流体通过颗粒层的流动典型例题

第四章 流体通过颗粒层的流动典型例题1. 有一板框过滤机，恒压下过滤某种悬浮液，过滤1h 后，得到滤液60m 3,然后用5m 3的清水（物性与滤液相近）进行洗涤，拆装时间为20min ，已测得V e =4m 3,试求：(1) 过滤末速率为多少m 3滤液/h ?(2) 洗涤时间为多少h ?(3) 该机生产能力为多少m 3滤液/h ?解：（1）已知33360m ,20min,4m ,5m e W V V V τ====2222622322602604m 4080h 14080m ()31.875h 2()2(604)e eE e V VV KA V VV KA dV KA d V V τττ+=++⨯⨯∴===∴===+⨯+ (2) 315m ()()7.970.63h h 47.97()W W E W W V dV dV dV d d d ττττ==∴=== (3) 360m 30.6h 2010.6360W D V Q τττ===++++滤液2. 某板框过滤机在恒压下操作，过滤阶段的时间为2h ，已知第1h 过滤得8m 3滤液，滤饼不可压缩，滤布阻力可忽略，试求：（1） 第2h 可得多少滤液？（2） 过滤2h 后用2m 3清水（粘度与滤液相近），在同样压力下对滤饼进行横穿洗涤，求洗涤时间；（3） 若滤液量不变，仅将过滤压差提高1倍，问过滤时间为多少？（4） 若过滤时间不变，仅将过滤压差提高1倍，问滤液量为多少？解：（1）22V KA τ=将318m V = 11h τ=代入上式，得 642=KA 所以32188 3.31m V V V ∆=-===(2) 由过滤基本方程22()e dV KA d V V τ=+ 由题知0e V = 328 3.3111.31m V =+= 代入得232364() 2.83m /h 2211.311 2.83()()0.71m /h 442 2.83h 0.71()E W E W W W dV KA d V dV dV d d V dV d τττττ===⨯====== （3）s =0 212=∆∆p p ∵K p ∝∆ ∴ 21212=∆∆=p p K K ∵222211K A K A ττ= ∴121221h 2（）ττ===K K （4）2)(12212==K K V V ，32111.3115.99m V ===3. 用一板框过滤机，对某种悬浮液进行恒压过滤，过滤时间为20min,得到滤液20m 3,滤饼不洗涤，拆装时间为15min,滤饼不可压缩，介质阻力可忽略不计。

第4章流体通过颗粒层的流动概述由众多固体堆积而成的静止颗粒层称为固定床。

工业生产中流体通过固定床流动的典型例子：1. 固定床反应器----催化剂颗粒堆积成的固定床。

2. 悬浮液的过滤----悬浮液中颗粒沉积形成的滤饼可看成固定床．本章重点考查流体通过固定床的基本流动规律和过滤操作规律。

４.2 颗粒床层的特性颗粒床层由不同大小和形状的颗粒组成，流体在其中的流动与管内流动类似。

但颗粒床层内的流道尺寸不同，形状各异，具有复杂的网状结构。

对其特性的了解应从组成通道的颗粒着手。

4.2.1 单颗粒的特性 ()球形颗粒的几何特性可用单一参数d p全面表示，如：体积：（４－１）面积：（４－２）球形颗粒比表面积：（４－３）非球形颗粒：非球形颗粒的几何特征不能用单一参数全面表示，通常以某种等当的球形颗粒近似表示，以使所考查领域内非球形颗粒的特征与球形颗粒等效。

此球的直径称d e。

当量直径可用不同方式定义。

(1). 体积当量直径：使当量球形颗粒的体积等于实际颗粒的体积V。

（４－４）(2). 面积当量直径：使当量球形颗粒的表面积πd es2等于实际颗粒的表面积S。

（４－５）(3). 比表面当量直径：使当量球形颗粒的6/d ea等于实际颗粒的比表面积a（４－６）非球形颗粒的形状系数：对非球形颗粒，只以一个当量直径不能确定其几何特征，因此定义形状系数。

