化工原理颗粒的沉降和流态化典型例题题解Word文档下载推荐.docx
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固体的密度
为3000kg/m3;
降尘室的生产能力为3m3/s。
试求：
1）理论上能完全捕集下来的最小颗粒直径；
2）粒径为40卩m的颗粒的回收百分率；
3）如欲完全回收直径为10卩m的尘粒，在
原降尘室内需设置多少层水平隔板？
小颗粒的沉降速度为
由于粒径为待求参数，沉降雷诺准数Ret无法计算，故需采用试差法。
假设沉降在滞流
区，则可用斯托克斯公式求最小颗粒直径，即
核算沉降流型
5
dminUt^6.9110-0.30.75
==5=0.598
R&
」2.610-
原设在滞流区沉降正确，求得的最小粒径有效。
2）40卩m颗粒的回收百分率假设颗粒在炉气中的分布是均匀的，则在气体的停留
时间内颗粒的沉降高度与降尘室高度之比即为该尺寸颗粒被分离下来的分率。
由于各种尺寸颗粒在降尘室内的停留时间均相同，故40卩m颗粒的回收率也可用其沉
降速度u'
t与69.1卩m颗粒的沉降速度ut之比来确定，在斯托克斯定律区则为
22
回收率=u'
t/ut=（d'
/dmin）=（40/69.1）=0.335
即回收率为33.5%。
n乞—13—1=46.69
所以
blut10X6.29=<
10一，取47层
隔板间距为
H2
h0.042
n+147+1m
核算气体在多层降尘室内的流型：
若忽略隔板厚度所占的空间，则气体的流速为
Vs3
us..0.75
bH2沢2m/s
即气体在降尘室的流动为滞流，设计合理。
【例3】某淀粉厂的气流干燥器每小时送出10000m3带有淀粉的热空气，拟采用扩散式旋
风分离器收取其中的淀粉，要求压强降不超过1373Pa。
已知气体密度为1.0kg/m3，试选择
合适的型号。
解：
已规定采用扩散式旋风分离器，其型号可由相关设备表中选出。
表中所列压强降是
当气体密度为1.2kg/m3时的数值。
在进口气速相同的条件下，气体通过旋风分离器的压强降与气体密度成正比。
本题中热空气的允许压强降为1373Pa,则相当于气体密度为1.2kg/m3
时的压强降应不超过如下数值，即
12
巾=13731648Pa
1.0
从相关设备表中查得5号扩散式旋风分离器（直径为525mm）在1570Pa的压强降下操作时，生产能力为5000kg/m3。
现要达到10000m3/h的生产能力，可采用两台并联。
当然，也可以作出其它的选择，即选用的型号与台数不同于上面的方案。
所有这些方案
在满足气体处理量及不超过允许压强降的条件下，效率高低和费用大小都不相同。
合适的型
号只能根据实际情况和经验确定。
【例4】拟在9.81x103Pa的恒定压强差下过滤某悬浮液。
已知该悬浮液由直径为0.1mm
的球形颗粒状物质悬浮于水中组成，过滤时形成不可压缩滤饼，其空隙率为60%，水的粘
度为1.0x10宀Pa•s,过滤介质阻力可以忽略，若每获得1m3滤液所形成的滤饼体积为
3
0.333m。
1）每平方米过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间；
2）若将此过滤时间延
q'
-q=2.12-1.5=0.62m3/m2
即每平方米过滤面积上将再得0.62m3滤液。
序号
过滤时间0,s
过滤压强差△p,Pa
1
100
4
3x10
2
500
9X104
例5附表1
【例5】在0.04m2的过滤面积上，以1
—43
X10m/s的速率对不可压缩的滤饼进行过滤实验，测得的两组数据列于本题附表1中。
今欲在框内尺寸为635mmX635mmx60mm的板框过滤机内处理同一料浆，所用滤布与实验时的相同。
过滤开始时，以与实验相同的滤液流速进行恒速过滤，至过滤压强差达到6X104Pa时改为
恒压操作。
