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过滤过程计算
由众多固体颗粒堆积而成的静止的颗粒床层称为固定床。许多化工操作都与流体通过固定床的流动有关,其中最常见的有:
(1)固定床反应器(组成固定床的是粒状或片状催化剂)
(2)悬浮液的过滤(组成固定床的是悬浮液中的固定颗粒堆积而成的滤饼看作是固定床)
(1)床层空隙率ε
固定床层中颗粒堆积的疏密程度可用空隙率来表示,其定义如下:
ε的大小反映了床层颗粒的紧密程度,ε对流体流动的阻力有极大的影响。
(2)床层自由截面积分率A。
空降率与床层自由截面积分率之间有何关系?假设床层颗粒是均匀堆积(即认为床层是各向同性的)。想象用力从床层四周往中间均匀压紧,把颗粒都压到中间直径为长为L的圆柱中(圆柱内设有空隙)。
所以对颗粒均匀堆积的床层(各向同性床层),在数值上
(3)床层比表面
颗粒比表面
取的床层考虑, ,
所以*
此式是近似的,在忽略床层中固颗粒相互接触而彼此覆盖使裸露的颗粒表面积减少时成立。
流体通过复杂的通道时的阻力(压降)难以进行理论计算,必须依靠实验来解决问题。现在介绍一种实验规划方法——数学模型法。
(1)床层的简化物理模型
单位体积床层所具有的颗粒表面积和床层空隙率对流动阻力有决定性的作用。
规定:
①细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面;
②细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙体积。
(2)流体压降的数学模型
流体流过圆管的阻力损失数学描述:
体积流量
所以
( 2)流体压降的数学模型
式中为单位床层高度的虚拟压强差
当床层不高,重力的影响可以忽略时
上式为流体通过固定床压降的数学模型,未知的待定系数称为模型参
数,就其物理意义而言称为固定床的流动摩擦系数。
(3)模型的检验和模型参数的估值
当床层雷诺数时实验数据符合下式
式中称为康采尼常数, 。的可能误差不超过10%。
合理简化得到康采尼方程