顆粒流體力學(xué)基礎(chǔ)和機(jī)械分離及設(shè)備講解

1、顆粒流體力學(xué)基礎(chǔ)和機(jī)械分離及設(shè)備講解3.1 概述3.2 單顆粒與顆粒群的幾何特性3.3 流體通過固定床層的流動與液體過濾3.4 顆粒沉降與沉降分離設(shè)備3.5 固體流態(tài)化 3.1 概述3.1.1 流體非均相混合物的分離與顆粒流體力學(xué)1. 非均相物系： (1)定義：物系內(nèi)部存在相界面且界面兩側(cè)的物理性質(zhì)完全不同。(2)類型：氣態(tài)非均相物系：含塵氣體，含霧氣體 液態(tài)非均相物系：懸浮液，乳濁液，泡沫液2. 分散相（分散質(zhì)）：非均相物質(zhì)中處于分散狀態(tài)的物質(zhì)。如懸浮液中的固體顆粒。3. 連續(xù)相（分散介質(zhì)）：包圍分散質(zhì)的處于連續(xù)狀態(tài)的流體。如懸浮液中的液體。4.非均相物系分離的依據(jù)：分散相與連續(xù)相之間的物理

2、性質(zhì)的差異。如密度、顆粒外徑等5. 分離方法：機(jī)械法即使分散質(zhì)與分散相之間發(fā)生相對運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)分離。6. 理論基礎(chǔ)：顆粒流體力學(xué)7. 分離目的：回收分散質(zhì)，如從氣固催化反應(yīng)器的尾氣中收集催 化劑顆粒 凈化分散介質(zhì)，如原料氣中顆粒雜質(zhì)的去除以凈化 反應(yīng)原料，環(huán)保方面煙道氣中煤炭粉粒的除去。3.2 單顆粒與顆粒群的幾何特性3.2.1 單顆粒的幾何特性1. 球形顆粒體積v=(/6)dp3 m3 表面積 s=dp2 m2比表面積為a=s/v=6/dp 1/m dp 球形顆粒的直徑，m2. 非球形顆粒（1）常用的參量： 等體積當(dāng)量直徑de,v：與非球形顆粒體積相等的球的直徑。 de,v=(6v/)1/3

3、v為非球形顆粒的體積。球形系數(shù) ：與非球形顆粒體積相等的球的表面積與該顆粒表面積之比。 =d2e,v/s S為非球形顆粒的表面積。（2）非球形顆粒的體積、表面積、比表面積體積v=(/6) d3e,v m3表面積s=d2e,v/ m2比表面積a=s/v=6/de,v 1/m3.2.2 顆粒群的幾何特性了解固定床的幾何特性首先要作篩分分析，確定粒度分布。一. 篩分分析（1）定義:1.標(biāo)準(zhǔn)篩:一般使用的篩。有泰勒制，日本制，德國制及原蘇聯(lián)制等。我國用泰勒制。2.篩號:指沿絲線走向1英寸長具有的孔數(shù)。3.篩余量:截留在該篩面上的顆粒質(zhì)量。4.篩過量:通過該號篩的顆粒質(zhì)量。（2）原始數(shù)據(jù)作出的顆粒粒徑分

4、布狀況表達(dá)式有三種1.表格式(見下一頁)Fd(見下一頁)分布函數(shù)F即篩過量質(zhì)量分?jǐn)?shù)。D為篩孔尺寸。從圖上可以看出：孔徑Ffdp(d)(見下一頁)頻率函數(shù)f=dF/d(dp)， 頻率函數(shù)曲線與橫坐標(biāo)之間的面積為1。由橫坐標(biāo)上di-1di間作向上垂線截止于頻率函數(shù)曲線上，則在此顆粒范圍內(nèi)頻率函數(shù)曲線與橫軸之間的面積為該顆粒范圍內(nèi)顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，表達(dá)了各粒度顆粒出現(xiàn)的概率密度的大小。二. 顆粒群的平均直徑P97表1 石英砂的篩分?jǐn)?shù)據(jù)其中平均粒徑dpi=(di+1+di)/2，如1.524=(1.651+1.397)/2編號篩號范圍平均粒徑dp， mm質(zhì)量分?jǐn)?shù) x篩孔尺寸d， m篩過量質(zhì)量分?jǐn)?shù)F19/

5、101.8160.041.651（10號）0.96210/121.5240.061.397 （12號）0.9312/141.2830.241.168 （14號）0.66414/161.080.220.991 （16號）0.44516/200.9120.250.833 （20號）0.19620/240.7670.160.701 （24號）0.03724/280.6450.020.589 （28號）0.01828/0.2950.010（無孔底盤）0圖3-2分布函數(shù)曲線與頻率函數(shù)曲線三. 床層特性固定床：眾多固體顆粒堆積而成的靜止的顆粒層。 1.床層空隙率定義:床層空隙率=（床層體積-顆粒體積）/床

6、層體積 對于同樣的顆粒群，堆積方法不同，床層空隙率也不相同。床層空隙率一般在0.47至0.7之間波動。堆積密度：單位體積床層內(nèi)固體顆粒的質(zhì)量。真實(shí)密度：顆粒的密度。2.床層各向同性: 對于亂堆的床層，因各部位顆粒的大小、方向是隨機(jī)的，當(dāng)床層足夠大或者顆粒足夠小時，可以認(rèn)為床層是均勻的，各局部區(qū)域的空隙率相等，床層是各向同性的。 推論：床層內(nèi)任一截面上空隙面積與截面總面積之比（即自由截面率）在數(shù)值上等于空隙率。aB：顆粒的比表面積a指每m3顆粒具有的表面積，而床層比表面積指每m3床層體積具有的顆粒表面積。顯然， aB=（1- ）a 3.3 流體通過固定床層的流動與液體過濾3.3.1 流體通過固定

7、床層的流動一. 基本概念 1. 過濾: 是指以某種多孔物質(zhì)作為介質(zhì)，在外力的作用下，流體通過介質(zhì)的孔道，而使固體顆粒被截留下來，從而實(shí)現(xiàn)固體顆粒與流體分離目的的操作。過濾可去除氣固體中的固體顆粒，也可去除液固體中的固體顆粒，化工生產(chǎn)過程中，過濾大多用于懸浮液中固液分離，本節(jié)只介紹懸浮液的過濾操作。2. 實(shí)現(xiàn)過濾操作的外力: 可以是重力，壓差或慣性離心力，在化工生產(chǎn)過程中應(yīng)用最多的是以壓強(qiáng)差為推動力的過濾。3. 濾漿（料漿):指被處理的懸浮液。4. 過濾介質(zhì) :過濾操作中采用的多孔物質(zhì)。5. 濾液:是指通過介質(zhì)孔道的液體。6. 濾餅:是指被截留的固體顆粒。7. 過濾目的: 獲得潔凈的液體或獲得作

