗粒，只需一个参数 dp 即可描述颗粒特性。此时， 体积 表面积
对分布函数求导，即可获得频率函数
f =
反之
dF (d p ) d (d p )
dp 0
4-8
F (d p ) = ∫ fd (d p )
4-9
频率函数的特点： 某粒级范围的颗粒质量分率等于该范围曲线下的面积， 曲线下的面积和等 于 1。 颗粒群的平均直径 dm 是按照比表面相等的原则确定的，因为在过滤过程中，流动较慢 时，阻力以表面剪切力为主，表面积对阻力影响大。
空气进行实测，测得 u=0.4m/s 时
∆P ∆P = 470 Pa / m ，u=0.9m/s 时 = 2300 Pa / m 。 L L
第四章 流体通过颗粒层的流动
4.1 教学基本要求： （6 学时）
固定床 颗粒和床层的基本特性；影响压降的主要因素；数学模型法。 过滤 过滤方法及常用过滤机的构造； 过滤过程数学描述 （物料衡算和过滤速率方程） ， 过滤速率、推动力和阻力的概念；恒速过滤；恒压过滤；洗涤时间；过滤机的生产能力。
4.2 基本概念：
2．颗粒群的特性 颗粒大小不一，对其进行筛分分析，筛过量(小于某一直径的颗粒)占总量的质量分率， 就是分布函数 F(dp)。分布函数的特点：dpmax 处 F=1，dpmin 处 F=0。 某一粒径范围内的颗粒占总量的分率与粒径范围之比，就是频率函数，即
fi =
Fi −1 − Fi d i −1 − d i
加快过滤速率的途径 ①改变滤饼结构；②改变颗粒聚集状态；③动态过滤。
4.3 基本内容：
本章叙述了颗粒床层的压降的影响因素， 并应用于对过滤分离操作的描述。 讲叙了过滤 的物料衡算，过滤速率方程，过滤过程的计算，常用的过滤设备。 一、颗粒与颗粒床层的特性 1．单颗粒特性 最理想的颗粒是大小均一的球形颗粒，只需一个参数 dp 即可描述颗粒特性。此时， 体积 表面积
【免费下载】化工原理第四章 流体通过颗粒层的流动
流化床
2
第二节 颗粒床层的特性
§2-1 单颗粒特性（影响流动通道）
一、球形颗粒
体积：V d 3
6p
表面积： S d 2 p
比表面积：a S /V 6 d
p
对球形颗粒，直径dp即可描述其全部外表特征
二、非球形颗粒
工程上用当量直径de来描述非球形颗粒特征（等效性不同）
1. 体积当量直径(V 非 V 球 )
V
令
V
令
2. 表面积当量直径(S非=S球)
S非
S球
6
d
3 ev
d
2 es
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电，力根通保据过护生管高产线中工敷资艺设料高技试中术卷资，配料不置试仅技卷可术要以是求解指，决机对吊组电顶在气层进设配行备置继进不电行规保空范护载高与中带资负料荷试下卷高问总中题体资，配料而置试且时卷可，调保需控障要试各在验类最；管大对路限设习度备题内进到来行位确调。保整在机使管组其路高在敷中正设资常过料工程试况中卷下，安与要全过加，度强并工看且作护尽下关可都于能可管地以路缩正高小常中故工资障作料高；试中对卷资于连料继接试电管卷保口破护处坏进理范行高围整中，核资或对料者定试对值卷某，弯些审扁异核度常与固高校定中对盒资图位料纸置试，.卷保编工护写况层复进防杂行腐设自跨备动接与处地装理线置，弯高尤曲中其半资要径料避标试免高卷错等调误，试高要方中求案资技，料术编试交写5、卷底重电保。要气护管设设装线备备置敷4高、调动设中电试作技资气高，术料课中并3中试、件资且包卷管中料拒含试路调试绝线验敷试卷动槽方设技作、案技术，管以术来架及避等系免多统不项启必方动要式方高，案中为；资解对料决整试高套卷中启突语动然文过停电程机气中。课高因件中此中资，管料电壁试力薄卷高、电中接气资口设料不备试严进卷等行保问调护题试装，工置合作调理并试利且技用进术管行，线过要敷关求设运电技行力术高保。中护线资装缆料置敷试做设卷到原技准则术确：指灵在导活分。。线对对盒于于处调差，试动当过保不程护同中装电高置压中高回资中路料资交试料叉卷试时技卷，术调应问试采题技用，术金作是属为指隔调发板试电进人机行员一隔，变开需压处要器理在组；事在同前发一掌生线握内槽图部内 纸故，资障强料时电、，回设需路备要须制进同造行时厂外切家部断出电习具源题高高电中中源资资，料料线试试缆卷卷敷试切设验除完报从毕告而，与采要相用进关高行技中检术资查资料和料试检，卷测并主处且要理了保。解护现装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
