【文章內(nèi)容簡介】 （45）在恒壓條件下，用秒表和量筒分別測定一系列時間間隔△τi(i=1 、2 、3)及對應(yīng)的濾液體積△Vi(i=1 、2 、3)，也可采用計算機軟件自動采集一系列時間間隔△τi(i=1 、2 、3)及對應(yīng)的濾液體積△Vi(i=1 、2 、3)，由此算出一系列△τi，△qi，qi在直角坐標(biāo)系中繪制~q的函數(shù)關(guān)系，得一直線。有直線的斜率便可求出K和qe，再根據(jù)，求出e。 改變實驗所用的過濾壓差△p，可測得不同壓強差下的K值，由K的定義式兩邊取對數(shù)得 (46)在實驗壓差范圍內(nèi)，若k為常數(shù)，則lgK~lg(△P)的關(guān)系在直角坐標(biāo)上應(yīng)是一條直線，直線的斜率為（1s），可得濾餅壓縮性指數(shù)s，由截矩可得物料特性常數(shù)k。三、實驗裝置及流程圖41 恒壓過濾常數(shù)測定實驗裝置流程圖1配料槽 2壓力料槽 3板框壓濾機 4壓力表 5安全閥 6壓力定值調(diào)節(jié)閥 7洗滌液槽 8壓縮機本實驗裝置由空壓機、配料槽、壓力儲槽、板框過濾機和壓力定值調(diào)節(jié)閥等組成。其實驗流程如圖41所示。MgCO3的懸浮液在配料桶內(nèi)配置一定濃度后利用位差送入壓力儲槽中，用壓縮空氣加以攪拌使MgCO3不致沉降，同時利用壓縮空氣的壓力將料漿送入板框過濾機過濾，濾液流入量筒或濾液量自動測量儀計量。板框過濾機的結(jié)構(gòu)尺寸如下：框厚度25mm，框數(shù)2個?？諝鈮嚎s機規(guī)格型號為：2VS—。四、實驗步驟及注意事項實驗步驟過濾實驗：1) 配制含MgCO3 8%~13%(wt.%)的水懸浮液；2) 熟悉實驗裝置流程；3) 開啟空氣壓縮機；4) 正確裝好濾板、濾框及濾布。濾布使用前先用水浸濕。濾布要綁緊，不能起縐（用絲桿壓緊時，千萬不要把手壓傷，先慢慢轉(zhuǎn)動手輪使濾框合上，然后再壓緊）；5) 打開閥（3）、（2）、（4），將壓縮空氣通入配料槽，使MgCO3懸浮液攪拌均勻；（開閥時從小到大緩慢打開，以防止懸浮液噴出配料槽）6) 關(guān)閉閥（2），打開壓力料槽排氣閥（18），打開閥（6），使料漿由配料桶流入壓力料槽至1/2～2/3處，關(guān)閉閥（6）；7) 打開閥（5），后打開閥（7）、閥(8) 、閥(15)通壓縮空氣入壓力料槽，再打開閥(20)開始做低壓過濾實驗()；8) 每次實驗應(yīng)在濾液從匯集管剛流出的時刻作為開始時刻，每次ΔV取為800ml左右，記錄相應(yīng)的過濾時間Δτ。要熟悉雙秒表輪流讀數(shù)的方法。量筒交替接液時不要流失濾液。等量筒內(nèi)濾液靜止后讀出ΔV值和記錄Δτ值。測量6～8個讀數(shù)即可停止實驗。9) 關(guān)閉閥（7）、閥(8)、 閥(20)，再打開閥（9）、閥（10）、閥（20），重復(fù)上述操作做中等壓力過濾實驗()。10) 關(guān)閉閥（15）、閥（20）打開閥（6）、（4），將壓力料槽剩余的懸浮液壓回配料桶，關(guān)閉閥（4），閥（6）。洗滌實驗：打開閥（14），進行橫穿洗滌，測定洗滌速率。測定完后關(guān)閉閥門。打開排氣閥（12），卸除壓力料槽內(nèi)的壓力。然后卸下濾餅，清洗濾布、濾框及濾板。關(guān)閉空氣壓縮機電源，總電源開關(guān)。注意事項1）濾餅、濾液要全部回收到配料桶 。2）過濾進行時，閥(18)一定要稍開一點，以攪拌料液。3）攪拌及壓力槽料漿壓回配料槽時注意要控制好閥門的開度，以免料漿濺出配料槽．五、實驗數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理將實測數(shù)據(jù)記入表41，計算結(jié)果記入計算結(jié)果表。由恒壓過濾實驗數(shù)據(jù)求過濾常數(shù)K，qe，τe；比較幾種壓差下的K、qe及τe值，討論壓差變化對以上參數(shù)數(shù)值的影響；在直角坐標(biāo)紙上繪制關(guān)系曲線，求出S 及k；寫出完整的過濾方程式，弄清其中各個參數(shù)的符號及意義；比較洗滌速率與過濾終了時的過濾速率兩者之間的關(guān)系。表41 原始數(shù)據(jù)記錄表實驗裝置編號：________ 操作壓力：P＝________MPa 序號時間t（秒）體積V(ml)12345678六、思考及討論1) 通過實驗?zāi)阏J(rèn)為過濾的一維模型是否適用？