8、為產(chǎn)品的固體顆粒。二. 過濾操作的分類1、餅層過濾（濾餅過濾）(1) 定義: 若懸浮液中固體顆粒的體積百分?jǐn)?shù)大于1%，則過濾過程中在過濾介質(zhì)表面會形成固體顆粒的濾餅層，這種過濾操作稱為餅層過濾。(2) 特點(diǎn): 在餅層過濾中，由于懸浮液中的部分固體顆粒的粒徑可能會小于介質(zhì)孔道的孔徑，因而過濾之初會有一些幼小顆粒穿過介質(zhì)而使液體渾濁，但顆粒會在孔道內(nèi)很快發(fā)生“架橋”現(xiàn)象，并開始形成濾餅層，濾液由渾濁變?yōu)榍宄?。此后過濾就能有效進(jìn)行了。(3)小結(jié): 在餅層過濾中，真正起截留顆粒作用的是濾餅層而不是過濾介質(zhì)，在餅層過濾過程中，濾餅會不斷增厚。過濾的阻力隨之增加，在推動力不變下，過濾速度會愈來愈小。2、深

9、層過濾(1) 定義: 當(dāng)懸浮液中固體顆粒的百分?jǐn)?shù)在0.1%以下且固體顆粒的粒度很小時，若以小而堅硬的固體顆粒堆積生成的固定床作為過濾介質(zhì)，將懸浮于液體中的固體顆粒截留在床層內(nèi)部且過濾介質(zhì)表面不生成濾餅的過濾稱為深層過濾。(2) 適用范圍: 深層過濾適用于浮液中固體顆粒的體積百分?jǐn)?shù)小于0.1%，且固體顆粒粒徑較小的場合。(3)特點(diǎn): 深層過濾中，由于懸浮液的粒子直徑小于床會孔道直徑，所以粒子隨著液體一起流入床層內(nèi)的曲折通道，在穿過此曲折通道時，因分子間力和靜電作用力的作用，使懸浮粒子粘附在孔道壁面上而被截留。過濾介質(zhì)表面不生成濾餅，且整個過濾過程中過濾阻力不變。3. 動態(tài)過濾 前已述及，餅層過濾

10、中，餅層不斷增厚，阻力亦不斷增加，在推動力（如壓強(qiáng)差）保持不變時則過濾速率會不斷變小。 為了在過濾過程中限制濾餅的增厚，Tller于1977年提出了被稱為動態(tài)過濾的新過濾方式。(1) 定義: 動態(tài)過濾可描述為料漿沿過濾介質(zhì)表面作高速流動，使得濾餅在剪切力的作用下不會增厚，這樣就可維持較高的過濾能力。如圖3-3所示P101。(2) 特點(diǎn): 動態(tài)過濾中，濾液與料漿呈錯流（交錯流動）。 動態(tài)過濾需多耗機(jī)械能，且不能得到含量高的濾餅，操作中因料漿粘度不斷增加，過大的阻力可能使電機(jī)過截， 因此使用動態(tài)過濾需十分謹(jǐn)慎。 化工生產(chǎn)中使用最大的是餅層過濾，故以后只介紹餅層過濾的基本原理及計算。三. 過濾介質(zhì)(

11、1)定義: 過濾介質(zhì)是一種多孔物質(zhì)，它是濾餅的支承物，它應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和盡可能小的流動阻力，過濾介質(zhì)的孔道直徑往往會大于懸浮液中一部分顆粒的直徑。(2)種類: 工業(yè)上常用的過濾介質(zhì)主要有以下幾類：1、織物介質(zhì)，又稱濾布，它由棉、毛、絲、麻等天然纖維及由各種合成纖維制成的織物，以及由玻璃絲、金屬絲等織成的網(wǎng)。2、粒狀介質(zhì)：包括細(xì)紗、木炭、石棉、硅藻土等細(xì)小堅硬的顆粒狀物質(zhì)，多用于深床過濾。3、多孔道固體介質(zhì)：它是具有很多微細(xì)孔道的固體材料，如多孔陶瓷，多孔塑料及多孔金屬制成的板式管。四. 濾餅(1) 定義: 濾餅是由被截留下來的顆粒壘積而成的固定床層，隨著過濾操作的進(jìn)行，濾餅的厚度與流動阻

12、力都逐漸增加。(2) 濾餅的種類:1.不可壓縮性濾餅：構(gòu)成濾餅的顆粒是不易變形的堅硬固體顆粒，顆粒結(jié)構(gòu)不隨操作壓差的改變而變，固其單位厚度床層的流動阻力可認(rèn)為是恒定的，如硅藻土，碳酸鈣等。2. 可壓縮性濾餅：構(gòu)成濾餅的固體顆粒易變形，濾餅空隙率隨操作壓差的增大而變小，如AL（OH）3等。五. 助濾劑 對于可壓縮性濾餅，壓差增加時，餅層顆粒間的孔道會變窄，有時會因顆粒過于細(xì)密而將通道堵塞，為了避免此種情況，可將某種質(zhì)地堅硬且能形成疏松床層的另一種固體顆粒預(yù)先涂于過濾介質(zhì)上，或者混入懸浮液中，以形成較為疏松的濾餅，使濾液得以暢流，這種物質(zhì)稱為助濾劑，如硅藻土等。六. 濾餅過濾物料衡算設(shè)過濾面積Am

13、2 ，濾液Vm3 ，濾餅厚度Lm ，濾餅空隙率懸浮液(V+LA) 過濾機(jī)濾液V 濾餅LA 液體LA 固體LA(1-)設(shè)懸浮液的濃度kg固體/m3清液，固體真實(shí)密度pkg/m3=LA(1-)p/(V+LA) kg/m3清液一般VLA ，則=LA(1-)p/Vq=V/A ，單位過慮面積獲得的濾液量，則=L(1-)p/q L= q/ (1-)p 3.3.2 流體通過固定顆粒床層的壓降 流體通過固定顆粒床層的流動在化工生產(chǎn)和自然界中常見的現(xiàn)象。例如，過濾過程中濾液通過濾餅層的流動；固定床催化反應(yīng)過程中流體在固體催化劑床層中的流動以及地下水在土壤、砂層中的滲流等。 流體通過固定顆粒床層的流動，一方面使流

