化工原理第五章颗粒的沉降和流态化.docx
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化工原理第五章颗粒的沉降和流态化
化工原理-第五章-颗粒的沉降和流态化
一、选择题
1、一密度为7800kg/m3的小钢球在相对密度为1.2的某液体中的自由沉降速度为在20℃水中沉降速度的1/4000,则此溶液的粘度为D(设沉降区为层流)。
4000mPa·s;
40mPa·s;
33.82Pa·s;
3382mPa·s
2、含尘气体在降尘室内按斯托克斯定律进行沉降。
理论上能完全除去30μm的粒子,现气体处理量增大1倍,则该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为D。
A.
;B。
;C。
;D。
3、降尘室的生产能力取决于B。
A.沉降面积和降尘室高度;B.沉降面积和能100%除去的最小颗粒的沉降速度;
C.降尘室长度和能100%除去的最小颗粒的沉降速度;D.降尘室的宽度和高度。
4、降尘室的特点是。
D
A.结构简单,流体阻力小,分离效率高,但体积庞大;
B.结构简单,分离效率高,但流体阻力大,体积庞大;
C.结构简单,分离效率高,体积小,但流体阻力大;
D.结构简单,流体阻力小,但体积庞大,分离效率低
5、在降尘室中,尘粒的沉降速度与下列因素C无关。
A.颗粒的几何尺寸B.颗粒与流体的密度
C.流体的水平流速;D.颗粒的形状
6、在讨论旋风分离器分离性能时,临界粒径这一术语是指C。
A. 旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径;B.旋风分离器允许的最小直径;
C.旋风分离器能够全部分离出来的最小颗粒的直径;D.能保持滞流流型时的最大颗粒直径
7、旋风分离器的总的分离效率是指D。
A.颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率;B.颗粒群中最小粒子的分离效率;
C.不同粒级(直径范围)粒子分离效率之和;D.全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率
8、对标准旋风分离器系列,下述说法哪一个是正确的C。
A.尺寸大,则处理量大,但压降也大;B.尺寸大,则分离效率高,且压降小;
C.尺寸小,则处理量小,分离效率高;D.尺寸小,则分离效率差,且压降大。
9、自由沉降的意思是_______。
A颗粒在沉降过程中受到的流体阻力可忽略不计
B颗粒开始的降落速度为零,没有附加一个初始速度
C颗粒在降落的方向上只受重力作用,没有离心力等的作用
D颗粒间不发生碰撞或接触的情况下的沉降过程D
10、颗粒的沉降速度不是指_______。
A等速运动段的颗粒降落的速度
B加速运动段任一时刻颗粒的降落速度
C加速运动段结束时颗粒的降落速度
D净重力(重力减去浮力)与流体阻力平衡时颗粒的降落速度B
11、在讨论旋风分离器分离性能时,分割直径这一术语是指_________。
A旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径
B旋风分离器允许的最小直径
C旋风分离器能够50%分离出来的颗粒的直径
D能保持滞流流型时的最大颗粒直径C
12、在离心沉降中球形颗粒的沉降速度__________。
A只与dp,ρp,ρ,uT,r,μ有关B只与dp,ρp,uT,r有关
C只与dp,ρp,uT,r,g有关D只与dp,ρp,uT,r,k有关
(题中uT气体的圆周速度,r旋转半径,k分离因数)A
13、降尘室没有以下优点______________。
A分离效率高B阻力小
C结构简单D易于操作A
14、降尘室的生产能力__________。
A只与沉降面积A和颗粒沉降速度uT有关
B与A,uT及降尘室高度H有关
C只与沉降面积A有关
D只与uT和H有关A
15、要除去气体中含有的5μ~50μ的粒子。
除尘效率小于75%,宜选用。
A除尘气道B旋风分离器C离心机D电除尘器B
16、一般而言,旋风分离器长、径比大及出入口截面小时,其效率,阻力。
A高B低C大D小A
17、在长为Lm,高为Hm的降尘室中,颗粒的沉降速度为uTm/s,气体通过降尘室的水平流速为um/s,则颗粒能在降尘室内分离的条件是:
____。
AL/u<H/uLBL/uT<H/u
CL/uT≥H/uDL/u≥H/uTD
18、粒子沉降受到的流体阻力________。
A恒与沉降速度的平方成正比B与颗粒的表面积成正比
C与颗粒的直径成正比D在滞流区与沉降速度的一次方成正比D
C只有第一种说法正确D只有第二种说法正确A
19、旋风分离器的总的分离效率是指__________。
A颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率
B颗粒群中最小粒子的分离效率
C不同粒级(直径范围)粒子分离效率之和
D全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率D
20、降尘室的生产能力由________决定。
A降尘室的高度和长度B降尘室的高度
C降尘室的底面积D降尘室的体积C
二、填空题
1、一球形石英颗粒,分别在空气和水中按斯托克斯定律沉降,若系统温度升高,则其在水中的沉降速度将,在空气中的沉降速度将。
答案:
下降,增大
2、在滞流(层流)区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的次方成正比。
答案:
2
3、降尘室的生产能力与降尘室的和有关。
答案:
长度宽度
4、已知某沉降室在操作条件下的气体流率为3600m3/h,沉降室长、宽、高尺寸为
=5
则其沉降速度为
。
答案:
0.067
5、在除去某粒径的颗粒时,若降尘室的高度增加一倍,气流速度。
答案:
减少一倍
6、若降尘室的高度增加,则沉降时间,气流速度,生产能力。
答案;增加;下降;不变
7、一降尘室长8m,宽4m,高1.5m,中间装有14块隔板,隔板间距为0.1m。
现颗粒最小直径为12μm,其沉降速度为0.02mm//s,欲将最小直径的颗粒全部沉降下来,则含尘气体的最大流速不能超过m/s。
答案:
1.6
8、在旋风分离器中,某球形颗粒的旋转半径为0.4m,切向速度为15m/s。
当颗粒与流体的相对运动属层流时,其分离因数
为。
答案:
57
9、选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的根据是;;。
答案:
气体处理量,分离效率,允许压降
10、通常,非均相物系的离心沉降是在旋风分离器中进行,悬浮物系一般可在旋液分离器或沉降离心机中进行。
答案:
悬浮物系一般可在旋液分离器或沉降离心机中进行。
气固;液固
11、一球形石英颗粒,在空气中按斯托克斯定律沉降,若空气温度由20℃升至50℃,则其沉降速度将。
下降
12、降尘室的生产能力与降尘室的和有关。
长度宽度
13、降尘室的生产能力与降尘室的无关。
高度
14、在除去某粒径的颗粒时,若降尘室的高度增加一倍,则沉降时间。
增加一倍
15、在除去某粒径的颗粒时,若降尘室的高度增加一倍,气流速度。
减少一倍
16、在除去某粒径的颗粒时,若降尘室的高度增加一倍,生产能力。
不变
17、在滞流(层流)区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的次方成正比。
2
18、在湍流区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的次方成正比。
1/2
19、旋风分离器性能的好坏,主要以来衡量。
临界粒径的大小
20、离心分离设备的分离因数定义式为Kc=。
uT2/gR(或ur/ut)
21、当介质阻力不计时,回转真空过滤机的生产能力与转速的次方成正比。
1/2
21、转鼓沉浸度是与的比值
(1)
转鼓浸沉的表面积转鼓的总表面积
22、将固体物料从液体中分离出来的离心分离方法中,最常见的有和。
将固体物料从液体中分离出来的离心分离设备中,最常见的为。
离心过滤离心沉降离心机
23、在Stokes区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的_____次方成正比;在牛顿区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的______次方成正比。
21/2
24、含尘气体通过长为4m,宽为3m,高为1m的除尘室,已知颗粒的沉降速度为0.03m/s,则该除尘室的生产能力为
。
0.36m3/s
25.降尘室与沉降槽均为气固或液固两相分离设备,它们的生产能力与该设备的______________有关,与________________无关。
沉降面积高度
26.旋风分离器当切向进口气速相同时,随着旋风分离器的直径越大,其离心分离因数越__________;转速不变,离心分离机随着转鼓直径的增大其离心分离因数越____________。
,小大;
27.颗粒的球形度(形状系数)的定义式为:
ψ=________________;颗粒的比表面积的定义式为a=______________________。
与非球形颗粒体积相等的球的表面积/非球形颗粒的表面积,S/V;
28.除去液体中混杂的固体颗粒,在化工生产中可以采用______________、_____________、_______________等方法(列举三种方法)。