（４－７）4．2．2 颗粒群特性由不同大小、形状颗粒组成的颗粒群，各单个颗粒的尺寸不会完全一样。

颗粒群的大小分布用筛分分析得出。

筛分分析——用一组具有不同大小筛孔的利用筛孔的机械阻挡，将颗粒群按其粒度范围分为若干子群即对其分布进行测定（为促使颗粒通过筛孔，筛面应作某种运动）。

通过筛孔的颗粒量称为筛过量，截留于筛面的颗粒量称为筛余量。

称取各筛面上的颗粒筛余量，即得筛分分析基本数据，筛分分析适用于>70μm的颗粒 ()标准筛--不同国家采用不同的标准筛制，其筛孔为正方形时，其尺寸可直接用边长（mm）表示；也可用筛号或筛目（筛网单位长度上的孔数）表示。

第4章 流体通过颗粒层的流动◆ 内容小结◆ 复习题【单颗粒的特性】1. 对颗粒层中流体通道有重要影响的单颗粒特性主要是： 颗粒的大小（体积）、形状和表面积；球形颗粒的上述特性可用单一参数 直径 表示；非球形颗粒可用2个参数(即dea 、dev 、des 和ψ中的任意2个)表示。

【流体通过固定床的压降】2. 用数学模型法处理通过颗粒层流动的阻力时，是以 等表面积和等空隙体积 为条件将实际颗粒层转化为一组平行细管组成的模型床层，这样简化是基于以下分析：流体流动阻力一方面来自粘性力，即与颗粒总表面积有关；另一方面与颗粒间流体的真实速度有关即一定流量下取决于床层通道大小——床层空隙体积。

【 过滤原理】3.过滤操作的推动力是____压差_____。

4.何谓"架桥现象"？ 5.对滤饼过滤，真正有效的过滤介质是 不断增厚的滤饼 。

6.悬浮液中加入助滤剂进行过滤的目的是 改变滤饼结构，使之形成较为疏松且不可压缩的滤饼 。

【过滤设备】7.工业上应用较多的压滤型间歇过滤机有___板框压滤机__与__加压叶滤机_；吸滤型连续操作过滤机有__转筒真空过滤机__。

8.叶滤机的洗涤液与滤液通过的途径相同。

9. 板框压滤机的板与框的安装顺序为：非洗涤板(1)→滤框(2)→洗涤板(3) →滤框(2) →非洗涤板(1) →… 10. 回转真空过滤机的转鼓的每一格按顺时针方向旋转一周，相继进行 过滤、脱水、洗涤、卸渣和再生 等操作。

【物料衡算】11. 1L q φεφ=-- 若板框压滤机的框厚为l ，则上式化为 212l V Aφεφ=⋅-- 1cake V V φεφ=-- 【过滤速率基本方程】12. 推导恒压过滤方程式的一个基本依据是 滤液通过滤饼时呈层流流动 。

13. 过滤常数K 与 滤液的粘度、滤浆的浓度、滤饼的可压缩性、过滤压差 有关， 与 过滤面积 无关。

14. 当过滤介质阻力可忽略时， 0 0 0 0ee e q V K τ===≠。

第三章流体通过颗粒层的流动一、基本知识1.下列关于非均相物系的举例及说明中错误的是。

甲：泡沫液，是液气组成的非均相物质，其中分散相是液体，分散介质是气体。

乙：乳浊液，是液固组成的非均相物质，其中连续相是液体，分散介质是固体。

丙：烟尘气，是气固组成的非均相物质，其中连续相是气体，分散介质是固体。

丁：雾沫气，是气液组成的非均相物质，其中分散相是液体，分散介质是气体。

①甲、乙②乙、丙③丙、丁④丁、甲2.下面论断中正确的有。

①单位体积固体颗粒所具有的表面积称为该固体颗粒的比表面积②根据不同方面的等效性(质量等效、体积等效、比表面积等效等)，可以定义不同的当量直径③形状系数是与非球形颗粒体积相等的球的表面积除以非球形颗粒的表面积的商④对于球形颗粒，只要一个参数，即颗粒直径便可惟一地确定其体积、表面积和比表面积⑤对于非球形颗粒，必须定义两个参数(通常定义体积当量直径和形状系数)才能确定其体积、表面积和比表面积3.下面有关颗粒群论断中正确的是。