化工原理之流体通过颗粒层的流动概述
4.4.2.1板框过滤机
如果将非洗涤板编号为1、框为2、洗涤板为3，则板框的组合方 式服从1—2—3—2——1—2—3之规律。组装之后的过滤和 洗涤原理如图所示。
4.4.2.1 板框过滤机
滤液的排出方式有明流和暗流之分，若滤液经由每块板底 部旋塞直接排出，则称为明流（显然，以上讨论以明流为 例）；若滤液不宜暴露于空气中，则需要将各板流出的滤液 汇集于总管后送走，称为暗流。 说明：
4.2.2.5 回转真空过滤机
在水平安装的中空转鼓表面上覆以滤布，转鼓下部浸入盛有悬浮
液的滤槽0中.1 ~并3r以/ min
的转速转动。转鼓内分12个扇形格，
每格与转鼓端面上的带孔圆盘相通。此转动盘与装于支架上的固定
盘藉弹簧压力压紧叠合，这两个互相叠合而又相对转动的圆盘组成
一付分配头。转鼓表面的每一格按顺时针方向旋转一周时，相继进
数 ，就其物理意义而言称为固定床的流动摩擦系数。
4.3.1颗粒床层的简化模型
（3）模型的检验和模型参数的估值
当床 层 雷 诺 数Re deu1 u 2 时 实 验 数 据 符 合 下 式
4 a(1 )值为5.K0。 的可能误差不超过10%。
4.4.2.3转筒过滤机
③当这些小孔凹槽4相对时，这几个小孔对应的连通 管及相应的转筒表面与压缩空气吹气相连，压缩空 气经连通管从内向外吹向滤饼，此为吹松。
④随着转筒的转动，这些小孔对应表面上的滤饼又与 刮刀相遇，被刮下。此为卸渣。继续旋转，这些小 孔对应的又重新浸入滤浆中，这些小孔又与固定盘 上的凹槽2相对，又重新开始一个操作循环。
A0
流动截面积 床层截面积
床层截面积A-颗粒所占的平均截面积A P 床层截面积A
1
AP A
化工原理第三章流体通过颗粒层的流动
第三章流体通过颗粒层的流动一、基本知识1.下列关于非均相物系的举例及说明中错误的是。
甲：泡沫液，是液气组成的非均相物质，其中分散相是液体，分散介质是气体。
乙：乳浊液，是液固组成的非均相物质，其中连续相是液体，分散介质是固体。
丙：烟尘气，是气固组成的非均相物质，其中连续相是气体，分散介质是固体。
丁：雾沫气，是气液组成的非均相物质，其中分散相是液体，分散介质是气体。
①甲、乙②乙、丙③丙、丁④丁、甲2.下面论断中正确的有。
①单位体积固体颗粒所具有的表面积称为该固体颗粒的比表面积②根据不同方面的等效性(质量等效、体积等效、比表面积等效等)，可以定义不同的当量直径③形状系数是与非球形颗粒体积相等的球的表面积除以非球形颗粒的表面积的商④对于球形颗粒，只要一个参数，即颗粒直径便可惟一地确定其体积、表面积和比表面积⑤对于非球形颗粒，必须定义两个参数(通常定义体积当量直径和形状系数)才能确定其体积、表面积和比表面积3.下面有关颗粒群论断中正确的是。
①在任何颗粒群中，都存在一定的尺寸(粒度)分布②颗粒粒度的测量方法有筛分法、显微镜法、沉降法、电阻变化法、光散射与衍射法、表面积法等③对于大于70μm的颗粒，也就是工业固定床经常遇到的情况，常采用一套标准筛进行测量(筛分分析)④筛分使用的标准筛系金属丝网编织而成，各国习用筛的开孔规格各异，常用的泰勒制是以每英寸边长上的孔数为筛号或称目数4.下面有关颗粒群筛分结果论断中正确的有。
①筛分结果可用分布函数和频率函数图示②分布函数曲线上对应于某一尺寸dpi的分布函数Fi值表示直径小于dpi的颗粒占全部试样的质量分率，而该批颗粒的最大直径dp,max。
处，其分布函数Fi的值为1③频率分布曲线上在一定粒度范围内的颗粒占全部颗粒的质量分率等于该粒度范围内频率函数曲线下的面积，而频率分布函数曲线下的全部面积等于l④颗粒群的任何一个平均直径都不能全面代替一个分布函数5.颗粒的比表面积α和床层的比表面αB及床层的空隙率ε之间的关系式为。
陈敏恒《化工原理》(第3版)(上册)名校考研真题-流体通过颗粒层的流动(圣才出品)
第4章流体通过颗粒层的流动一、选择题1．推导液体流过滤饼（固定床）的过滤基本方程式的基本假设是：液体在多孔介质中流型属（），依据的公式是（）公式。
[南京理工大学2010年研]A．层流，欧根B．湍流，欧根C．层流，柯士尼D．湍流，柯士尼【答案】C【解析】滤液通过滤饼层流动的特点：①滤液穿过滤饼中不规则的孔道；②滤液在孔道中的大部分流动为层流；③过滤属非定态操作。
