化工原理第04章01改

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1、4.1概述4.1.1工业背景固定床是由许多固体颗粒堆积成的静止颗粒层。第4章流体通过颗粒层的流动4.1.2固定床阻力的影响因素①流体物性：ρ,μ②操作因素：u③设备因素：颗粒直径，颗粒大小分布，空隙大小4.2颗粒床层的特性4.2.1单颗粒的特性球形颗粒，只需一个参数dp颗粒特性:体积表面积比表面实际遇到两个问题：①非球形②大小不一(分布)非球形：定当量直径，目标不同结果不同体积当量dev,面积当量des，比表面当量dea,两个独立的,取dev和球形度(形状系数)ψψ≤1例1边长为L=4mm的正方体颗粒求：dev,des,dea,ψ,a解：

2、②dev,des,dea三者关系dea≤dev≤des4.2.2颗粒群的特性大小不一筛分分析1kg颗粒群频率函数(粒级质量分率~dp)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由，得4.2.3床层特性①空隙率∴ε受充填方式的影响与dp无关与dp分布有关②床层比表面空隙率不仅与颗粒形状、大小分布有关，还和填充方式有关。非>球；非均<均；振动:；湿法：；难重复。一般乱堆床层的孔隙率大致

3、在0.47~0.7之间。床层的各向同性（定向随机）工业上小颗粒床层乱堆，若颗粒非球形，各颗粒的定向随机，可以认为床层各向同性。但壁效应:ε壁>ε床床层D大，可忽略；D小，加以考虑。4.3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：4.3.1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。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de4.3.2解数学模型细管层流得实验得康采尼方程适用范围：Re’<2床层雷诺数宽范围：细管4.3

4、.3实验验证用代入，得欧根方程：黏性项惯性项Re’<3时，可忽略惯性项；Re’>100时，可忽略黏性项。影响因素分析：①物性:ρ,μ②操作:u③设备:ψ,dm,ε空隙率的影响最大,ε：0.3→0.4：18→5.6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，测得u=0.4m/s时，u=0.9m/s时。求：CO以u=0.5m/s通过时的。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

5、=1.81×10-5Pa•s根据欧根方程，取代入空气数据470=C1×1.81×10-5×0.4+C2×1.2×0.422300=C1×1.81×10-5×0.9+C2×1.2×0.92解得C1=3.9×106,C2=2301一氧化碳=3.9×106×2.4×10-5×0.5+2301×11.4×0.52=6604Pa/m本例也可用a,ε表达,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。4.3.4两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：对过程有深刻理解，

6、能将过程大幅度简化。①简化模型②解析解③验证性实验讨论1数学模型的基本方法在充分掌握过程本质的前提下，对复杂的过程大担、合理地简化对简化后的过程建立物理、数学模型实验验证模型的合理性，并对模型参数估值。2数学模型法的基本特征必须充分掌握过程特征，了解研究目的。模型仅在某个方面与实际过程等效实验目的仅是验证模型的可靠性，测定模型参数，工作量大为减少。模型方程是半经验、半理论的。3影响床层压降的因素A.流速的影响（同圆管）层流（Re’<3），高度湍流（Re’<100）；B.物性的影响（同圆管）Re‘<3，ΔP∝μ,与ρ无关Re’<100ΔP∝

7、ρ，与μ无关C.床层特性的影响（1）空隙率ε：空隙率ε对压降ΔP的影响非常大，反映在ε的可变性大，可靠性差；ε较小的误差，将引起压降明显的误差（2）比表面积αΔP∝α2，对同形状颗粒，dp↓，α越大↑，hf（ΔP）↑。例：其他条件不变空隙率ε由0.5降为0.4，单位床层压降增加2.8倍。本次讲课习题：第4章1，2问题（拿一张小纸写上，课后交）1）非球形颗粒用哪些参数来描述？2）计算颗粒平均直径的准则为什么？3）影响床层阻力最大的因素是什么？