重力沉降离心沉降过滤;
29.密度为ρp的球形颗粒在斯托克斯区沉降,已知颗粒在水中和空气中的沉降速度分别为u1和u2,则u1/u2=__________________________________。
[(ρp-ρH2o)/μH2o]×[μair/(ρp-ρair)]
30.已知旋风分离器的平均旋转半径为0.5m,气体的切向进口速度为20m/s,那么该分离器的分离因数为____________________。
81.55
31.分离因数的定义式为K=_________________________。
rω2/g或u2/gr
8.含尘气体通过长为4m,宽为3m,高为1m的除尘室,已知颗粒的沉降速度为0.03m/s,则该除尘室的生产能力为______________________m3/s。
0.36m3/s
31.气体通过颗粒床层时,随流速从小到大可能出现的三种状况是:
____________________、________________、__________________________。
固定床状态,流化床状态,颗粒输送状态;
32.当颗粒层处于流化阶段,床层的压降约等于___________________________。
单位床层面积上的颗粒群的净重力
33.选择(或设计)旋风分离器时要依据______________、_____________和_______________。
含尘气体流量要求的分离效率允许的压强降;
34.流化床中出现的不正常现象有____________和_____________。
腾涌沟流
35.床层空隙率的定义是:
ε=______________________________(用文字表达)。
时所受的阻力(曳力)由两部分构成,即_____________和_______________。
ε=(床层体积-颗粒所占体积)/床层体积,表面阻力(表面曳力),形体阻力(形体曳力)
35.含细小颗粒的气流在降尘室内除去小粒子(沉降在斯托克斯区),正常情况下能100%除去50m的粒子,现气体处理量增大一倍,原降尘室能100%除去的最小粒径为__D____。
A2×50μmB(1/2)×50μmC50μmD
×50μm
36.气体通过流化床的压降,在空塔(空床)速度u增加时,__D______。
A与u成平方关系增加B与u成1.75次方关系增加C与u成正比D与u无关
三.问答题
1998--流化床的压降与哪些因素有关
流化床的压降等于单位界面床内固体的表观重量(即重量浮力),它与气速无关而始终保持定值。
1998--斯托克斯定律区的沉降速度与各物理量的关系如何?
应用的前提是什么?
颗粒的加速段在什么条件下可忽略不计?
Re<2
颗粒
很小,
很小
1999-2007-因某种原因使进入降尘室的含尘气体温度升高,若气体质量及含尘情况不变,降尘室出口气体的含尘量将有何变化?
原因何在?
含尘量升高。
原因:
①气体黏度随温度升高而增加,沉降速度减小,沉降时间增加;②温度升高,密度
变小,气体质量不变则体积流量增加,停留时间减少。
2000--评价旋风分离器性能的主要指标有哪两个?
①分离效率;
②气体经过旋风器的压降
2001--简述旋风分离器性能指标中分割直径dpc的概念
通常指经过旋风分离器后能被除下50%的颗粒直径
2002--什么是颗粒的自由沉降速度
当小颗粒在静止气流中降落时,随降落速度的增加,颗粒与空气的摩擦阻力相应增大,当阻力增大到等于重力与浮力之差时,颗粒所受合力为零,加速度为零,此后颗粒即以加速度为零时的瞬时速度等速降落,此时颗粒的降落速度称为自由沉降速度(Ut)
2003--实际流化现象有哪两种,通常各自发生于什么系统
散式流化,发生于液-固系统;
聚式流化,发生于气-固系统
2004--何谓流化床层的内生不稳定性,如何抑制(提高流化质量的常用措施)?
床内某局部区域空穴的恶性循环。
增加分布板阻力;加内部构件;采用用小直径宽分布的颗粒;采用细颗粒高气速的流化床
2005--对于非球形颗粒,当沉降处于斯托克斯定律区时,试写出颗粒的等沉降速度当量直径de的计算式
2006--气体中含有1~2微米直径的固体颗粒,应选用哪一种气固分离方法?
采用袋滤器
指导②—除去液体中混杂的固体颗粒一般可采用什么方法,需要用到什么设备
沉降、过滤、离心分离
沉降槽、过滤机、离心机
注:
液固分离最常规方法是过滤。
颗粒直径小于1-2微米的分离问题属于困难问题。
对于这类问题①采用絮凝等特殊方法②采用离心沉降;更小的颗粒需要采用管式高速离心机;反之较大的颗粒可采用重力沉降或旋流分离器。
气固分离最常规方法是旋风分离。
一般能分离5-10微米,良好可达2微米。
更小的属较难分离,需要采用袋滤器;更细的颗粒需采用电除尘器。
1-曳力系数是如何定义的?