依据的是柯士尼（康采尼，音译过来的）公式()22251c p u L a εμε∆⎛⎫=⎪-⎝⎭2．恒压过滤时，如介质阻力不计，滤饼不可压缩，滤饼压差增大一倍时同一过滤时刻所得滤液量（）。
[浙江大学2011年研]A．增大至原来的2倍B．增大至原来的4倍C．增大至原来的倍D．增大至原来的1.5倍【答案】C【解析】介质阻力忽略不计,则V 2＝KA 2τ，滤饼不可压缩，则2pK r φμ∆=，ΔP 增加一倍，则V 增加为原来的2倍。
二、填空题1．气体通过颗粒床层的流动，当床层表观气速大于起始流化速度且小于带出速度时，随气速增加，床层空隙率______，床层降压______。
[北京化工大学2012年研]【答案】增大；不变【解析】固定床阶段压降增大；而当为流化床阶段，表观气速大于等于起始流化速度，床层空隙率增大，但压降不变。
2．用转筒真空过滤机过滤某种悬浮液，已知在转速为1rpm 时的生产能力为4.8m 3/h，现要将生产能力提高20%，若过滤介质阻力可忽略不计，则转速应改为______，或将转筒的浸没角增为原来的______倍。
[华南理工大学2011年研]【答案】1.44rpm；1.44倍【解析】转筒真空过滤机的生产能力Q＝465n K ψ，n Q ψ∝∝。
三、计算题用一板框压滤机在恒压下过滤某一悬浮液，过滤面积为0.4m 2，过滤操作4小时后得滤液80m 3，过滤介质阻力可忽略不计。
试求：（1）若其它情况不变，但过滤面积加倍，可得多少滤液？（2）若其它情况不变，但过滤时间缩短为2小时，可得多少滤液？（3）若在原表压下过滤4小时后，再用5m 3水洗涤滤饼，洗涤时间（h）又为多少？假设滤液与水性质相近。
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rL r L rLe
p
过滤总推动力
r L
Le
（滤饼
阻
力
介质阻力）
△p1
思考：
△p2
影响过滤阻力的因素有哪些？
影响过滤速度的因素有哪些？
2020/8/7
u 表观速度
即过滤速度
14
二、过滤基本方程
p
u rL Le
设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体
积为c（m3滤饼/m3滤液），则
u
dV
Ad
过滤推动力
过滤阻力
KA
2V Ve
或
dq
d
K
2q
10
二、过滤基本方程
过滤过程流动的特点： ❖ 流体在固定床中同一截面上的流速分布很不均匀 ❖ 产生压降的主要原因：
1．由流体与颗粒表面之间的摩擦所引起的------粘性摩擦阻力 2．流体流动过程中，因孔道截面的突然扩大和收缩以及流体对颗
粒的撞击而产生的------形体阻力。
u 空床气速（表观速度）
将le、de、u表达式代入得：
u 空床气速（表观速度）
u
L p1
le
2020/8/7
de
u 真实速度
13
二、过滤基本方程
u
3
p12Leabharlann a 2 1 2 L令 r 2Ca 2 1 2
3
过滤速度
u
p1
rL
dV
Ad
dq
d
过滤推动力 过滤阻力
---单位时间内通 过单位过滤面
积的滤液体积
u p1 p2 p2
2p 1 s K
r0 c
特点： K不为常数，而u为常数。
u
dV
Ad
过滤推动力
过滤阻力
KA
2V Ve
V
A
常数
整理得：
V2
VVe
K 2
A2
或
q2
qqe
K 2
若过滤介质阻力可忽略不计，则
V 2 K A2
2
或
2020/8/7
q2 K
2
△p
u 表观速度
19
二、过滤基本方程
思考：先恒速再恒压操作，恒压段过滤方程？
成的滤布；
多孔性固体介质，如素瓷板或管、 烧结金属等。
滤饼过滤
2020/8/7
9
一、概述
滤饼的压缩性：
空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。
滤浆
助滤剂：
滤饼
是不可压缩的粉状或纤维状固体， 过滤介质 如硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉。 滤液
使用时，可预涂，也可以混入待滤 的滤浆中一起过滤。
滤饼过滤
2020/8/7
2. 滤饼过滤
一、概述
两
种
过
滤 方 式滤 深
层 饼
过 过
滤 滤
推动力：重力、压力、离心力
架桥现象
滤浆
滤饼
过滤介质 滤液