2) 當(dāng)操作壓強增加一倍，其K值是否也增加一倍？要得到同樣的過濾液，其過濾時間是否縮短了一半？3）影響過濾速率的主要因素有哪些？4）濾漿濃度和操作壓強對過濾常數(shù)K值有何影響？5）為什么過濾開始時，濾液常常有點渾濁，而過段時間后才變清？實驗五 固體流態(tài)化一、實驗?zāi)康暮腿蝿?wù)學(xué)習(xí)流體通過固體顆粒層流動特性的測量方法；觀察散式流化和聚式流化的實驗現(xiàn)象；測定流化曲線和臨界流化速度，驗證流體通過固體顆粒床層的規(guī)律，加深對這些規(guī)律的認(rèn)識和理解；測定液體和氣體分別通過固體顆粒床層時流速與床層壓降的關(guān)系；觀察空氣固體顆粒床中顆粒輸送現(xiàn)象及旋風(fēng)分離器收集顆粒的現(xiàn)象。二、實驗基本原理流體通過固體顆粒床層時，流體的流速保持在一定的范圍內(nèi)將大量固體顆粒懸浮于流動的流體中，并在流體作用下使顆粒作翻滾運動，類似于液體的沸騰，從而大大強化了物質(zhì)的擴散過程，提高了反應(yīng)速度，具有流體的某些特性故這種狀態(tài)為固體流態(tài)化。流態(tài)化技術(shù)是研究和處理工業(yè)過程中固體顆粒與氣相、液相、氣液相之間的混合、傳質(zhì)、傳熱的多相流技術(shù)。流態(tài)化技術(shù)是化學(xué)工程及相關(guān)學(xué)科中一個非常重要的研究領(lǐng)域，在石油化工、煤燃燒、制藥、污水處理等過程中得到重要應(yīng)用。掌握流態(tài)化技術(shù)，了解流態(tài)化床層的性質(zhì)對工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究都有重要的意義。根據(jù)系統(tǒng)的不同，流化床可以分為散式流化床和聚式流化床。由液固系統(tǒng)形成的流化床，由于固體顆粒和液體顆粒的密度相差不是很大，當(dāng)顆粒的直徑很小時，流體以較低速度通過固體顆粒床層，就能形成流化態(tài)。且個個粒子的運動以相對比較一致的平均自由路程通過床層，床層有相對穩(wěn)定的上界面，固體顆粒均勻的分散在液體中，這種流化態(tài)稱為散式流化。對氣固系統(tǒng)形成的流化床，因為固體顆粒與氣體的密度差很大或顆粒直徑較大，氣體必須以較大的速度通過固體顆粒床層，此時的流化態(tài)是不平穩(wěn)的。氣體通過固體顆粒床層時，主要是呈大氣泡狀態(tài)，由于這些氣泡的上升與破裂，床層上界面波動大，更看不到清晰的上界面，所以將這種氣—固系統(tǒng)所形成的流態(tài)化稱為聚式流態(tài)化。根據(jù)流體通過固體顆粒床層的流速大小，床層可表現(xiàn)為固定床層、流化床層和氣體輸送等階段。在各個階段，流體的流速與床層壓降關(guān)系具有不同的規(guī)律。1 流體通過固定床層的壓降與流體流速的關(guān)系關(guān)于流體通過固體床層的壓降與流速之間的關(guān)系，一般使用歐根半經(jīng)驗公式進行計算 (51)式中 △p——床層壓降，Pa；—顆粒平均直徑，m；ε—床層空隙率；L—床層高度，m；μ—流體粘度，Pas；u—以床層橫截面為基準(zhǔn)的流體速度，m/s；ρ—測定溫度下流體的密度，kgm3；φs— 球形度；公式（51）中，右邊第一項為粘性阻力，第二項為空隙收縮放大而導(dǎo)致的局部阻力。歐根采用的系數(shù)=150，=。2 臨界流化速度的確定為保持穩(wěn)定的流化床操作，需要將流體流速控制在一定的范圍內(nèi)。其起始流化速度為臨界流化速度；流化床消失的速度為帶出速度。穩(wěn)定流態(tài)化操作的流體流速應(yīng)控制在臨界流化速度和帶出速度之間。這兩個速度對流化設(shè)備的設(shè)計和操作都是至關(guān)重要的。臨界流化速度可由公式計算出，為數(shù)眾多的計算顆粒初始流態(tài)化速度的公式大體上分為三類:第一類以Ergun 公式為基礎(chǔ)，引入經(jīng)驗系數(shù)加以修正；第二類以某種流體力學(xué)關(guān)系為基礎(chǔ)；第三類屬于純經(jīng)驗公式。然而，液—固流態(tài)化顆粒特性計算公式很多，計算結(jié)果差別很大，例如，據(jù)不完全統(tǒng)計，有關(guān)資料上介紹適用于球形顆粒初始流態(tài)化速度umf的經(jīng)驗公式超過30 種。 在眾多的計算公式中， Ergun 型的計算式適用的較寬， 精度較高。