14、體速度分布均勻，另一方面產(chǎn)生壓強(qiáng)降（即流動阻力）。 對于過濾等操作過程而言，工程上感興趣的是流體通過固定顆粒床層的壓降，而不是速度分布。一. 流動阻力 已學(xué)流體力學(xué)知識1.定性分析: 表面摩擦力、形體阻力 2.定量計算: 直管流動方式: 范寧公式p=(l/d)(u2/2 ) 問題是：范寧方式能否適用流體通過固定顆粒床層的壓降呢？二. 流體通過固定顆粒床層壓降直接計算時存在的困難：彎曲變截面的網(wǎng)狀通道 流體流道的彎彎曲曲，變截面的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，由于構(gòu)成顆粒層的顆粒大小不均勻，形狀不規(guī)則，所形成的通道是彎曲的，變截面的幾何形狀，而且形成縱橫交錯的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。彎曲、變截面的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)成為顆粒內(nèi)流體通道的特點(diǎn)

15、，也是流動阻力直接計算的困難。因?yàn)橛梅秾幏绞接嬎銜r無法確定流體通過顆粒層的邊界條件。 對于復(fù)雜的問題工程上常用的方法是將其簡化即數(shù)學(xué)模型法。三. 數(shù)學(xué)模型法1.建立物理模型: 對該過程進(jìn)行合理的物理的抽象和簡化，建立物理模型，這里的物理是一個廣義的概念，包括物理、化學(xué)、生物、工程等，如研究天體時將其看成一個質(zhì)點(diǎn)。2.建立數(shù)學(xué)模型: 在物理模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)學(xué)的抽象與簡化，用數(shù)學(xué)的方式來反映物理模型的本質(zhì)，如用微分、積分、代數(shù)、函數(shù)等來反映，具體情況根據(jù)各門科學(xué)的特有的規(guī)律而定，這樣建立的方程式被稱為數(shù)學(xué)模型。 u1 p L 合理簡化 p Le 數(shù)學(xué)描述 本質(zhì)近似 u(空速) de u (空速)

16、 實(shí)際過程 簡化物理模型數(shù)學(xué)模型 模型檢驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)引入模型參數(shù) 確定參數(shù) 數(shù)學(xué)模型法檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮侠硇?一個好的數(shù)學(xué)模型通常是去掉次要矛盾而抓住了主要矛盾，形成典型化的對象，因此所建立的數(shù)學(xué)模型能在多大程度上反映事物的本質(zhì)，必須接受實(shí)踐的檢驗(yàn)，即進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的求解，解答結(jié)果同實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對照，看是否相符，若不相符則需要修改。一個好的模型往往需要經(jīng)過多次的檢驗(yàn)和修改才能完成，甚至有時會出現(xiàn)建立的模型被徹底推翻的情況。 能反映事物本質(zhì)的數(shù)學(xué)模型不僅能通過它研究事物，揭示其深刻的內(nèi)在規(guī)律，甚至能預(yù)示其新的發(fā)展階段。模型參數(shù)的確定 模型參數(shù)的確定可以通過經(jīng)驗(yàn)公式來計算，通過實(shí)驗(yàn)來測定，也可以通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)

17、化擬合得到。四. 床層的一維簡化物理模型 顆粒床層簡化模型常用的有一維、二維和三維模型，這些模型都是將流體通過固定床層的流動進(jìn)行了大量的簡化，因此所得到的數(shù)學(xué)模型只能在一定范圍內(nèi)反映事物的規(guī)律。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是數(shù)學(xué)理論的發(fā)展，一些新的在更大程度上能反映流動規(guī)律的模型相繼問世。如流體流過一個顆粒表面，當(dāng)流速較小時顆粒后面的流體運(yùn)動是定常的，當(dāng)流速大到一定程度會發(fā)生邊界層分離現(xiàn)象，顆粒后面的流體運(yùn)動變?yōu)橥牧鬟\(yùn)動， 這就屬于數(shù)學(xué)中的混沌現(xiàn)象， 由此建立的混沌模型就比較復(fù)雜。又如固定床層中的顆粒通?？闯汕蛐?，對于非球形顆粒通常用平均半徑來表示，當(dāng)考慮顆粒的具體的不規(guī)則形狀時，就可能出現(xiàn)非整數(shù)

18、維數(shù)，由此建立的數(shù)學(xué)模型也就很復(fù)雜了。但在工程上使用最廣、最成熟的是一維模型?，F(xiàn)在介紹床層的一維簡化模型。1簡化的依據(jù)：過程的特殊性爬流 流體通過顆粒層的流動一般是很緩慢的，呈爬流狀態(tài)，不存在邊界層脫體，爬流是這過程所特有的因此流動壓降主要來自表面摩擦，它只與流體通道的表面積成正比，而與通道的形狀幾乎無關(guān)，亦即只與顆粒的表面積成正比，而與顆粒的形狀是球形、菱形、方形還是流線形無關(guān)。2合理的簡化 既然如此可將復(fù)雜的不規(guī)則的網(wǎng)狀通道簡化為許多管徑為de，長度為Le的平行細(xì)管。 de=4rH=4流道截面積/潤濕周邊長= 4(流道截面積床層高度) /(潤濕周邊長床層高度)= 4流道體積/床層流道內(nèi)表面

19、積=4 床層空隙率/床層比表面積=4/a(1-) de為床層空隙的等量直徑。Le為固定床層顆粒的等量高度，Le 與床層厚度L有關(guān)。3本質(zhì)近似（等效） 簡化不能失真，簡化的物理模型與實(shí)際過程在本質(zhì)上要近似（等效）。在此體現(xiàn)為：1）在相同的u條件下，兩者的P應(yīng)相同。2）細(xì)管的內(nèi)表面積等于床層顆粒的全部表面積。3）細(xì)管的全部流動空間等于顆粒床層的空隙體積。五. 建立數(shù)學(xué)模型，引入模型參數(shù) 對簡化的物理模型進(jìn)行數(shù)學(xué)模型，建立數(shù)學(xué)模型，引入模型參數(shù)，由范寧方式p=(le/de)(u12/2 )空速u=V/A A：床層橫截面積細(xì)管流速(按床層橫截面積中孔隙面積計算的流速)u1=V/A細(xì)管流速u1=u/或