①在任何颗粒群中，都存在一定的尺寸(粒度)分布②颗粒粒度的测量方法有筛分法、显微镜法、沉降法、电阻变化法、光散射与衍射法、表面积法等③对于大于70μm的颗粒，也就是工业固定床经常遇到的情况，常采用一套标准筛进行测量(筛分分析)④筛分使用的标准筛系金属丝网编织而成，各国习用筛的开孔规格各异，常用的泰勒制是以每英寸边长上的孔数为筛号或称目数4.下面有关颗粒群筛分结果论断中正确的有。

①筛分结果可用分布函数和频率函数图示②分布函数曲线上对应于某一尺寸dpi的分布函数Fi值表示直径小于dpi的颗粒占全部试样的质量分率，而该批颗粒的最大直径dp,max。

处，其分布函数Fi的值为1③频率分布曲线上在一定粒度范围内的颗粒占全部颗粒的质量分率等于该粒度范围内频率函数曲线下的面积，而频率分布函数曲线下的全部面积等于l④颗粒群的任何一个平均直径都不能全面代替一个分布函数5.颗粒的比表面积α和床层的比表面αB及床层的空隙率ε之间的关系式为。

第4章 流体通过颗粒层的流动典型例题例1：过滤机的最大生产能力用一板框压滤机对悬浮液进行恒压过滤，过滤20分钟得滤液 20m 3 ，过滤饼不洗涤，拆装时间为15分钟，滤饼不可压缩，介质阻力可略。

试求： （1） 该机的生产能力，以 m 3 （滤液）/h 表示(2)如果该机的过滤压力增加 20℅，该机的最大生产能力为多少 m 3（滤液）/h ？ 解：（1）h m V Q D /3.34601520203=⨯+=+=θθ （2）根据恒压过滤方程V 2=KA 2θ202020222===θV KA为了得到最大生产能力，则应 min 15==D f θθ在原压力下对应的滤液量为 300152022=⨯==f opt KA V θ33.17m V opt = ΔP ’=1.2ΔPV ∝ΔP 1/2395.183.172.1m V opt =⨯=h m V Q Df opt/9.3760151595.183max =⨯+=+=θθ例2：滤饼的洗涤问题采用板框压过滤机进行恒压过滤，操作1小时后，得滤液 15m 3 ，然后用2m 3的清水在相同的压力下对滤饼进行横穿洗涤。

假设清水的粘度与滤液的粘度相同。

滤布阻力可略，试求： （1） 洗涤时间（2） 若不进行洗涤，继续恒压过滤1小时，可另得滤液多少 m 3 ？ 解：V 2=KA 2θKA 2=152采用横穿洗涤法，则有：Ew d dV d dV ⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫⎝⎛θθ41 hr V KA V f w w 07.11521541224122=⨯⨯=⨯=θ 或者 hr Jf w 07.114115222=⨯⨯==θδθ''22θKA V = ， 322.21215''m KA V =⨯==θ 32.6152.21m V =-=∆例3：操作压强对过滤机生产能力的影响用板框过滤机过滤某悬浮液，一个操作周期内过滤 20分钟后共得滤液 4m 3 （滤饼不可压缩，介质阻力可略）。

第4章 流体通过颗粒层的流动典型例题例1：过滤机的最大生产能力用一板框压滤机对悬浮液进行恒压过滤，过滤20分钟得滤液 20m 3 ，过滤饼不洗涤，拆装时间为15分钟，滤饼不可压缩，介质阻力可略。

试求： （1） 该机的生产能力，以 m 3 （滤液）/h 表示(2)如果该机的过滤压力增加 20℅，该机的最大生产能力为多少 m 3（滤液）/h 解：（1）h m V Q D /3.34601520203=⨯+=+=θθ （2）根据恒压过滤方程V 2=KA 2θ202020222===θV KA为了得到最大生产能力，则应 min 15==D f θθ在原压力下对应的滤液量为 300152022=⨯==f opt KA V θ33.17m V opt = ΔP ’=ΔP V ∝ΔP 1/2395.183.172.1m V opt =⨯=h m V Q Df opt/9.3760151595.183max =⨯+=+=θθ例2：滤饼的洗涤问题采用板框压过滤机进行恒压过滤，操作1小时后，得滤液 15m 3 ，然后用2m 3的清水在相同的压力下对滤饼进行横穿洗涤。