2020/8/7
深层过滤
滤饼过滤
8
过滤介质：
多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有 滤浆
足够的机械强度。
滤饼
工业用过滤介质主要有：
过滤介质
织物介质，如棉、麻、丝、毛、合 滤液
成纤维、金属丝等编织
L cV A
Le
cVe A
代入过滤速度表达式中：
dV
Ad
pA
crV Ve
压缩指数
令
r r0p s
s=0.20.8（可压缩滤饼） s=0（不可压缩滤饼）
比阻
故
dV
p1s A
Ad r0c V Ve
令K 2p1s
r0 c
2020/8/7
15
2020/8/7
二、过滤基本方程
过滤常数
dV
KA2
目的： 获得洁净的流体或获得作为产品的固体颗粒。
名词： 滤浆（料浆）——是指被处理的悬浮液； 过滤介质 ——过滤操作中采用的多孔物质； 滤液——是指通过介质孔道的液体； 滤饼——是指被截留的固体颗粒。
1.过滤操作的分类
1.饼层过滤（滤饼过滤） 定义:过滤过程中在过滤介质表面形成固体颗粒的滤饼层.
d 2V Ve
dq
d
K
2q
qe
-----过滤基本方程
△p
u 表观速度
16
二、过滤基本方程
影响K的因素：
滤饼性质（s、、a） 滤浆性质（c、） 推动力（p）
2p 1 s K
r0 c
2Ca 2 1 2
r
3
△p
影响qe或Ve 的因素：
过滤介质的性质（孔的结构、、r0、厚度）
u 表观速度
2020/8/7
为了在过滤过程中限制滤饼的增厚，Tiller于1977 年提出了动态过滤的方式。
动态过滤操作时料浆沿过滤介质表面作高速流动， 滤液与料浆呈错流（交错流动），使滤饼在剪切 力的作用下不会增厚，这样就可维持较高的过滤 能力。
动态过滤需多耗机械能，且不能得到含固量高的 滤饼，操作中因料浆粘度不断增加，过大的阻力 可能使电机过载。
4
a1
aB a1
u 空床气速（表观速度）
u
2020/8/7
L
le
u
de
真实速度
12
二、过滤基本方程
由质量守恒得：Au Au
u u
床层截
面积
滤饼内，雷诺数很小，属层流流动，
64 Re
Re deu
于是： w f
p1
le
de
u2 2
u p1
32l e
d
2 e
------哈根-泊谡叶方程
定义：将固体颗粒截留在 过滤介质内部，且过滤介 质表面不生成滤饼。
小于床层孔道直径的粒子， 因分子间力和静电作用力 的作用，粒子粘附在孔道 壁面上被截留。
适用于滤浆中固体颗粒的 含量0.1%(v),且粒径较 小的场合。
3 动态过滤
饼层过滤中，饼层不断增厚，阻力亦不断增加， 在推动力保持不变时则过滤速率会不断变小。
滤浆
滤饼 过滤介质
滤液
滤饼过滤
2020/8/7
3
过滤之初滤液浑浊?由于滤浆中部分固体颗粒的 粒径小于介质的孔径，而在过滤之初穿过介质。 但颗粒会在孔道内很快发生“架桥”现象，并 形成滤饼层，滤液由浑浊变为清澈。
随着过滤的进行，滤饼增厚，过滤阻力增加， 在推动力不变时，过滤速度变慢。
2 深层过滤
17
二、过滤基本方程
2、恒压过滤
特点： K为常数
u
dV
Ad
过滤推动力
过滤阻力
KA
2V Ve
积分得： V 2 2VVe KA2
或
q 2 2qqe K
若过滤介质阻力可忽略不计，则
或
2020/8/7
V 2 KA2 q 2 K
2p 1 s K
r0 c
△p u 表观速度
18
3、恒速过滤
二、过滤基本方程
2020/8/7
L
11
二、过滤基本方程
1、过滤基本方程的推导
简化模型：假定：
(1)细管长度le与床层高度L成正比
(2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积，
固体颗粒 床层体积
流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。
le CL
de
4流通截面积
润湿周边
4细管的流动空间
细管的全部内表面积
4V
a BV
四.过滤
过滤是指以某种多孔物质作为介质，在外力的作用 下，使流体通过介质的孔道而固体颗粒被截留下来， 从而实现固体颗粒与流体分离目的的操作。
除气固系中的颗粒
过滤
除液固系中的固体颗粒
化工生产中过滤大多用于悬浮液中固液分离，本节只 介绍悬浮液的过滤操作。
重力
实现过滤操作的外力 压强差
或惯性离心力
p
过滤总推动力
r L