20、p/L=(le/L)(u12/2de) 式中de=4/a(1-) 則令=(Le/8L) 則 單參數(shù)方程 : 模型參數(shù)，物理意義為摩擦系數(shù)。 六. 模型的檢驗(yàn)和模型參數(shù)的確定 上述的簡化處理只是一種假設(shè)，其有效性必須通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，其中的模型參數(shù)亦經(jīng)由實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定。 當(dāng)Re=deu1/4=u / a(1-) 2時 康采尼方程 pu 成一次關(guān)系(即壓降正比于流速的一次方)，流動阻力為表面摩擦阻力，證明假設(shè)是成立的，簡化是合理的。實(shí)測值與康采尼方程計算值的誤差不超過10%。 總結(jié)：以上借助于流體通過固定顆粒床層的流動壓降計算介紹了數(shù)學(xué)模型法。數(shù)學(xué)模型法是處理工程問題的基本研究方法之一，其核心是合理簡化

21、本質(zhì)近似。2.歐根 當(dāng)Re 400 則歐根方程對于非球形顆粒 a=6/dm 則 亦稱為歐根方程 式中第一項含有u的一次方，主要表示粘性阻力，第二項含有u的二次方，主要表示渦流阻力。應(yīng)用歐根方程的Re范圍比康采尼方程的廣得多，但流體流過固定床時的流速通常甚小，一般Re 2，這時使用康采尼方程更簡單、準(zhǔn)確。 Re 20/6時 右第二項可略 Re 1000/6時 右第一項可略 歐根方程的誤差約為25%，且不適用于細(xì)長物體和瓷環(huán)等塔用填料。 從康采尼或歐根方程可以看出，影響床層流動壓降的變量有三類：操作變量u ，流體物性， ，床層特性，a，其中影響最大的是。3.3.3 過濾基本方程式一過濾速率設(shè)過濾面

22、積A m2，過濾時間 s，濾液量V m3。定義:過濾速率 ，過濾速度 在過濾操作中，一般懸浮液中所含固體顆粒的尺寸都很小，所以，濾液在濾餅層中流動多處于康采尼方程適用的低雷諾數(shù)范圍內(nèi)，即 過濾速度由于濾餅厚度不易測，故通過濾餅過濾物料衡算知：濾餅厚度 pm: 濾餅兩側(cè)壓差。二濾餅的阻力對于不可壓縮濾餅，=const， a=const，所以， 反映顆粒物性，因物料而異。令 r為濾餅比阻， m/kg固，反映濾餅的結(jié)構(gòu)情況。 則 過濾速率=濾餅兩側(cè)推動力/濾餅阻力 （過程速率=過程推動力/過程阻力） (rq): 濾餅結(jié)構(gòu)因素，即單位過濾面積因通過濾液所生成濾餅的阻力結(jié)構(gòu)因素。單位1/m (rq):

23、過濾阻力，是濾液粘度與濾餅結(jié)構(gòu)因素(rq)兩部分組成。 : 每m3濾液對應(yīng)的固體質(zhì)量(q): 單位過濾面積生成濾餅中固體的kg數(shù)三過濾介質(zhì)的阻力 餅層過濾中，過濾介質(zhì)的阻力一般都比較小，但在過濾的初始階段濾餅尚薄的期間，過濾介質(zhì)的阻力不可忽略。過濾介質(zhì)的阻力與其厚度及致密度有關(guān)，一般可視為常數(shù)。設(shè)Le為與過濾介質(zhì)的阻力相等的濾餅的厚度，當(dāng)然Le是一個虛擬值，假想的，稱為當(dāng)量濾餅厚度。把濾布阻力看成是當(dāng)量厚度Le米的濾餅阻力，此當(dāng)量濾餅層的結(jié)構(gòu)及顆粒特性與真實(shí)濾餅相同，且其單位過濾面積通過qe(qe=Ve/A)濾液生成。所以:濾餅 過濾介質(zhì)(濾布)則 在一定的操作條件下，以一定介質(zhì)過濾一定懸浮液

24、時，Le為定值，但同一介質(zhì)在不同的過濾操作中Le值不同。 四過濾基本方程式 對于可壓縮的濾餅，比阻r是p的函數(shù)，一般可用如下的經(jīng)驗(yàn)公式表示。S:壓縮性指數(shù)，無因此。S增加，濾餅易壓縮性增加，比阻r 受壓差的影響增加。一般0.2s r0:比阻系數(shù)，與r同單位，m/kg固，取決于物系，為操作壓差為1Pa的r值。pm:料漿與濾液的壓差，Pa 。 則:上式表示過濾過程中任一瞬間的過濾速率與各有關(guān)因素(，r0，p，s)之間的關(guān)系，它是進(jìn)行過濾計算的基本依據(jù)。令 則 過濾基本方程式 恒壓過濾一. 恒壓過濾方程式 恒壓過濾是指過濾操作是在恒定壓強(qiáng)下進(jìn)行，即p為常數(shù)。恒壓過濾時，濾餅會不斷增厚導(dǎo)致阻力逐漸增大

25、，過濾速度逐漸降低。 對于一定的懸浮液， ，r0可視為常數(shù)。對于給定的過濾設(shè)備及過濾介質(zhì)而言，式中A，Ve亦為常數(shù)。 對過濾基本方程式進(jìn)行積分時，須確定積分上下限（或稱之為邊界條件） =0 ，q=0； = ， q=q得: (1) 如濾布阻力的當(dāng)量濾餅層的形成按該恒壓過濾規(guī)律計，需時間e ，把積分起點(diǎn)置于當(dāng)量濾餅層剛開始形成的時刻: qe2=Ke (2) (1)+(2): (q+qe)2=K(+ e) 其中:K、 qe、e 由實(shí)驗(yàn)測定，K與懸浮液性質(zhì)和操作壓差有關(guān)，恒壓過濾K為常數(shù)。 qe和e 是反映過濾介質(zhì)阻力大小的常數(shù)。 若介質(zhì)阻力可忽略，則Ve=0，qe=0，則q2=K二過濾常數(shù)qe，e，