假设清水的粘度与滤液的粘度相同。

滤布阻力可略，试求： （1） 洗涤时间（2） 若不进行洗涤，继续恒压过滤1小时，可另得滤液多少 m 3 解：V 2=KA 2θKA 2=152采用横穿洗涤法，则有：Ew d dV d dV ⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫⎝⎛θθ41 hr V KA V f w w 07.11521541224122=⨯⨯=⨯=θ 或者 hr Jf w 07.114115222=⨯⨯==θδθ ''22θKA V = ， 322.21215''m KA V =⨯==θ 32.6152.21m V =-=∆例3：操作压强对过滤机生产能力的影响用板框过滤机过滤某悬浮液，一个操作周期内过滤 20分钟后共得滤液 4m 3 （滤饼不可压缩，介质阻力可略）。

第4章 流体通过颗粒层的流动典型例题例1：过滤机的最大生产能力用一板框压滤机对悬浮液进行恒压过滤，过滤20分钟得滤液 20m 3 ，过滤饼不洗涤，拆装时间为15分钟，滤饼不可压缩，介质阻力可略。

试求：（1） 该机的生产能力，以 m 3 （滤液）/h 表示(2)如果该机的过滤压力增加 20℅，该机的最大生产能力为多少 m 3（滤液）/h ？解：（1）h m V Q D /3.34601520203=⨯+=+=θθ （2）根据恒压过滤方程V 2=KA 2θ202020222===θV KA为了得到最大生产能力，则应 min 15==D f θθ在原压力下对应的滤液量为 300152022=⨯==f opt KA V θ33.17m V opt = ΔP ’=1.2ΔPV ∝ΔP 1/2395.183.172.1m V opt =⨯=h m V Q Df opt/9.3760151595.183max =⨯+=+=θθ例2：滤饼的洗涤问题采用板框压过滤机进行恒压过滤，操作1小时后，得滤液 15m 3 ，然后用2m 3的清水在相同的压力下对滤饼进行横穿洗涤。

假设清水的粘度与滤液的粘度相同。

滤布阻力可略，试求：（1） 洗涤时间（2） 若不进行洗涤，继续恒压过滤1小时，可另得滤液多少 m 3 ？解：V 2=KA 2θKA 2=152采用横穿洗涤法，则有：Ew d dV d dV ⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫⎝⎛θθ41 hr V KA V f w w 07.11521541224122=⨯⨯=⨯=θ 或者 hr J f w 07.114115222=⨯⨯==θδθ''22θKA V = ， 322.21215''m KA V =⨯==θ32.6152.21m V =-=∆例3：操作压强对过滤机生产能力的影响用板框过滤机过滤某悬浮液，一个操作周期内过滤 20分钟后共得滤液 4m 3 （滤饼不可压缩，介质阻力可略）。

第4章流体通过颗粒层的流动一、选择题1．推导液体流过滤饼（固定床）的过滤基本方程式的基本假设是：液体在多孔介质中流型属（），依据的公式是（）公式。

[南京理工大学2010年研]A．层流，欧根B．湍流，欧根C．层流，柯士尼D．湍流，柯士尼【答案】C【解析】滤液通过滤饼层流动的特点：①滤液穿过滤饼中不规则的孔道；②滤液在孔道中的大部分流动为层流；③过滤属非定态操作。

依据的是柯士尼（康采尼，音译过来的）公式()22251c p u L a εμε∆⎛⎫=⎪-⎝⎭2．恒压过滤时，如介质阻力不计，滤饼不可压缩，滤饼压差增大一倍时同一过滤时刻所得滤液量（）。

[浙江大学2011年研]A．增大至原来的2倍B．增大至原来的4倍C．增大至原来的倍D．增大至原来的1.5倍【答案】C【解析】介质阻力忽略不计,则V 2＝KA 2τ，滤饼不可压缩，则2pK r φμ∆=，ΔP 增加一倍，则V 增加为原来的2倍。