每获得1m3滤液所生成的滤饼体积为0.02m3。
试求框内充满滤饼所需的时间。
对不可压缩滤饼进行恒速过滤时的△p—0关系为
△p=a0+b
将测得的两组数据分别代入上式:
44
3X10=100a+b9X10=500a+b
解得a=150b=1.5x104
即△p=1500+1.5x104
且过滤速度也一样，故
因板框过滤机所处理的悬浮液特性及所用滤布均与实验时相同,板框过滤机在恒速阶段的△p—B关系也符合上式。
恒速终了时的压强差△Pr=6x104Pa,故
150
a邹—b6x104—1.5X104“c斥300
a150s
由过滤实验数据算出的恒速阶段的有关参数列于本例附表2中。
例5附表2
0,s
△p,Pa
V=1x10—40,m3
V
q=~a，3,2
Am/m
3x104
0.01
0.25
300
6x104
0.03
0.75
根据
dVKA2dr2VVe
将上式改写为
2qqeKA
应用附表2中数据便可求得过滤常数K和qe,即
【例6】在25C下对每升水中含25g某种颗粒的悬浮液进行了三次过滤实验，所得数据见本
例附表1。
习与相应的q
1）各厶p下的过滤常数K、qe及Be；
2）滤饼的压缩性指数s。
1）求过滤常数（以实验I为例）根据实验数据整理各段时间间隔的值，列于本例附表2中。
2qe=1260
Ks/m
实验序号
I
n
出
过滤压强差△px10,Pa
0.463
1.95
3.39
单位面积滤液量qx103,m/3m2
11.35
17.3
6.5
4.3
22.70
41.4
14.0
9.4
34.05
72.0
24.1
16.2
45.40
108.4
37.1
24.5
56.75
152.3
51.8
34.6
68.10
201.6
69.1
46.1
实验n及川的
石-q关系也标绘于本题附图1中。
例6附表1
例6附表2
qx103
32
m/m
△qx103
s
△0
爲x10-3
s/m
1.524
2.123
30.6
2.696
36.4
3.207
各次实验条件下的过滤常数计算过程及结果列于本题附表3中。
例6附表3
kg
57892—1930=55962kg
55962"
5.962
根据例6中过滤实验结果写出△p=3.39x105pa时的恒压过滤方程式为
2—4
（q+0.0217）=1.678x10（0+2.81）
将q=0.6982m3/m2代入上式，得
2—4
（0.6981+0.0217）=1.678X10（0+2.81）
解得过滤时间为：
0=3085s。
已知:
对恒压过滤方程式进行微分，得
dqK
2（q+qe）dq=Kd0,即d^2（q+qe）
已求得过滤终了时q=0.6982m3/m2,代入上式可得过滤终了时的过滤速率为
已知
dV二AK
dre2（qqe）
_1.678X10—
二21
2（0.6982+0.0217）
=2.44710-
m3/s
Vw=0.08V=0.08X14.66=1.173m3
1.173
1（2.44710，）
=1917
又知0D=15X60=900s
则生产能力为
小3600V3600V
Q==
T6+氐+*
3600X14.66
~30851917900
=8.942
m/h
练习题
1.计算直径为50卩m及3mm的水滴在30C常压空气中的自由沉降速度。
2.试求直径30卩m的球形石英粒子在20C水中与20C空气中的沉降速度各为多少？
已知石英密度ps=2600kg/m。
3•若石英砂粒在20C的水和空气中以同一速度沉降，并假定沉降处于斯托克斯区，试问此两种介质中沉降颗粒的直径比例是多少？
已知石英密度ps=2600kg/m3。
4.将含有球形染料微粒的水溶液于20C下静置于量筒中1h,然后用吸液管在液面下
5cm处吸取少量试样。
已知染料密度为3000kg/m3，问可能存在于试样中的最大颗粒为多少
m?