26、K 恒壓過濾中，對于給定的懸浮液，則，r0，p，Le，s均為常數(shù)，所以qe，e，K亦為常數(shù)，三者被稱為過濾常數(shù)，其數(shù)值須由試驗(yàn)測定。恒速過濾與先恒速后恒壓過濾一. 恒速過濾 恒速過濾是指過濾速度恒定的過濾操作。由過濾基本方程式知，要保持恒速進(jìn)行則推動力p需隨時增大。恒速過濾時則: q2+qqe=(K/2) 隨著恒述過慮的進(jìn)行，q和K在增加，過慮阻力也在增加，要維持原有的速度，壓差必須增加，因受管道及設(shè)備受壓（耐壓）的限制，實(shí)際中幾乎沒有把恒速方式進(jìn)行到底的過濾操作。通常只是在過濾開始階段以較低的恒定速率操作，以免濾液混濁或阻塞過濾介質(zhì)，當(dāng)表壓升高至給定數(shù)值時，便采用恒壓操作，這就是先恒速后恒壓

27、過濾操作。二先恒速后恒壓過濾 若令q1，1分別為恒速升壓階段終了瞬間的濾液體積及過濾時間，則在此瞬間后開始的恒壓過濾操作階段有： (q2-q12)+2qe(q-q1)=K(-1) K為恒述過慮終了時的K值， 和q為從過濾開始計的值。3.3.6 過濾常數(shù)的測定 一. 恒壓下K，qe， e的測定 過濾速率方程式： 作恒壓過慮實(shí)驗(yàn)，測定一系列時刻的累計濾液量，然后在直角坐標(biāo)上標(biāo)繪 /q q的函數(shù)關(guān)系，可得一條直線，如圖3-4所示，斜率2/K，截距2qe/K。 二壓縮性指數(shù)S的測定 因?yàn)?K=2(pm)1-s/r0 所以 K=(1-s) pm+ (2/r0) 為求S及物料特性常數(shù)K，需先在若干不同的壓

28、強(qiáng)差下對制定物料進(jìn)行試驗(yàn)，求得若干過濾壓差pi下的Ki值，然后對Kp數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。可見在雙對數(shù)坐標(biāo)上Kp為一直線，其斜率為(1-S)，截距為lg(2k)，由此可求得k和S。rq logK 斜率2/K 斜率(1-) pm一定 2qe log(2/r0 ) K q pm=1 logpm圖3-4 恒壓過慮K和qe的確定 圖3-5 濾餅壓縮指數(shù)的確定濾餅的洗滌一. 洗滌目的：1）回收濾餅中殘留的濾液 2）除去濾餅中的可溶性雜質(zhì)所以在過濾操作結(jié)束時用某種液體對濾餅進(jìn)行洗滌。由于洗滌時濾餅厚度不變，所以在恒定的壓差下洗滌速率為常數(shù)。即若洗滌液用量為Vw，洗滌所需時間為w。三. 洗滌速率與過濾終了時的過濾速

29、率之間的關(guān)系 過濾終了時的過濾速率 若洗滌推動力與過濾終了時的壓強(qiáng)差相同，洗滌液與濾液的粘度大致相等時，則 存在一定的關(guān)系，它取決于過濾設(shè)備所采用的洗滌方式。葉濾機(jī)板框壓濾機(jī)若洗滌液的粘度w，（濾液）的不同，pw不同于p過濾，則過濾設(shè)備一. 過濾設(shè)備種類：1.間歇式：分過濾、洗滌、卸餅、清洗、安裝等步驟2. 連續(xù)式：大多真空操作二. 加壓葉濾機(jī)（如圖3-7所示） 恒壓操作，過濾面積=洗滌面積 過濾終了時的濾餅厚度=洗滌濾餅厚度三. 板框壓濾機(jī)（如圖3-8所示）1. 結(jié)構(gòu)：若干板，框交替排列，板，框都用支耳架在一對橫梁上，用壓緊裝置壓緊或拉開。2. 濾板結(jié)構(gòu)：凹凸紋路作用支撐濾布，提供濾液或洗滌

30、液的流道。分為洗滌板和非洗滌板兩種。3. 濾框結(jié)構(gòu)：有供料漿通過的暗孔，料漿在壓差的推動下籍框兩側(cè)覆蓋的濾布進(jìn)行過濾分離。4. 過濾操作液體流動路徑：料漿沿1通道輸入，通過濾框的暗孔進(jìn)入濾框，框中的料漿在壓差的推動下籍框兩側(cè)覆蓋的濾布進(jìn)行過濾分離。濾餅在框內(nèi)兩側(cè)生成并增長，濾液通過濾布流到濾板板面的凹槽后因板面凹槽有暗孔與2、4通道相連或與3通道相連，故濾液可由三條通道流到過濾機(jī)外。5. 洗滌操作液體流動路徑：洗滌液由3通道進(jìn)到洗滌板兩側(cè)，橫貫濾框，穿過框內(nèi)兩層濾餅及兩層濾布，到達(dá)非洗滌板的兩側(cè)凹槽，然后由2、4通道流出。圖3-8 板框式壓濾機(jī)6. 注意：過濾時一個濾框提供兩側(cè)過濾面積，洗滌時

31、若恒壓洗滌的壓差與過濾終了時的壓差相等，洗滌液粘度與濾液粘度相同，由于洗滌液通過框內(nèi)兩層濾餅和兩層濾布，洗滌阻力為過濾終了時的阻力的一倍，且洗滌面積為過濾面積之半，故洗滌速率為過濾終了時的速率的1/4。四. 轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)（如圖3-9所示）轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)是連續(xù)過濾操作設(shè)備，過濾，洗滌，卸餅連續(xù)進(jìn)行。過濾機(jī)的生產(chǎn)能力過濾機(jī)的生產(chǎn)能力是指單位時間獲得的濾液體積。 一間歇過濾機(jī)的生產(chǎn)能力1. 間歇過濾機(jī)的操作特點(diǎn)：操作周期=過濾時間+洗滌時間+輔助時間即 t= F+ w+ R輔助時間包括卸餅、清理和組裝等時間。G：G=3600VF/t= 3600VF/(F+w+ R) m3/h VF ：濾液量m3二

32、連續(xù)過濾機(jī)的生產(chǎn)能力 如前所述，連續(xù)過濾機(jī)的特點(diǎn)是過濾，洗滌，卸餅等操作。在轉(zhuǎn)筒表面的不同區(qū)域內(nèi)同時進(jìn)行，也即任何時刻總有一部分表面浸沒在料漿中進(jìn)行過濾，任何一塊表面在轉(zhuǎn)筒回轉(zhuǎn)一周過程中都只能部分進(jìn)行過濾操作。設(shè)轉(zhuǎn)筒表面浸入料漿中的分?jǐn)?shù)稱為浸沒度， =浸沒角度/360 若轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速為，則回轉(zhuǎn)一周的時間為T=60/n s 在T時間內(nèi)整個轉(zhuǎn)筒表面上任一點(diǎn)或全部轉(zhuǎn)筒面積所經(jīng)歷的過濾時間為： =T = 60/n 這樣就把真空回轉(zhuǎn)過濾機(jī)轉(zhuǎn)筒表面的連續(xù)過濾操作視為全部轉(zhuǎn)筒表面的間歇過濾，使恒壓過濾方程仍適用。 恒壓時：(v+vE)2=ka2(+ e) 每轉(zhuǎn)一周所得濾液為 m3/轉(zhuǎn) 則每小時的生產(chǎn)能力（每小時