Le
（滤饼
阻
力
介质阻力）
△p1
思考：
△p2
影响过滤阻力的因素有哪些？
影响过滤速度的因素有哪些？
2020/8/7
u 表观速度
即过滤速度
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二、过滤基本方程
p
u rL Le
设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体
积为c（m3滤饼/m3滤液），则
u
dV
Ad
过滤推动力
过滤阻力
KA
2V Ve
或
dq
d
K
2q
10
二、过滤基本方程
过滤过程流动的特点： ❖ 流体在固定床中同一截面上的流速分布很不均匀 ❖ 产生压降的主要原因：
1．由流体与颗粒表面之间的摩擦所引起的------粘性摩擦阻力 2．流体流动过程中，因孔道截面的突然扩大和收缩以及流体对颗
粒的撞击而产生的------形体阻力。
u 空床气速（表观速度）
将le、de、u表达式代入得：
u 空床气速（表观速度）
u
L p1
le
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de
u 真实速度
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二、过滤基本方程
u
3
p12Leabharlann a 2 1 2 L令 r 2Ca 2 1 2
3
过滤速度
u
p1
rL
dV
Ad
dq
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过滤推动力 过滤阻力
---单位时间内通 过单位过滤面
积的滤液体积
u p1 p2 p2
2p 1 s K
r0 c
特点： K不为常数，而u为常数。
u
dV
Ad
过滤推动力
过滤阻力
KA
2V Ve
V
A
常数
整理得：
V2
VVe
K 2
A2
或
q2
qqe
K 2
若过滤介质阻力可忽略不计，则
V 2 K A2
2
或
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q2 K
2
△p
u 表观速度
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二、过滤基本方程
思考：先恒速再恒压操作，恒压段过滤方程？
成的滤布；
多孔性固体介质，如素瓷板或管、 烧结金属等。
滤饼过滤
2020/8/7
9
一、概述
滤饼的压缩性：
空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。
滤浆
助滤剂：
滤饼
是不可压缩的粉状或纤维状固体， 过滤介质 如硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉。 滤液
使用时，可预涂，也可以混入待滤 的滤浆中一起过滤。
滤饼过滤
2020/8/7
2. 滤饼过滤
一、概述
两
种
过
滤 方 式滤 深
层 饼
过 过
滤 滤
推动力：重力、压力、离心力
架桥现象
滤浆
滤饼
过滤介质 滤液
2020/8/7
深层过滤
滤饼过滤
8
过滤介质：
多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有 滤浆
足够的机械强度。
滤饼
工业用过滤介质主要有：
过滤介质
织物介质，如棉、麻、丝、毛、合 滤液
成纤维、金属丝等编织
L cV A
Le
cVe A
代入过滤速度表达式中：
dV
Ad
pA
crV Ve
压缩指数
令
r r0p s
s=0.20.8（可压缩滤饼） s=0（不可压缩滤饼）
比阻
故
dV
p1s A
Ad r0c V Ve
令K 2p1s
r0 c
2020/8/7
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2020/8/7
二、过滤基本方程
过滤常数
dV
KA2
目的： 获得洁净的流体或获得作为产品的固体颗粒。
名词： 滤浆（料浆）——是指被处理的悬浮液； 过滤介质 ——过滤操作中采用的多孔物质； 滤液——是指通过介质孔道的液体； 滤饼——是指被截留的固体颗粒。
1.过滤操作的分类
1.饼层过滤（滤饼过滤） 定义:过滤过程中在过滤介质表面形成固体颗粒的滤饼层.