二、填空题1．气体通过颗粒床层的流动，当床层表观气速大于起始流化速度且小于带出速度时，随气速增加，床层空隙率______，床层降压______。

[北京化工大学2012年研]【答案】增大；不变【解析】固定床阶段压降增大；而当为流化床阶段，表观气速大于等于起始流化速度，床层空隙率增大，但压降不变。

2．用转筒真空过滤机过滤某种悬浮液，已知在转速为1rpm 时的生产能力为4.8m 3/h，现要将生产能力提高20%，若过滤介质阻力可忽略不计，则转速应改为______，或将转筒的浸没角增为原来的______倍。

[华南理工大学2011年研]【答案】1.44rpm；1.44倍【解析】转筒真空过滤机的生产能力Q＝465n K ψ，n Q ψ∝∝。

三、计算题用一板框压滤机在恒压下过滤某一悬浮液，过滤面积为0.4m 2，过滤操作4小时后得滤液80m 3，过滤介质阻力可忽略不计。

试求：（1）若其它情况不变，但过滤面积加倍，可得多少滤液？（2）若其它情况不变，但过滤时间缩短为2小时，可得多少滤液？（3）若在原表压下过滤4小时后，再用5m 3水洗涤滤饼，洗涤时间（h）又为多少？假设滤液与水性质相近。

第四章 流体通过颗粒层的流动典型例题1. 有一板框过滤机，恒压下过滤某种悬浮液，过滤1h 后，得到滤液60m 3,然后用5m 3的清水（物性与滤液相近）进行洗涤，拆装时间为20min ，已测得V e =4m 3,试求：(1) 过滤末速率为多少m 3滤液/h ?(2) 洗涤时间为多少h ?(3) 该机生产能力为多少m 3滤液/h ?解：（1）已知33360m ,20min,4m ,5m e W V V V τ====2222622322602604m 4080h 14080m ()31.875h 2()2(604)e eE e V VV KA V VV KA dV KA d V V τττ+=++⨯⨯∴===∴===+⨯+ (2) 315m ()()7.970.63h h 47.97()W W E W W V dV dV dV d d d ττττ==∴=== (3) 360m 30.6h 2010.6360W D V Q τττ===++++滤液2. 某板框过滤机在恒压下操作，过滤阶段的时间为2h ，已知第1h 过滤得8m 3滤液，滤饼不可压缩，滤布阻力可忽略，试求：（1） 第2h 可得多少滤液？（2） 过滤2h 后用2m 3清水（粘度与滤液相近），在同样压力下对滤饼进行横穿洗涤，求洗涤时间；（3） 若滤液量不变，仅将过滤压差提高1倍，问过滤时间为多少？（4） 若过滤时间不变，仅将过滤压差提高1倍，问滤液量为多少？解：（1）22V KA τ=将318m V = 11h τ=代入上式，得 642=KA 所以32188 3.31m V V V ∆=-===(2) 由过滤基本方程22()e dV KA d V V τ=+ 由题知0e V = 328 3.3111.31m V =+= 代入得232364() 2.83m /h 2211.311 2.83()()0.71m /h 442 2.83h 0.71()E W E W W W dV KA d V dV dV d d V dV d τττττ===⨯====== （3）s =0 212=∆∆p p ∵K p ∝∆ ∴ 21212=∆∆=p p K K ∵222211K A K A ττ= ∴121221h 2（）ττ===K K （4）2)(12212==K K V V ，32111.3115.99m V ===3. 用一板框过滤机，对某种悬浮液进行恒压过滤，过滤时间为20min,得到滤液20m 3,滤饼不洗涤，拆装时间为15min,滤饼不可压缩，介质阻力可忽略不计。

化工原理考研复习《流体通过颗粒层的流动》练习题一、填空题1.悬浮液是指由__________和_________组成的混合物。

（填液相、气相或固相）2.过滤方式有______________、______________和_______________等。

3.常用的过滤介质有_____________、______________和_________________三种。

4.过滤阻力包括______________和______________两部分。

5.转筒真空过滤机每旋转一周完成的工作过程有__________、_____________、___________、___________和____________。