33、所得濾液體積）為：G=60nV m3/h若介質(zhì)阻力不計， e=0，Ve=0nG但n過大，濾餅太薄不能卸除。三. 最大生產(chǎn)能力的確定1. 葉濾機(jī) 設(shè)葉濾機(jī)進(jìn)行恒壓過慮和恒壓濾餅洗滌操作，過濾面積A，過濾時間F，濾液量VF，洗滌壓差和過濾壓差相同，洗滌液粘度和濾液粘度相同。洗滌液用量VW為濾液量VF的J倍。過濾機(jī)清理和組裝時間R，濾布阻力可略。 過慮過程：Ve2=KAF 洗滌過程：求G的極大值可得： R=F+w時，G最大。2.板框壓濾機(jī) F+w= F（1+8J） =R時，G最大。3.4 顆粒沉降與沉降分離設(shè)備 沉降操作是借助某種力的作用，利用分散物質(zhì)與分散介質(zhì)的密度差異使之發(fā)生相對運(yùn)動而分離的過程

34、。沉降: 重力沉降 作用力是重力 離心沉降 作用力是慣性離心力3.4.1 重力沉降與重力沉降設(shè)備 一、球形顆粒的自由沉降 自由沉降：任一顆粒的沉降不因流體中存在其它顆粒而受干擾。即顆粒彼此間相互獨(dú)立，互不影響。它發(fā)生在流體中顆粒稀疏的情況中。1. 顆粒的受力分析流體靜止，球形顆粒的直徑dp，密度s ，流體密度 ，顆粒作下沉運(yùn)動時，受力為 重力 浮力 曳力 Fd 流體對顆粒下沉的阻力（拖曳力） 總曳力: 表面曳力和形體曳力 對光滑圓球， 因此分析結(jié)果: 令 曳力系數(shù)則 為下沉加速下沉加速段: 下沉開始瞬間， 之后， 勻速階段：當(dāng) 此時顆粒相對于流體的運(yùn)動速度叫做沉降速度。也是加速階段終了時顆粒相

35、對于流體的速度，亦稱“終端速度”。由于 則2曳力系數(shù)=(Rep) 由實(shí)驗(yàn)測定，標(biāo)繪于Rep坐標(biāo)中（雙對數(shù)）。對于球形顆粒， Rep 分為三個區(qū)Re2 stokes區(qū)， =24/Rep ， 直線AB段 2Re500 Allen區(qū)， p ， 直線BC段 500Re2105 Newton區(qū)， =0.44 ， CD段3沉降速度由于Rep存在上述關(guān)系，所以ut為stokes方式 Allen方式 Newton方式 由ut計算式可知，對于確定的流體一顆粒系統(tǒng)，都為定值，ut只與dp有關(guān)，一一對應(yīng)。ut的計算式適用于計算多種情況下顆粒與流體在重力方向上的相對運(yùn)動速度，不僅適用靜止流體中的運(yùn)動顆粒，而且適用于運(yùn)

36、動流體中的靜止顆粒，或者逆向，或者是同向運(yùn)動著的流體與顆粒。二、非球形顆粒的自由沉降1球形度 球形顆粒的特征用直徑dp就可以表達(dá)了，而非球顆粒的特征需用二個參數(shù)來表征。其一是球形度，另一是體積當(dāng)量直徑de,v（或其它當(dāng)量直徑）球形 =1 恒1 愈小，則顆粒形狀與球差異愈大。2顆粒的體積當(dāng)量直徑de,v對于非球形顆粒，不同 的Rep的實(shí)驗(yàn)曲線示于圖3-13 。其中 Rep= de,vu/ ， 越小對應(yīng)于同一Re的越大，對的影響在滯流區(qū)不顯著 。三、沉降速度的計算1試差法因?yàn)橐髐t?先求Rep Rep = dput/ ，所以試差求得。對于小顆粒，假設(shè)Rep2，用stokes方式求ut 校驗(yàn)Rep

37、 = dput/ 是否小于2 ，符合，則假設(shè)成立，ut為所求；不符合，重新假設(shè)。2摩擦數(shù)群法由 得 與ut 無關(guān)。 求dp因?yàn)镽ep一一對應(yīng)， Re2p Rep所以必亦一一對應(yīng)。在Re2p Rep坐標(biāo)上標(biāo)繪出曲線，由Re2p計算值找到曲線上。查出Rep 計算ut= Rep/dp避免了試差。 對于非球形顆粒數(shù)ut計算往往采用摩擦數(shù)群法來計算。四、其它因素對ut的影響。1）顆粒的體積濃度：顆粒體積濃度較大時，流體作反向運(yùn)動，曳力，另外，有效密度和粘度，ut2）端效應(yīng)：壁面，底面處曳力ut3）液滴的變形：曳力ut3.4.1.2 降塵室 降塵室是利用重力沉降除去氣流中顆粒的設(shè)備。降塵室的分離原理為:垂

38、直方向上，顆料沉降至室底所需時間為:t=H/ut 水平方向上，氣體通過降塵室的時間為: r=AH/VS t r時，顆粒能從氣流中分離出來。 VS: 降塵室的處理能力，則VS Aut (降塵室面積A=長L寬B) 由此可見，只與沉降面積及有關(guān)，而與降塵室的高度無關(guān)。 因此 ，降塵室應(yīng)設(shè)計成扁平形狀，或在室內(nèi)設(shè)置多層水平隔板，叫多屋降塵室。隔板間距一般為40100mm。多層降塵室能分離較細(xì)小的顆粒并節(jié)省地面，但出灰不便。說明應(yīng)依需分離下來的最小顆粒計算。 不宜過高，避免沉降下來的顆粒重新卷起。 適用于作預(yù)除塵器使用。3.4.1.3 連續(xù)增稠器1. 概念 連續(xù)增稠器如3-16所示，懸浮液從中心管連續(xù)輸