它与哪些因素有关?
与Rep=
、
有关
2-重力降尘室的气体处理量与哪些因素有关?
降尘室的高度是否影响气体处理量?
沉降室底面积和沉降速度
不影响。
高度小会使停留时间短,但沉降距离也短了
3-为什么旋风分离器处于低气体负荷下操作是不适宜的?
锥底为何须有良好的密封?
低负荷时,没有足够的离心力
锥底往往负压,若不密封会漏入气体且将颗粒带起
4-广义流态化和狭义流态化的各自含义是什么?
狭义流态化指操作气速u小于ut的流化床,
广义流化床则包括流化床,载流床和气力输送
5-气力输送有哪些主要优点?
系统可密闭;输送管线设置比铺设道路更方便;设备紧凑,易连续化、自动化;同时可进行其他单元操作
6-表面曳力,形体曳力
剪力在流动方向上的分力延整个颗粒表面积分,得该颗粒所受剪力在流动方向上的总合
压力在流动方向上的分力延整个颗粒表面积分,得该颗粒所受剪力在流动方向上的总合
7-牛顿区
500曳力系数不再随Rep而变(
),曳力与流速的平方成正比,即服从平方定律
8-离心分离因数
同一颗粒所受离心力与重力之比,反映离心分离设备性能的重要指标
9-总效率
被除下的颗粒占气体进口总的颗粒的质量分率,不能准确地代表旋风分离器的分离性能
10-流化床的特点
优点:
很易获得均匀的温度;恒定的压降
缺点:
不均匀的接触,对实际过程不利,可能导致腾涌或节涌,和沟流
三、计算题
1、某一锅炉房的烟气沉降室,长、宽、高分别为11×6×4m,沿沉降室高度的中间加一层隔板,故尘粒在沉降室内的降落高度为2m。
烟气温度为150℃,沉降室烟气流量12500m3(标准状态)/h,试核算沿降室能否沉降35μm以上的尘粒。
已知ρ尘粒=1600kg/m3,ρ烟气=1.29kg/m,μ烟气=0.0225cp
解:
设沉降在滞流状态下进行,Re<1,且因ρ尘粒>>ρ烟气,故斯托克斯公式可简化为:
u0=d尘粒2ρ尘粒g/18μ烟气
=(35×10-6)2×1600×9.81/(18×2.25×10-5)
=0.0474m/s
检验:
Re=d尘粒u0ρ烟气/μ烟气
=35×10-6×0.0474×1.29/(2.25×10-5)
=0.095<2
故采用计算式正确,则35mm以上粒子的沉降时间为:
θ沉降=2/0.0474=42.2s
又,烟气流速u=[(12500/(4×6×3600))×[(273+150)/273]
=0.224m/s
烟气在沉降室内停留时间:
θ停留=11/0.224=49.1s
即θ停留>θ沉降
∴35mm以上尘粒可在该室沉降
2、有一降尘室,长6m,宽3m,共20层,每层100mm,用以除去炉气中的矿尘,矿尘密度
,炉气密度
,粘度0.035mPa.s,现要除去炉气中10
以上的颗粒,试求:
(1)为完成上述任务,可允许的最大气流速度为多少?
(2)每小时最多可送入炉气若干?
(3)若取消隔板,为完成任务该降尘室的最大处理量为多少?