d 2V Ve
dq
d
K
2q
qe
-----过滤基本方程
△p
u 表观速度
16
二、过滤基本方程
影响K的因素：
滤饼性质（s、、a） 滤浆性质（c、） 推动力（p）
2p 1 s K
r0 c
2Ca 2 1 2
r
3
△p
影响qe或Ve 的因素：
过滤介质的性质（孔的结构、、r0、厚度）
u 表观速度
2020/8/7
为了在过滤过程中限制滤饼的增厚，Tiller于1977 年提出了动态过滤的方式。
动态过滤操作时料浆沿过滤介质表面作高速流动， 滤液与料浆呈错流（交错流动），使滤饼在剪切 力的作用下不会增厚，这样就可维持较高的过滤 能力。
动态过滤需多耗机械能，且不能得到含固量高的 滤饼，操作中因料浆粘度不断增加，过大的阻力 可能使电机过载。
4
a1
aB a1
u 空床气速（表观速度）
u
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L
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真实速度
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二、过滤基本方程
由质量守恒得：Au Au
u u
床层截
面积
滤饼内，雷诺数很小，属层流流动，
64 Re
Re deu
于是： w f
p1
le
de
u2 2
u p1
32l e
d
2 e
------哈根-泊谡叶方程
定义：将固体颗粒截留在 过滤介质内部，且过滤介 质表面不生成滤饼。
小于床层孔道直径的粒子， 因分子间力和静电作用力 的作用，粒子粘附在孔道 壁面上被截留。
适用于滤浆中固体颗粒的 含量0.1%(v),且粒径较 小的场合。
3 动态过滤
饼层过滤中，饼层不断增厚，阻力亦不断增加， 在推动力保持不变时则过滤速率会不断变小。
滤浆
滤饼 过滤介质
滤液
滤饼过滤
2020/8/7
3
过滤之初滤液浑浊?由于滤浆中部分固体颗粒的 粒径小于介质的孔径，而在过滤之初穿过介质。 但颗粒会在孔道内很快发生“架桥”现象，并 形成滤饼层，滤液由浑浊变为清澈。
随着过滤的进行，滤饼增厚，过滤阻力增加， 在推动力不变时，过滤速度变慢。
2 深层过滤
17
二、过滤基本方程
2、恒压过滤
特点： K为常数
u
dV
Ad
过滤推动力
过滤阻力
KA
2V Ve
积分得： V 2 2VVe KA2
或
q 2 2qqe K
若过滤介质阻力可忽略不计，则
或
2020/8/7
V 2 KA2 q 2 K
2p 1 s K
r0 c
△p u 表观速度
18
3、恒速过滤
二、过滤基本方程
2020/8/7
L
11
二、过滤基本方程
1、过滤基本方程的推导
简化模型：假定：
(1)细管长度le与床层高度L成正比
(2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积，
固体颗粒 床层体积
流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。
le CL
de
4流通截面积
润湿周边
4细管的流动空间
细管的全部内表面积
4V
a BV
四.过滤
过滤是指以某种多孔物质作为介质，在外力的作用 下，使流体通过介质的孔道而固体颗粒被截留下来， 从而实现固体颗粒与流体分离目的的操作。
除气固系中的颗粒
过滤
除液固系中的固体颗粒
化工生产中过滤大多用于悬浮液中固液分离，本节只 介绍悬浮液的过滤操作。
重力
实现过滤操作的外力 压强差
或惯性离心力