39、入，在增稠器內(nèi)停留一段時間，懸浮液中固體顆粒沉至器底，增稠的料漿被轉(zhuǎn)動耙趕至中心排料管，作為底流連續(xù)排出，澄清的液體則由上方溢流管連續(xù)排出。此設(shè)備用于處理量大但懸浮液濃度不高，所含固體顆粒不太小的情況。 在增稠器遇到濃度甚高的懸浮液，其顆粒沉降為干擾沉降。2. 計算: 設(shè)連續(xù)定態(tài)增稠器的橫截面積為A m2，進(jìn)料濃度為Xf kg固/kg液，底流濃度為Xc kg固/kg液，溢流中不含固體顆粒，進(jìn)料中固相的質(zhì)量流量w kg/s ，增稠器內(nèi)增稠區(qū)懸浮液層中某一水平面的顆粒濃度(比質(zhì)量分?jǐn)?shù))X kg固/kg液，要求沉渣到達(dá)增稠器圓筒部分底面時濃度即達(dá)到Xc。 表觀沉降速度u0w(1/X-1/Xc)/A或

40、 橫截面積A w(1/X-1/Xc)/ u0 沉渣在增稠器中的停留時間應(yīng)大于沉渣壓緊時間即 Ah/(w/s+w/Xc ) 或 沉渣壓緊區(qū)高度h w(1+s/Xc)/As3.4.2 離心沉降 離心沉降:依靠慣性離心力的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降過程叫離心沉降。 慣性離心力F離：任何質(zhì)量為m的物體在與轉(zhuǎn)軸的距離為R，切向速度為uT的位置上的Fe為Fe=muT2/R，方向沿旋轉(zhuǎn)半徑從中心指向外周，從而能更快更好地將分散質(zhì)與分散介質(zhì)分離出來。若R或uTF離 當(dāng)流體帶著顆粒旋轉(zhuǎn)時，如果顆粒的密度大于流體的，則顆粒在慣性離心力作用下在徑向與流體發(fā)生相對運(yùn)動向飛離中心。一、離心力場中顆粒在徑向的受力情況：2.向心力（

41、顆粒周圍的流體對顆粒的作用力） 與重力場中的浮力相當(dāng) 3.曳力 ur相對徑向運(yùn)動速度 類似于重力沉降， 即二、離心沉降速度 ur與ut比較，ut式中的g改用uT2/R ut方向向下，是恒值，而ur方向沿徑向由中心指向外，并隨R的不同而不同，其值是變化的。三、分離因數(shù) 若將離心沉降速度ur計算式與重力沉降速度ut相除則可得 K=(uT2/R)/g K為分離因數(shù) 對于一定的懸浮液，當(dāng)采用離心沉降時，可加快沉降過程。K值大小是反映離心分離設(shè)備性能的重要指標(biāo)。高速離心機(jī)的K值可達(dá)1萬以上。3.4.2.2 旋風(fēng)分離器一、旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)及工作原理 旋風(fēng)分離器是常用的氣固系離心分離設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器的

42、結(jié)構(gòu)如圖3-19所示。工作原理：含塵氣體自進(jìn)風(fēng)口切向引入，在分離器內(nèi)受器壁約束做由上向下，再由下向上的螺旋運(yùn)動，然后從中心管引出。在上、下螺旋運(yùn)動過程中，塵粒與氣體發(fā)生相對運(yùn)動被甩向器壁后順壁石掉落至灰斗，這樣塵粒得以與氣體分離。二、旋風(fēng)分離器的臨界粒徑dc 臨界粒徑dc是指能被旋風(fēng)分離器完全去除的最小顆粒的粒徑。臨界粒徑dc是判斷分離效率高低的重要依據(jù)。計算臨界粒徑的簡化條件1）進(jìn)入旋風(fēng)分離器的氣流嚴(yán)格按螺旋形路線作等速運(yùn)動，其切向速度等于進(jìn)口氣速ui；2）顆粒向器壁沉降時，必須穿過厚度等于整個進(jìn)氣口寬度B的氣流層，方能達(dá)到壁面被分離。3）顆粒在stokes區(qū)，作自由沉降，其徑向沉降速度可用

43、ut=dp2s(ui2/Rm)/18計算， Rm為平均回旋半徑 s s- s ， 則顆粒到達(dá)器壁所需的沉降時間1為1=B/ut=18 RmB/(dp2sui2 ) 含氣流的有效旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為Ne，即內(nèi)外旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)圍數(shù)等效值，所以氣流在器內(nèi)的所需時間2為2=2RmNe/ui 當(dāng)12時，該顆粒就是理論上能被空氣分離下來的最小顆粒，其直徑為臨界粒徑，以dc表示， 即令1=2 ，dp=dc則 18 RmB/(dp2sui2 )=2RmNe/ui 標(biāo)準(zhǔn)型Ne=5 ，一般 可見，dc隨B的增加而增加，分離效率隨分離器尺寸的增加而減少，所以當(dāng)氣體處理量大時，常將若干個小對的旋風(fēng)筒并聯(lián)使用，以維持較高的除塵效率。

44、Nedc，徑長形有利；uidc ， s dc 。二、分離效率0: 單位時間內(nèi)被除去的固體顆粒質(zhì)量占進(jìn)入分離器的全部顆粒質(zhì)量的分率。 0 =(c1-c2)/c1 c1:進(jìn)口氣體含塵濃度，g/m3 c2:出口氣體含塵濃度，g/m3 0的大小是旋風(fēng)分離器數(shù)分離性能的另一指標(biāo)。缺點(diǎn)是不能反映旋風(fēng)筒對各尺寸粒子的不同分離效果。2. 粒級效率pi: pi= (c1i-c2i)/c1i C1i:進(jìn)口氣體中所帶顆粒中第i段范圍內(nèi)的顆粒濃度，g/m3 C2i:出口氣體中所帶顆粒中第i段范圍內(nèi)的顆粒濃度，g/m3 0 dpi的關(guān)系曲線（粒級效率曲線）一般由實(shí)驗(yàn)測定。 由實(shí)測粒級效率曲線可知，對于直徑小于dc 的顆

