上海交通大学：《生物工程单元操作原理》课程教学资源_两相流动_流体通过颗粒层的流动_1

流体通过颗粒层的流动 众多颗粒堆积而成的、静止的颗粒层称为固定床。 许多生物工程操作与流体通过固定床的流动有关。 如：层析分离、过滤、吸附等。 这些特定的操作中，流体通过颗粒层的基本流动 规律（主要是压降）是相同的。 颗粒层内的流体通道是大量尺寸不等、形状也不 规则的固体颗粒随机堆积而成的，具有复杂的网 状结构

流体通过颗粒层的流动 众多颗粒堆积而成的、静止的颗粒层称为固定床。 许多生物工程操作与流体通过固定床的流动有关。 如：层析分离、过滤、吸附等。 这些特定的操作中，流体通过颗粒层的基本流动 规律（主要是压降）是相同的。 颗粒层内的流体通道是大量尺寸不等、形状也不 规则的固体颗粒随机堆积而成的，具有复杂的网 状结构

颗粒床层的特性 单颗粒的特性 对颗粒层中流体通道有重要影响的单颗粒特性主要是颗粒 的大小（体积）、形状和表面积。 球形颗粒 球形颗粒的各有关特性可以用单一参数：直径d,全面表示。 S=πd,a 比表面积：单位体积固体颗粒所具有的表面积

颗粒床层的特性 对颗粒层中流体通道有重要影响的单颗粒特性主要是颗粒 的大小（体积）、形状和表面积。 3 2 6 , , 6 p p p S V d S d a V d       球 比表面积：单位体积固体颗粒所具有的表面积。 球形颗粒的各有关特性可以用单一参数:直径dp全面表示。 单颗粒的特性 球形颗粒

非球形颗粒 非球形颗粒的形状可以干变万化，不可能用单一参数全面地 表示颗粒的体积、表面积和形状。 通常将非球形颗粒以某种当量的球形颗粒代表，以使所考察的 领域内非球形颗粒的特性与球形颗粒等效。这一球的直径称为 当量直径。 (①)体积等效：无d=V→ 6V 3 6 π (2)表面积等效：πd=S→ds=、 (3)比表面积等效： 6 S -=a= dea →da= 6V

非球形颗粒 3 3 6 ev ev V d V d   (1)体积等效：    6 非球形颗粒的形状可以千变万化，不可能用单一参数全面地 表示颗粒的体积、表面积和形状。 通常将非球形颗粒以某种当量的球形颗粒代表，以使所考察的 领域内非球形颗粒的特性与球形颗粒等效。这一球的直径称为 当量直径。 6 6 (3) ea ea S V a d d V S 比表面积等效：     2 (2) es es S d S d  表面积等效：   

当量直径之问的关系 d e es a π dev,des和dea在数值上并不相等， 根据定义可以推出三者 之间有如下关系。 6V ev ea es

当量直径之间的关系 3 2 6 ev ea es V d d S d   3 6 ev V d   6 ea V d S es  S d   dev， des 和dea 在数值上并不相等，根据定义可以推出三者 之间有如下关系

非球形颗粒的参数表示 对非球形颗粒，需要定义两个参数才能确定其 体积、表面积和比表面积。 通常定义体积当量直径d和形状系数w。 2 π 3 ev e es 2 nd2 与颗粒体积相等的球的表面积 nd es 颗粒的表面积

非球形颗粒的参数表示 对非球形颗粒，需要定义两个参数才能确定其 体积、表面积和比表面积。 通常定义体积当量直径dev和形状系数。 3 6 V de   2 ev es d d         2 2 2 ev ev es es d d d d             与颗粒体 的球的表面 颗粒 积相等 积 的表面积

用d和Ψ表示表面积和比表面积 体积相同时，球形颗粒的表面积最小。 对于任何非球形颗粒，w<1 rd2 v →5= d π S 业 S 6 a= = W

用dev和表示表面积和比表面积 2 2 2 2 ev ev ev es d d d S d S           2 3 6 / 6 ev ev ev S d a d V d        体积相同时，球形颗粒的表面积最小。 对于任何非球形颗粒， 1

例4-1 某种圆柱体颗粒催化剂其直径为d,高为h,试求 体积当量直径d,及球形度yW。 π 6V 6× dh 3 3 d 3 h π π 12 d (18dn)3h3 d πd d,+2h

例4-1 某种圆柱体颗粒催化剂其直径为dp，高为h，试求 体积当量直径dev及球形度。 2 3 2 3 3 6 6 3 4 2 p ev p d h V d d h        1 2 2 2 3 3 2 (18 ) 2 ev ev p es es p d d d h d d d h             

颗粒群的性质 任何颗粒群中，各单颗粒的尺寸都不可能完全一样，从 而形成一定的尺寸（粒度）分布。 粒度测量方法有筛分法、显微镜法、沉降法、光散射 与衍射法等。 粒度分布的筛分分析 对大于70u的颗粒，也就是工业固定床经常遇到的情况， 通常采用一套标准筛进行测量。这种方法称为筛分分析。 筛分所用的标准筛由金属网编织而成。各国习用筛开孔规则 不同。常用的泰勒制是以每英寸边长上的孔数为筛号或称目 数

颗粒群的性质 任何颗粒群中,各单颗粒的尺寸都不可能完全一样，从 而形成一定的尺寸（粒度）分布。 粒度测量方法有筛分法、显微镜法、沉降法、光散射 与衍射法等。 粒度分布的筛分分析 对大于70m的颗粒，也就是工业固定床经常遇到的情况， 通常采用一套标准筛进行测量。这种方法称为筛分分析。 筛分所用的标准筛由金属网编织而成。各国习用筛开孔规则 不同。常用的泰勒制是以每英寸边长上的孔数为筛号或称目 数

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