當(dāng)顆粒雷諾數(shù)5時，可用李伐公式計算： （52）式中 —顆粒平均直徑，m；μ —流體粘度，Pas。(a) (b)圖51 流化床的L、△P隨流化床表觀速度u的變化關(guān)系臨界流化速度umf也可以通過實驗測得。臨界流化速度與顆粒的性質(zhì)及流體的性質(zhì)有關(guān)。由實驗做出△p/Lu圖，由曲線的斜率計算出臨界流化速度。由圖51（b）可以看出，在固定床階段壓降與流體流速的關(guān)系為 （53）又流化床層的壓降式可以寫成 （54）聯(lián)立上兩式，可得 （55）測得流體速度u與壓降的數(shù)據(jù)，標(biāo)出流化曲線，求出直線的斜率K，進而求出臨界流化速度。比較圖中的臨界流化速度與計算出的流化速度。帶出速度只測氣—固流化床，并采用旋風(fēng)分離器對固體顆粒進行分離，使固體粒循環(huán)使用。為了防止固體顆粒的損失而影響實驗的進行，所以不作液固流態(tài)化相關(guān)的實驗。三、實驗裝置及流程如圖52所示，實驗裝置主要由散式（液固系統(tǒng)）流化部分和聚式（氣固系統(tǒng)）流化部分組成。兩個部分各有一個透明二維床。床底部的分布板是不銹鋼多孔板，床層內(nèi)的固體顆粒為砂粒。圖52 固體流態(tài)化實驗裝置流程圖1泵；9轉(zhuǎn)子流量計；10溫度計；11分布板；12床層；13U型管壓差計；7風(fēng)機；14旋風(fēng)分離器；15灰斗對氣固系統(tǒng)，空氣由風(fēng)機供給，經(jīng)過流量調(diào)節(jié)閥、轉(zhuǎn)子流量計進入分布板?？諝饬鹘?jīng)二維床中固體床層后從旋風(fēng)分離器頂部排出，而顆粒落入灰斗中。通過調(diào)節(jié)空氣流量，可以進行不同流動狀態(tài)下的測定實驗。設(shè)備中裝有壓差計指示床層壓降，標(biāo)尺用于測量床層高度。對液固系統(tǒng)，用泵輸送的水經(jīng)調(diào)節(jié)閥、轉(zhuǎn)子流量計送至分布板，經(jīng)二維床層后從床層上部溢流至下水槽。顆粒特性及設(shè)備參數(shù)列于表51中。表5 1裝置的顆粒特性及設(shè)備參數(shù)表截面積Amm2粒徑dmm粒重Wg球形度φs顆粒密度ρS kg/m3氣固系統(tǒng)12020一定量1040液固系統(tǒng)14020一定量2490四、實驗步驟及注意事項實驗步驟在熟悉實驗設(shè)備、流程、各控制開關(guān)、閥門的基礎(chǔ)上按以下步驟進行實驗：散式流態(tài)化（液固系統(tǒng)）1）檢查閥①應(yīng)處于全關(guān)狀態(tài)；2）啟動泵（按下綠色按鈕，啟動前應(yīng)搬動泵軸使其轉(zhuǎn)動靈活）；3）緩緩打開閥①，流量計浮子升起，使流化床內(nèi)充滿水至上部溢流槽，檢查U形管壓差計的測壓引線如有氣泡應(yīng)排除；4）調(diào)節(jié)閥①從小到大測取十個以上不同流量下的床層壓降值，同時觀察床層的變化（記錄下床層高度和變化現(xiàn)象）；5）結(jié)束實驗：先把閥①全關(guān)恢復(fù)固定床狀態(tài)，然后按下紅色按鈕停泵。聚式流態(tài)化（氣固系統(tǒng)）1）檢查閥②應(yīng)處于全開狀態(tài)，閥③、④應(yīng)處于全關(guān)狀態(tài)；2）啟動鼓風(fēng)機（按下綠色按鈕）；3）緩緩打開閥③，關(guān)小閥②，待床層出現(xiàn)流態(tài)化后重新打開閥②關(guān)閉閥③恢復(fù)固定床狀態(tài)；4）調(diào)節(jié)閥③（小流量調(diào)節(jié)閥③，大流量調(diào)節(jié)閥④）和閥②從小到大測取十個以上不同空氣流量下的床層壓降值，同時觀察床層的變化（記錄下床層高度和變化現(xiàn)象）；5）結(jié)束實驗：先把閥②全開，然后全關(guān)③、④恢復(fù)固定床狀態(tài)，然后按下紅色按鈕停風(fēng)機。注意事項1）實驗過程中要注意水電安全；進實驗室要通風(fēng)換氣，離開時要關(guān)閉電氣水的開關(guān)。2）注意泵和風(fēng)機的正確使用方法。3）實驗記錄開始前，先調(diào)大流速穩(wěn)定流化一段時間。五、實驗數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理1）將實測數(shù)據(jù)記入表52。通過數(shù)據(jù)處