45、粒，其0不為零，有較可觀的分離效果；而直徑大于dc的顆粒，還有部分末被分離下來。這主要是因?yàn)橹睆叫∮赿c 的顆粒中，有些在旋風(fēng)分離器進(jìn)口處已很靠近壁面，因而只需較小的沉降時間，有些小顆粒在器內(nèi)聚結(jié)成為大顆粒，因而肯有較大的沉降速度；直徑大于dc的顆粒中，有些受氣體渦流的影響未能到達(dá)壁石，或者沉降后又被氣流重新卷起而帶走。 有時也把0標(biāo)繪成d/d50的函數(shù)曲線，其中d50是粒級效率為50%的顆粒直徑，稱之為分割粒徑，對于標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器: 1 p 0 dc dp D筒徑，m 標(biāo)準(zhǔn)型的旋風(fēng)分離器的p d/d50曲線如圖3-21所示：P126 0 pi的關(guān)系：三、壓強(qiáng)降 氣體流徑旋風(fēng)分離器時，由于進(jìn)

46、氣管，排氣管及主體器壁所引起的摩擦阻力，氣體流動時的局部阻力及氣體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時所產(chǎn)生的動能損失等等，造成了氣體的壓強(qiáng)降，一般 p=(ui2/2) p表示為與進(jìn)口氣體動能成正比。標(biāo)準(zhǔn)型=0.8(實(shí)測)。 一般p介于5002000Pa。是描述旋風(fēng)分離器性能的另一項指標(biāo)。對于某一結(jié)構(gòu)型式及尺寸比例的旋風(fēng)分離器為常數(shù)，不因尺寸大小而變。綜上所述，影響旋風(fēng)分離器性能（分離性能及壓降）的重要因素為物系性質(zhì)及操作條件。 一般地，Ps大，dp大，ui高及粉塵濃度高等有利于分離，但過高的進(jìn)口氣體會加劇氣體渦流，不利于分離且增大壓強(qiáng)降。（uide但p 兩項指標(biāo)是互為矛盾的），為此，對于旋風(fēng)分離的進(jìn)口氣速宜為1025

47、m/s。3.4.2.3 旋風(fēng)分離器的類型與選用一、旋風(fēng)分離器的類型 旋風(fēng)分離器的除塵效果同器內(nèi)氣流回旋的分離因素K值密切相關(guān)。K增加，ui增加，回旋半徑R降低，除塵效率增加。處理量大時，一般宜采用多只旋風(fēng)分離器串聯(lián)使用，使分離器筒徑小些，而不采用一只筒徑大的分離器。如多管式旋風(fēng)分離器。 CLT型（標(biāo)準(zhǔn)型）：如前所述。 CLT/A型：切向進(jìn)口改為傾斜螺旋召進(jìn)口，尺寸比例與標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器相近。 CLP型：帶有旁路分離室的旋風(fēng)分離器。對細(xì)微粉塵的聚結(jié)有促進(jìn)作用。 CLK型（擴(kuò)散型）：圓筒以下的部分為倒錐型，并在底部裝有擋灰盤（亦稱反射屏）。擋灰盤有效地防止了已下沉的細(xì)粉被重新卷起，使效率提高了，尤

48、其對10m以下的顆粒，效果更為明顯。 二、選用(1)選用的依據(jù)有：1. 處理氣量（體積流量）m3/h(m3/s)0（ pi往往規(guī)定dpi某值pi 某值）3.容許的壓強(qiáng)降p (2)一般實(shí)例選用步驟為：1據(jù)處理量及容許壓強(qiáng)降，要求的分離效率確定類型。2類型確定后，查閱其性能表，確定型號。（性能表中有不同尺寸的該型旋風(fēng)分離器在若干個壓降下的處理氣量，依性能型號，表中所列的p為3下的數(shù)值，當(dāng)不同需校正）。3按照規(guī)定的壓強(qiáng)降和分離效率確定旋風(fēng)分離器并串聯(lián)的臺數(shù)。在旋風(fēng)分離器數(shù)實(shí)際操作中，還需物別注意防止“竄漏”。若排灰口密封不好而發(fā)生漏氣，即外面空氣竄入旋風(fēng)分離器內(nèi)，則上升氣流會將已沉降下來的塵粒重新卷

49、起，會大大降低收塵效果。二、計算標(biāo)準(zhǔn)型： 壓降p=8.0(u12/2) u1=ui 氣體流量V= u1Bh=D2u1/8 Bh=D2/8 D=4B h=2B Ne=5n個串聯(lián)： pi= p/n =1-(1-i)n V=Vi=D2ui/8 n個并聯(lián)： pi= p =i Vi=D2ui/8 Vi=V/n3.5 固體流態(tài)化3.5.1 固體流態(tài)化現(xiàn)象一. 固體顆粒床層的三種操作類型(1) 固定床定義: 當(dāng)流體空速u較低，流體通過顆粒床層時床層靜止，故稱這種固體顆粒床層為固定床。特點(diǎn): 若床層橫截面直徑比顆粒直徑大得多，床層各向同性。流體在顆粒間孔隙流動的真正流速為u1 ，顆粒靜止不動，說明流體對顆粒的

50、曳力與浮力之和小于顆粒的重量，或顆粒的沉降速度大于流體的真正流速。(2) 流化床定義: 當(dāng)流體空速趨進(jìn)于某一臨界速度umf ，顆粒開始松動，床層略有膨脹，床層高度增子增至Lmf ，顆粒位置稍作調(diào)整，當(dāng)流速繼續(xù)加大， 固體顆粒呈懸浮狀，顆粒重量不是靠與其接觸的下面顆粒的支撐，而是靠流體對其產(chǎn)生的曳力與浮力支托，懸浮的顆粒在向上流過的流體中作隨機(jī)運(yùn)動，或擺動，或自轉(zhuǎn)，并同時發(fā)生固體顆粒沿不同的回路作上下運(yùn)動，由于這時固體顆粒的行為猶如沸騰液體在翻騰，故被稱為流化床或沸騰床。 流化床現(xiàn)象可在一定的流體空速范圍內(nèi)出現(xiàn)，在這流速范圍內(nèi)，隨著流速的增加，流化床高度增大，床層空隙率增大。種類1. 散式流化: 若流化床中固體顆粒均勻地分散于流體， 床層中各處空隙率大致相等，床層有穩(wěn)定的上界面，這種流化形式稱為散式流化。2. 聚式流化: 如圖所示氣泡相: 因固體與氣體密度差別很大，氣體對顆粒的浮力很小，氣體對顆粒的支托主要靠曳力，這時床層會產(chǎn)生不均勻現(xiàn)象，在床層內(nèi)形成若干孔穴，孔穴內(nèi)固體含量很少，是氣體排開固體顆粒后占據(jù)的空間，被稱為氣泡相。 氣體通過床層時優(yōu)