5.气流中悬浮密度4000kg/m3的球形微粒，需除掉的最小微粒直径为10im,沉降处
于斯托克斯区。
今用一多层隔板降尘室以分离此气体悬浮物。
已知降尘室长10m，宽5m,
共21层，每层高100mm,气体密度为1.1kg/m3，粘度为0.0218mPa•s。
问
1）为保证10im微粒的沉降，可允许最大气流速度为多少？
2）降尘室的最大生产能力（m3/h）为多少？
3）若取消室内隔板，又保证10im微粒的沉降，其最大生产能力为多少？
6.试求密度为2000kg/m3的球形粒子在15C空气中自由沉降时服从斯托克斯定律的最大粒径及服从牛顿定律的最小粒径。
7•使用图3-9所示标准式旋风分离器收集流化床锻烧器出口的碳酸钾粉尘，在旋风分
离器入口处，空气的温度为200C,流量为3800m3/h（200C）。
粉尘密度为2290kg/m3,旋风分离器直径D为650mm。
求此设备能分离粉尘的临界直径de。
&
速溶咖啡粉的直径为60卩m,密度为1050kg/m3,由500C的热空气带入旋风分离器中，进入时的切线速度为20m/s。
在器内的旋转半径为0.5m。
求其径向沉降速度。
又若在静止空气中沉降时，其沉降速度应为多少？
9•某淀粉厂的气流干燥器每小时送出10000m3带有淀粉颗粒的气流。
气流温度为80C,
此时热空气的密度为1.0kg/m3，粘度为0.02mPa・s。
颗粒密度为1500kg/m3。
采用图3-9所示标准型旋风分离器，器身直径D=1000mm。
试估算理论上可分离的最小直径，及设备
的流体阻力。
10.某板框压滤机恒压过滤1h,共送出滤液11m3,停止过滤后用3m3清水（其粘度与滤液相同）在同样压力下进行滤饼的横穿洗涤。
设忽略滤布阻力，求洗涤时间。
11.板框过滤机的过滤面积为0.4m2，在表压150kPa恒压下，过滤某种悬浮液。
4h后
得滤液80m3。
过滤介质阻力忽略不计。
1）当其它情况不变，过滤面积加倍，可得滤液多少？
2）当其它情况不变，操作时间缩短为2h,可得滤液多少？
3）若过滤4h后，再用5m3性质与滤液相近的水洗涤滤饼，问需多少洗涤时间？
4）当表压加倍，滤饼压缩指数为0.3时，4h后可得滤液多少？
12.以总过滤面积为0.1m2，滤框厚25mm的板框压滤机过滤20C下的CaCOs悬浮液。
悬浮液含CaCO3质量分率为13.9%，滤饼中含水的质量分率为50%，纯CaCO?
密度为2710kg/m3。
若恒压下测得其过滤常数K=1.57X105m2/s,qe=0.00378m3/m2。
试求该板框压滤机每次过滤（滤饼充满滤框）所需的时间。
13.有一叶滤机，自始至终在恒压下过滤某种悬浮液时，得出过滤方程式为：
q+20q=2500
式中qL/m2;
0min。
在实际操作中，先用5min作恒速过滤，此时压强由零升至上述试验压强，以后维持此
压强不变进行恒压过滤，全部过滤时间为20min。
1）每一循环中每平方米过滤面积可得滤液量；
2）过滤后用滤液总量1/5的水进行滤饼洗涤，问洗涤时间为多少？
2）求滤饼的压缩性指数s将附表3中三次实验的K—△p数据在对数坐标上进行标绘，得到本题附图2中的I、n、川三个点。
由此三点可得一条直线，在图上测得此直线的斜率为1—s=0.7，于是可求得滤饼的压缩性指数为s=1—0.7=0.3。
【例7】对例6中的悬浮液用具有26个框的BMS20/635-25板框压滤机进行过滤。
在过滤机
入口处滤浆的表压为3.39X105***pa,所用滤布与实验时的相同，浆料温度仍为25C。
每次过
滤完毕用清水洗涤滤饼，洗水温度及表压与滤浆相同而其体积为滤液体积的8%。
每次卸渣、
清理、装合等辅助操作时间为15min。
已知固相密度为2930kg/m3，又测得湿饼密度为
1930kg/m3。
求此板框压滤机的生产能力。
过滤面积A=（0.635）2X2X26=21m2
滤框总容积=（0.635）2X0.025X26=0.262m3
已知1m3滤饼的质量为1930kg，设其中含水xkg，水的密度按1000kg/m3考虑，则
193卜xx_1
29301000一
解得x=518kg
故知1m3滤饼中的固相质量为1930—518=1412kg
生成1m3滤饼所需的滤浆质量为
100025
578921412X25
则1m3滤饼所对应的滤液质量为
1m3滤饼所对应的滤液体积为
由此可知，滤框全部充满时的滤液体积为
V=55.96X0.262=14.66m3
则过滤终了时的单位面积滤液量为
q/二険=0.698232
A21m3/m2
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