二、选择题1．描述颗粒特性的参数不包括（）A形状B大小C密度D表面积2．以下表达式中正确的是（）A 过滤速度与过滤面积平方A2成正比B 过滤速度与过滤面积A 成正比C 过滤速度与所得滤液体积V成正比D 过滤速度与虚拟滤液体积V e成反比3．在回转真空过滤机上过滤某种悬浮液，将转筒转速n提高一倍，其他条件保持不变，则生产能力将为原来的（）A2倍 B 倍 C 4倍 D 1/24．下列为间歇式操作设备的是（）A回转真空过滤机B三足式离心机C刮刀卸料离心机D活塞往复式卸料离心机5．下列为连续式操作设备的是（）A板框压滤机B回转真空过滤机C叶滤机D三足式离心机6．过滤常数K与下列哪项无关（）A滤液的黏度B过滤面积C滤浆的浓度D滤饼的压缩性7．下列措施中不一定能有效地提高过滤速率的是（）A加热滤浆B在过滤介质上游加压C在过滤介质下游抽真空D及时卸渣8．下列说法错误的是（）A增大压力和升高温度都能有效地提高过滤速率B在滤饼过滤中，滤饼本身起到了主要过滤介质的作用C过滤操作既可用来分离液体非均相物系，也可用来分离气体非均相物系 D使用助滤剂的目的是防止介质孔道堵塞9．在一个过滤周期中，为了达到最大生产能力（）A过滤时间应大于辅助时间B过滤时间应小于辅助时间C过滤时间应等于辅助时间D过滤加洗涤所需时间等于1/2周期三、判断题1．过滤操作适用于分离含固体物质的非均相物系。

第七章自测练习(上册部分)7.1练习一：流体流动一、填充1、连续性假定是指。

2、控制体与系统的区别在于考察方法的不同，对系统进行考察的方法是法，对控制体进行考察的方法是法。

3、圆管内湍流和层流的区别是：流型层流湍流本质区别Re剪应力分布速度分布u/u maxλ与Re的关系高度湍流一般湍流λ与ε/d的关系4、圆形直管内，q V一定，设计时若将d增加一倍，则层流时 h f是原值的倍，高度湍流时，h f是原值的倍。

（忽略ε/d的变化）5、流体在直管内流动造成阻力损失的根本原因是，直管阻力损失体现在。

6、某孔板流量计用水测得Co=0.64，现用于测ρ=900kg/m3，μ=0.8mPas的液体，问此时Co 0.64。

（>, =, <）7、如图示管线，将支管A的阀门开大，则管内以下参数如何变化？(↑,↓)q VA，q VB，q V总，P ，h fA， h fMN8、图示管路系统中，已知流体流动的总阻力损失h f=56J/kg,若关小阀门，则总阻力损失h f’= J/kg，两槽液面的垂直距离 H= m.9、图示管路系统中，已知d ab=d cd, εab=εcd，l ab=l cd，μ≠0。

比较u a u c,(p a-p b) (p c-p d), (P a-P b) (P c-P d).10、如图示供水管线。

管长L，流量qV，今因检修管子，用若干根直径为0.5d、管长相同于L的管子并联代替原管，保证输水量q V不变,设λ为常数,ε/d相同，局部阻力均忽略，则并联管数至少需要根。

11、如图通水管路，当流量为q V时，测得（P1-P2）=5mH2O，若流量为2 q V时，（P1-P2）= mH2O（设在阻力平方区）二、选择1、倒U型压差计，指示剂为空气，现改指示剂为油，水的流向不变，则R（）A)增大B)变小C)不变D) R不变，但倒U型压差计中左侧液位高于右侧。

2、圆形直管内径d=100mm，一般情况下输水能力为（）A）3m3/h B）30m3/h C）200 m3/h D）300 m3/h3、某孔板流量计，当水流量为q V时，U型压差计读数R=600mm,（ρi=3000kg/m3）, 若改用ρi=6000 kg/m3的指示液，水流量不变，则此时读数R为（）A)150mm B)120mm C)300mm D)240mm三、计算1、如图所示三只容器A、B、C均装有水（液面恒定），已知：z1=1m, z2=2m, U型水银压差计读数：R=0.2m, H=0.1m 试求：1) 容器A上方压力表读数p1；2) 若p1（表压）加倍，则（R+H）值为多少？2、某输液管路如图所示，已知液体的密度为900kg/m3，粘度为30mPas，除AB段外，直管总长（包括全部局部阻力的当量长度），L=50m, 管径d=53mm, 复式U型压差计指示剂为水银，两指示剂中间流体与管内流体相同，指示剂读数R1=7cm, R2=14cm,。