华东理工大学《化工原理》整套课件

根据欧根方程，取
∆P L
=
C1µu
+
C2
ρu2
代入空气数据
470=C1×1.81×10-5×0.4+C2×1.2×0.42 2300=C1×1.81×10-5×0.9+C2×1.2×0.92 解得C1=3.9×106, C2=2301
一氧化碳
∆P L
=
C1µu
+
C2 ρu2
=3.9×106×2.4×10-5×0.5+2301×11.4×0.52
体积当量dev,
V
=
π
6
d
3 ev
面积当量des，S
=
πd
2 es
比表面当量dea,
a
=
6 dea
两个独立的, 取dev和球形度(形状系数)ψ
ψ≤1
例1
边长为L=4mm的正方体颗粒
求：dev,des,dea,ψ,a
解： V
=
L3
=
π
6
d
3 ev
d eV
=
L3
6
π
=
4 × 1.24
=
5mm
S
=
6 L2
方式2.混入悬浮液
工业上，例如用板框压滤机 过滤完毕时，框内充满滤饼
5 过滤计算 5.1 物料衡算
悬浮液含固量表示方法： 质量分数w, kg固体/kg悬浮液
体积分数φ, m3固体/m3悬浮液
取1kg悬浮液 φ =
w/ ρp
取1m3悬浮液
dp 0
fd(d p )
定平均直径dm，准则：比表面相等 原因：流动较慢时，阻力以表面剪切力为主，
表面积对阻力影响大
a
=
ΣSi ΣVi
=
Σ(
mi
ρp
ai
)
m/ ρp
=
Σxiai
由
a
=
6
ψdm
，ai
=
6
ψd
i
得
dm
=
1
Σ
xi di
2.3 床层特性
①空隙率 ε
=
V空 V床
=
V床 − Vp V床
∴ Vp = (1 − ε )V床
=6604 Pa/m
本例也可用a,ε表达,
∆P L
=
4.17
a2 (1 −
ε3
εபைடு நூலகம்
)2
µu
+
0.29
a(1 −
ε3
ε
)
ρu2
先用实验值算出a、ε，再用a、ε来计算实际工 艺物料的压降
3．4两种实验规划方法的比较 量纲分析法：
对过程无须有深刻理解, “黑箱”法 ①析因实验 ②无量纲化 ③测定性实验 数学模型法：
①流体物性：ρ,μ ②操作因素： u ③设备因素： 颗粒直径，
颗粒大小分布， 空隙大小
2 颗粒床层的特性
2.1 单颗粒的特性
球形颗粒，只需一个参数dp
颗粒特性:体积
V
=
π
6
d
3 p
表面积
S
=
πd
2 p
比表面
a
=
S V
=
6 dp
实际遇到两个问题：
①非球形
②大小不一(分布)
非球形：定当量直径，目标不同结果不同
ε受充填方式的影响
与dp无关
ε
=
1
−
πd
3 p
/
d
3 p
6
=
0.48
与dp分布有关
②床层比表面
aB
S = V床
=
S(1 − ε )
Vp
=
a(1 − ε )
3．流体通过固定床的压降
几何边界复杂，无法解析解，要靠实验 数学模型法主要步骤：
3.1 简化模型 过程特征： ①爬流，表面剪切力为主，
形体力(压差力)为次 ②空隙中实际速度与空隙大小有关
对过程有深刻理解，能将过程大幅度简化 ①简化模型 ②解析解 ③验证性实验
4．过滤原理及设备 4.1基本原理 最简单的过滤操作：
布氏漏斗 悬浮液中固体颗粒被 过滤介质截留，清液在 压差下通过多孔过滤介 质，使固液分离。 过滤介质缝隙并不需要比颗粒小---架桥现象
“穿滤” 5%
颗粒粘，不出滤液—用助滤剂 助滤剂 刚性颗粒 方式1.预涂
=
πd
2 eS
deS = L
6 = 4 ×1.38 = 5.5mm
π
a
=
S V
=
6 L2 L3
=
6 d ea
dea = L = 4mm
a
=
6 d ea
=
6 0.004
= 1500m2
/ m3
ψ
=
d
2 eV
d
2 eS
52 = 5.52
= 0.81
②dev, des, dea三者关系
dea
= ψdev
=
ψ
d 1.5 es
dea≤dev≤des
2.2 颗粒群的特性 大小不一： 筛分分析 1 kg 颗粒群
频率函数
(粒级质量分率~dp)
fi
=
xi di−1 −
di
特点：某粒级范围的颗粒质量分率 =该范围曲线下的面积
曲线下的面积和=1
分布函数F与频率函数f的关系
f
=
dF d(d p )
∫ F (d p ) =
ρu2
粘性项 惯性项
Re’< 3时，可忽略惯性项
Re’> 100时，可忽略粘性项
影响因素分析：
①物性:ρ,μ ②操作:u ③设备:ψ,dm,ε
空隙率的影响最大,
(1 − ε )2
3
例2 要估计20℃, 1.0MPa(绝)的CO通过固定床脱
硫器的压降, 用20℃, 101.3kPa(绝)的空气进行实测
a(1 −
ε3
ε
)
ρu2
=
λ
'
a(1 −
ε3
ε
)
ρu2
3.3 实验验证
λ'=
4.17 Re'
+
0.29
∆P L
=
4.17
a2
(1 −
ε3
ε
)2
µu
+
0.29
a(1 −
ε3
ε
)
ρu2
用
a
=
6
ψdev
代入，得欧根方程：
∆P L
=
150
(1 − ε )2 ε 3 (ψdev )2
µu
+
1.75
(1 − ε ) ε 3ψdev
a2 (1 −
ε3
ε
)2
µu
=
K
a2 (1 −
ε3
ε
)2
µu
实验得康采尼方程
∆P L
=
5
a2 (1 −
ε3
ε
)2
µu
适用范围：Re’<2
床层雷诺数
Re'=
d e u1 ρ 4µ
=
ρu a(1 − ε
)µ
宽范围：
细管
hf
=
∆P
ρ
=λ
Le de
u12 2
∆P L
=
λ
Le L
ρu12
2de
=
λ
Le 8L
简化原则： 模型与原型①表面积要相等
②空隙容积相等 将原型简化成一组平行细管 细管直径de
3.2 解数学模型
u1
=
u
ε
de
=
4 × 流通面积 润湿周边
=
4 × 流动空间 润湿表面
de
=
4εV床 a(1 − ε )V床
=
4ε a(1 − ε )
细管层流
∆P
=
32µu1 Le
d
2 e
得
∆P L
=
2
Le L
测得
u=0.4m/s时
∆P L
=
470 Pa
/
m
，
u=0.9m/s时
∆P L
=
2300Pa / m
。
求：CO以u=0.5m/s通过时的
∆P L
。
已知：20℃,1.0MPa(绝)的一氧化碳 µ=2.4×10-5Pa·s, ρ=11.4kg/m3
解：20℃, 常压空气ρ=1.2kg/m3, µ=1.81×10 -5Pa·s
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资料见第二页
封
面
第1页
第四章 流体通过颗粒层的流动
1 概述 1.1 工业背景
固定床—由许多固体颗粒堆积成的静止颗粒层
1.2 固定床阻力的影响因素