化工原理課件(ppt64頁)(已修改)
2025-01-07 01:57 本頁面
【正文】 過濾過程計(jì)算 由眾多固體顆粒堆積而成的靜止的顆粒床層稱為固定床。許多化工操作都與流體通過固定床的流動(dòng)有關(guān)，其中最常見的有：（ 1）固定床反應(yīng)器（組成固定床的是粒狀或片狀催化劑）（ 2）懸浮液的過濾（組成固定床的是懸浮液中的固定顆粒堆積而成的濾餅看作是固定床） （ 1）床層空隙率 ε固定床層中顆粒堆積的疏密程度可用空隙率來表示，其定義如下： ε 的大小反映了床層顆粒的緊密程度， ε 對(duì)流體流動(dòng)的阻力有極大的影響 。 （ 2）床層自由截面積分率 A。 空降率與床層自由截面積分率之間有何關(guān)系？假設(shè)床層顆粒是均勻堆積（即認(rèn)為床層是各向同性的 )。想象用力從床層四周往中間均勻壓緊，把顆粒都?jí)旱街虚g直徑為長為 L的圓柱中（圓柱內(nèi)設(shè)有空隙）。 所以對(duì)顆粒均勻堆積的床層 (各向同性床層），在數(shù)值上 (3)床層比表面 顆粒比表面取 的床層考慮， ， 所以 * 此式是近似的，在忽略床層中固顆粒相互接觸而彼此覆蓋使裸露的顆粒表面積減少時(shí)成立。 流體通過復(fù)雜的通道時(shí)的阻力（壓降）難以進(jìn)行理論計(jì)算，必須依靠實(shí)驗(yàn)來解決問題?，F(xiàn)在介紹一種實(shí)驗(yàn)規(guī)劃方法 —— 數(shù)學(xué)模型法。 （ 1）床層的簡化物理模型 單位體積床層所具有的顆粒表面積 和床層空隙率 對(duì)流動(dòng)阻力有決定性的作用。 規(guī)定： ① 細(xì)管的內(nèi)表面積等于床層顆粒的全部表面； ② 細(xì)管的全部流動(dòng)空間等于顆粒床層的空隙體積。 （ 2）流體壓降的數(shù)學(xué)模型流體流過圓管的阻力損失數(shù)學(xué)描述 ： 體積流量所以 （ 2）流體壓降的數(shù)學(xué)模型式中 為單位床層高度的虛擬壓強(qiáng)差當(dāng)床層不高，重力的影響可以忽略時(shí) 上式為流體通過固定床壓降的數(shù)學(xué)模型 ，未知的待定系數(shù) 稱為模型參 數(shù) ，就其物理意義而言稱為固定床的流動(dòng)摩擦系數(shù)。 （ 3）模型的檢驗(yàn)和模型參數(shù)的估值當(dāng) 床層雷諾數(shù) 時(shí) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合下式 式中 稱為康采尼常數(shù) ， 其值為 。 的可能誤差不超過 10%。合理簡化得到 康采尼方程 從康采尼方程或歐根方程可看出，影響床層壓降的變量有三類： ① 操作變量 ② 流體物性 和 ③ 床層特性 和 在上述因素中，影響最大的是空隙率 （ 4）因次分析法和數(shù)學(xué)模型法的比較 化工過程具有復(fù)雜性難以采用數(shù)學(xué)解析法求解，而必須依靠實(shí)驗(yàn) 。 指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的理論包括兩個(gè)方面： ① 化學(xué)工程學(xué)科本身的基本規(guī)律和基本觀點(diǎn)； ② 正確的實(shí)驗(yàn)方法論。 指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的理論 ： ① 因次分析法 ； ② 數(shù)學(xué)模型法 。因次分析法的步驟： ① 找出過程的影響因素 ；② 將影響過程的各個(gè)物理量的因次抽出進(jìn)行分析，整理成若干個(gè)無因次數(shù)群 ；③ 通過實(shí)驗(yàn)確定各數(shù)群之間的定量關(guān)系 ；數(shù)學(xué)模型法的步驟 ：① 將復(fù)雜的真實(shí)過程簡化成易于用數(shù)學(xué)方程式描述的物理模型 ；② 對(duì)所得的物理模型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述即建立數(shù)學(xué)模型 ；③ 通過實(shí)驗(yàn)對(duì)數(shù)學(xué)模型的合理性進(jìn)行檢驗(yàn)并測定模型參數(shù) ；這兩種方法應(yīng)同時(shí)并存，各有所用，相輔相成。 （ 1）過濾是利用可以讓液體通過而不能讓固體通過的多孔介質(zhì)，將 懸浮液中的固、液兩相 加以分離的操作。（ 2）過濾方式 ① 濾餅過濾（見圖 47a） 過濾時(shí)懸浮液置于過濾介質(zhì)的一側(cè)。過濾介質(zhì)常用多孔織物，其網(wǎng)孔尺寸未必一定須小于被截留的顆粒直徑。在過濾操作開始階段，會(huì)有部分顆粒進(jìn)入過濾介質(zhì)網(wǎng)孔中發(fā)生架橋現(xiàn)象（圖 47b）， 也有少量顆粒穿過介質(zhì)而混與濾液中。隨著濾渣的逐步堆積，在介質(zhì)上形成一個(gè)濾渣層，稱為濾餅。不斷增厚的濾餅才是真正有效的過濾介質(zhì)，而穿過濾餅的液體則變?yōu)榍鍍舻臑V液。通常，在操作開始階段所得到濾液是渾濁的，須經(jīng)過濾餅形
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