4流体通过颗粒层的流动

第四章 流体通过颗粒层的压降

固定床压降

4-1．某种圆柱形颗粒催化剂其直径为d p ，高为h ，试求等体积的当量直径d e 及球形度ψ。

现有h =d p =4mm 的颗粒，填充在内径为1m 的圆筒形容器内，填充高度为1.5m ，床层空隙率为0.43。若在20℃、101.3kPa 下使360m 3/h 的空气通过床层，试估算床层压降为多少？

解：3

23

23

2

34

6

6h

d h d V

d p p

ev

==

=π

ππ

2

222p

p

p

p es d h d d h d S

d +

=+

=

=

π

πππ

p

p p

p

p

p p es

ev

d h h d d h h

d d

h d h

d d d +=

+=

+

=

=2182182

4

33

2

3

2313

123

13

2343

222ψ

()()

3

2333333

232/m m 105.11041043104104263262

321866⨯=⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=+=+==----h d d h h

d d h h d d p p p p

p ev ψα m/s 127.03600

114.3360

442

2=⨯⨯⨯==

D q u v π 查20℃、101.3kPa 下空气的3

kg/m 205.1=ρ，s Pa 1081.15

⋅⨯=-μ

()()89.910

81.143.01105.1127

.0205.115

3=⨯⨯-⨯⨯⨯=-='-μεαρu R e

使用欧根方程

()()()

()()Pa

12.223127.0205.143.043.01105.129.0127.01081.143.043.01105.117.45.1129.0117.42

3

3532232332

2=⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣⎡⨯⨯-⨯⨯⨯+⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-+-=∆-u a u a L P ρεεμεε *4-2．用20℃、101.3kPa 空气通过某固定床脱硫器，测得如下数据：

空塔气速 0.3m/s, 单位床层高度的压降 220 Pa/m ； 0.8m/s, 1270 Pa/m 。

试利用欧根公式估计甲烷在 30℃、0.7MPa 下以空塔气速 0.4m/s 通过床层时，单位床层高度的压降为多少？已知在操作条件下甲烷物性：μ=0.012mPa ﹒s ；ρ=4.50kg/m 3。

解：查20℃、101.3kPa 下空气的3

kg/m 205.1=ρ，s Pa 1081.15

⋅⨯=-μ

()()2

2332

229.017.4129.0117.4u B u A u a u a L P ρμρε

εμεε+=-+-=∆

B A B A u B u A 252521015.31026.23.0205.129.03.01081.117.429.017.4220---⨯+⨯=⨯⨯+⨯⨯⨯=+=ρμ B A B A u B u A 224.01004.68.0205.129.08.01081.117.429.017.412705252+⨯=⨯⨯+⨯⨯⨯=+=--ρμ

38.4878=B 610935.2⨯=A

甲烷单位床层高度的压降为：

Pa/m 35.10774.050.438.487829.04.0102.110935.217.429.017.42562=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯=+=∆-u B u A L

P

ρμ 过滤物料衡算

4-3．某板框压滤机共有20只滤框，框的尺寸为0.45×0.45×0.025m, 用以过滤某种水悬浮液。每1m 3悬浮液中带有固体0.016m 3, 滤饼中含水50%（质量）。试求滤框被滤饼完全充满时，过滤所得的滤液量（m 3）。已知固体颗粒的密度ρp =1500kg/ m 3 , ρ水=1000kg/ m 3。

解：水

饼ρρm

m

V p

+

=

kg 75.601000

15001000

150020025.045.045.0=+⨯⨯⨯⨯⨯=

+=

水

水

饼ρρρρp p V m

3m 0405.01500

75

.60==

固V 3m 43.220025.045.045.0016

.00405

.0=⨯⨯⨯-=-=饼悬V V V

过滤设计计算

过滤面积为1 m ，求过滤常数K 及q e 。 解：

K

q K q q

e

2+=

τ

K K e 380+=

K

K e

950+

= /s m 1026.524-⨯=K 23/m m 05.0=e q

4-5．某生产过程每年欲得滤液3800 m 3，年工作时间5000h ，采用间歇式过滤机，在恒压下每一操作周期为2.5h ，

其中过滤时间为1.5h, 将悬浮液在同样操作条件下测得过滤常数为K =4×10-6 m 2 /s ；q e =2.5×10 m 3/ m 2。滤饼不洗涤，试求：（1）所需过滤面积，m 2；（2）今有过滤面积为8 m 2的过滤机，需要几台？

解：（1）每一操作周期 3m 9.15000

5

.23800=⨯=

V

τK qq q e =+22

()

2322

2

62/m m 124.0105.2105.236005.1104=⨯-⨯+⨯⨯⨯=-+=---e e q q K q τ