解:
(1)设沉降区为滞流,则
因为
则
假设正确
由降尘室的分离条件,有
(2)
=6052.3
(3)
可见加隔板可提高生产能力,但隔板间距不能过小,过小会影响出灰和干扰沉降。
3、一降尘室长5m,宽3m,高4m,内部用隔板分成20层,用来回收含尘气体中的球形固体颗粒,操作条件下含尘气体的流量为36000
,气体密度
粘度
。
尘粒密度
,试求理论上能100%除去的最小颗粒直径。
解:
降尘室总面积
生产能力的计算式为
注意式中u0为能100%除去的最小颗粒的沉降速度,而A应为总沉降面积。
解出
设沉降区为层流,则有
=
验算Re0=
=
故假设正确
4.两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速度自由沉降。
已知玻璃球的密度为2500kg/m3,水的密度为998.2kg/m3,水的粘度为1.005⨯10-3Pa⋅s,空气的密度为1.205kg/m3,空气的粘度为1.81⨯10-5Pa⋅s。
(1)若在层流区重力沉降,则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为B。
A.8.612B.9.612C.10.612D.11.612
(2)若在层流区离心沉降,已知旋风分离因数与旋液分离因数之比为2,则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为D。
A.10.593B.11.593C.12.593D.13.593
解:
(1)由
得
所以
(2)由
,
得
,
所以
5、某一球形颗粒在空气中自由重力沉降。
已知该颗粒的密度为5000kg/m3,空气的密度为1.205kg/m3,空气的粘度为1.81⨯10-5Pa⋅s。
则
(1)在层流区沉降的最大颗粒直径为B⨯10-5m。
A.3.639B.4.639C.5.639D.6.639
(2)在湍流区沉降的最小颗粒直径为C⨯10-3m。
A.1.024B.1.124C.1.224D.1.324
解:
(1)由
得
而
所以
(2)由
得
所以
6、采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。
降尘室底面积为10㎡,高1.6m。
操作条件下气体密度为0.5kg/m3,粘度为
,颗粒密度为3000kg/m3。
气体体积流量为5m3/s。
试求:
(1)可完全回收的最小颗粒直径;
(2)如将降尘室改为多层以完全回收20
的颗粒,求多层降尘室的层数及板间距。
解:
(1)设沉降运动处在层流区,则能完全回收的最小颗粒直径:
校核:
最小颗粒的沉降速度:
,近似认为沉降运动处于层流区。
(2)20
的颗粒也要能全部回收,所需要的降尘面积可按下式计算(既然直径为
的颗粒尚能处于层流区,则20
的颗粒沉降也一定处在层流区):
需要降尘面积为153㎡,所以降尘室应改为16层(15块隔板),实际降尘面积为160㎡。
层间距为0.16m。
点评:
就设备结构参数而言,降尘室的处理量主要取决于其底面积而与高度无关;由本题可以看出,当处理量一定时,完全分离出更小的的粒径就必须扩大降尘室的底面积,这是通过多层结构来实现的。
7、某一锅炉房的烟气沉降室,长、宽、高分别为11×6×4m,沿沉降室高度的中间加一层隔板,故尘粒在沉降室内的降落高度为2m。
烟气温度为150℃,沉降室烟气流量12500m3标准)/h,试核算沿降室能否沉降35μm以上的尘粒。
已知ρ尘粒=1600kg/m3,ρ烟气=1.29kg/m,μ烟气=0.0225cp
解:
设沉降在滞流状态下进行,Re<1,且因ρ尘粒>>ρ烟气,故斯托克斯公式可简化为:
u0=d尘粒2ρ尘粒g/18μ烟气
=(35×10-6)2×1600×9.81/(18×2.25×10-5)
=0.0474m/s
检验:
Re=d尘粒u0ρ烟气/μ烟气
=35×10-6×0.0474×1.29/(2.25×10-5)
=0.095<1
故采用计算式正确,则35mm以上粒子的沉降时间为:
θ沉降=2/0.0474=42.2s
又,烟气流速u=[(12500/(4×6×3600))×[(273+150)/273]
=0.224m/s
烟气在沉降室内停留时间:
θ停留=11/0.224=49.1s
即θ停留>θ沉降
∴35mm以上尘粒可在该室沉降
8、相对密度7.9,直径2.5mm的钢球,在某粘稠油品(相对密度0.9)中以5mm/s的速度匀速沉降。
试求该油品的粘度。
解:
设沉降以滞流状态进行,则:
μ油品=d钢球2(ρ钢球-ρ油品)g/(18u钢球)
=(0.0025)2×(7900-900)×9.81/(18×0.005)
=4.77Pa·s
验算:
Re=d钢球u钢球ρ油品/μ油品
=0.0025×0.005×900/4.77
=2.36×10-3<1假设正确
9、直径为30
的球形颗粒,于大气压及20℃下在某气体中的沉降速度为在水中沉降速度的88倍,又知此颗粒在此气体中的有效重量为水中有效重量的1.6倍。
试求此颗粒在此气体中的沉降速度.
20℃的水:
气体的密度为1.2kg/m3(有效重量指重力减浮力)
解:
∵
∴
解得:
设球形颗粒在水中的沉降为层流,则在水中沉降速度:
校核:
<1
假设正确.
则此颗粒在气体中的沉降速度为