新版化工原理习题答案(03)第三章_非均相混合物分离与固体流态化_题解
-
核算流型
:
第三章非均相混合物分离及固体流态化
1
.
颗粒在流体中做自由沉降，试计算（
1
）密度为
2 650 kg/m
3
，直径为
0.04
mm
的球形石英颗粒在
20
C
空气中自由沉降，沉降速度是多少？
（
2
）密度为
2 650 kg/m
3
,
球形度
0.6
的非球形颗粒在
20
C
清水中的沉降速度为
0.1 m/ s
，颗粒的等体积当量直
径是多少？
（
3
）密度为
7 900 kg/m <
/p>
的
3
，直径为
6
.35 mm
的钢球在密度为
1
600 kg/m
液体中沉降
150 mm
所需的时间为
7.32 s
，液体的黏度是多少
?
解：（
1
）假设为滞流沉降，则：
s
U
d
2
（
）
t
18
—
查附录
20
C
空气
1.205kg/m
3
1.8
10
5
Pa
s
，所以
,
,
1
0.04 10
3
18
3
2
2650 1205
9
^ms
0.1276ms
du
18
t
1.205
0.1276 0.04 10
3
Re
5
0.34
1.81 10
所以，原假设正确，沉降速度为
0.1276 m/s
（
2
）采用摩擦数群法
Re
1
-
s
g
2
3
3
U
t
1.205
4 1.81 10
5
2650
9.81
3 1.205
2
431.9
0.1
3
1
依
0.6
,
Re
1
查出：
Utde
/
所以
:
431.9
,
R
q
(
,0.3 1.81 10
5
1.205 0.1
d
e
45
(3
)
假设为滞流沉降，得
:
4.506
10
5
m
d
2
(
s
)g
18u
t
其中
u
t
h 0.15 7.32m s
0.02049m s
将已知数据代入上式得：
0.00635
2
7900 1600
9.81
18 0.02049
Pa s
6.757Pa s
核算流型
Re 4 O'
00635
O'
02049 1600
0.03081
6.757
2
•用降尘室除去气体中的固体杂质，降尘室长
5 m
,
宽
5
m
，高
4.2
m
，固体杂质为
球形颗粒，密度为
3000
kg/m
3
。气体的处理量为
3000
（标准）
m
3
/h
。试求理论上能完
18 1.81 10
5
全除去的最小颗粒直径。
(
1
)
若操作在
20
C
下进行，操作条件下的气体密度为
1.06 kg/m
3
，黏度为
1.8
Pa?s
。
(
2
)
若操作在
420
C
下进行，操作条件下的气体密度为
0.5 kg/m
3
，黏度为
3.3
Pa?s
。
解：
(
1
)
在降尘室内能够完全沉降下来的最小颗粒的沉降速度为
:
q
3000 -
273 20
U
t
土
273
bl 3600 5 5
ms 0.03577m s
设沉降在斯托克斯区，
则：
u
t
°
.<
/p>
03577
18
Ut
J
18 1.8
10
0.03577
1.985
10
5
m 19.85pm
(
s
)g (3000 1.06)
9.81
核算流型
:
任
85 10 5
0.03577
「
06
0
.
0418
1
1.8 10
5
原设滞流区正
能够完全除去的最小颗粒直径为
1.985
X
10
-5
m
。
确，
(1
)
相同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为
:
273
U
q
v,s
3000
t
bl
55
m s 0.0846 m s 3600
设沉降在斯托克斯区，则：
18
U
5
t
18 3.3 10
(
4.132 10 m
41.32 dm (3000 0.5) 9.81
0.0846
5
s
)g
核算流型
:
4.
132 10 5 0
.0846
0.5
0.0529 1
3.3
10
5
原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为
4.132
X
10
-5
m
。
3 <
/p>
.
对
2
题中的降
尘室与含尘气体，在
427
C
下操作，若需除去的最小颗粒粒径为
d
m
,
试确定降尘室内隔板的间距及层数。
解：取隔板间距为
h
，令
L
h
U
U
t
L
则
h
-U
t
u
3000
273 427
U
q
v,s
3600
273
m s
0.1017m s
bH
5
4.2
10
pm
尘粒的沉降速度
10
-
5
10
-
5
10
1
)
(
18
由
（
1
）式计算
h
U
t
I
s
g
10 10
6 2
3000 0.5
18
3.31
9.81
m s 4.954 10
3
m s
5
0.1017
层数
n
4.954 10
18
0.244m
H
~h
42
17.2
取
0.244
4 2 m
0.233m
18
核算颗粒沉降雷诺数：
Re
t
du
t
10
10
6
4.954 10
4
3.3 10
5
10
4
1
核算流体流型
:
2bh 2 5
0.233
Re
d
e
U
(
)u
0.1017 0.5
彰
33
5
686 2100
3.3 10
5
4
•在双锥分级器内用水对方铅矿与石英两种粒子的混合物进
行分离。操作温度下水的
密度
=
996.9 kg/m
3
，黏度
=
0.897 3
X
10
-3
Pa
?s
。固体颗粒为棱长
0.08
〜
0.7mm
的正方体。已
知：方铅矿密度
s1
=
7 500 kg/m
3
，石英矿密度
s2
=
2 650 kg/m
3
。
假设粒子在上升水流中作自由沉降，试求（
为多少？（
2
）所得纯方铅矿粒的尺寸范围。
1
）欲得纯方铅矿粒，水的上升流速至少应
解：（
1
）水的上升流速
为了得到纯方铅矿粒，应使全部石英粒子被溢流带出，因此，
水的上升流速应等于或略大于最大石英粒子的自由沉降速度。
对于正方体颗粒
，应先算出其当量直径和球形度。设
体积。
颗粒的当量直径为
I
代表棱长，
V
p
代表一个颗粒的
|6
de 3
.
n
Vp
■
J
°
.
7103
3
m 8.685
10 m
4
因此，颗粒的球形度
,
_S
埜
S
p
6l
2
6
)
2
M
l
n
6l
°
.
806
3
用摩擦数群法计算最大石英粒子的沉降速度
< br>,
3
Re
2
4 (8.685 10
4
)
3
(2650
3 (0.8973 10
3
)
2
U
t
Re
t
d
e
70 0.8973 10
996.9 8.685 10
m/s
0.07255m/s
或略大于此值。
所以水的上升流速应取为
0.07255 m/s
（
2
）纯方铅矿粒的尺寸范围
所得到的纯方铅矿粒中尺寸最小者应是沉降速度恰好等
于
0.07255 m/s
的粒子。用摩擦数群法计算该粒子的当量直径：
Re
t
1
4 (
si
)g
3
2
u
3
4 0.8973 10
3
(7500 996.9) 9.81
3 996.9
2
2
(0.07255)
3
3
0.2011
已知
s
=0.806
，由图
3-3
查得
Re
t
=30
，则
Re
t
U
t
30 0.8973 10
996.9 0.07255
4
3.722 10
m
m
与此当量直径相对应的正方体棱长为
d
e
3722
10
m
3 10 m
4
所得纯方铅矿粒的棱长范围为
密度为
0.674 kg/m
3
0.3
〜
0.7
mm
。
5
.
用标准型旋风分离器处理含尘气体，
气体流量为
0.4 m
3
/s
、黏度为
3.6
x
10
5
Pa?s
、
，气体中尘粒的密度为
2 300
kg/m
3
。若分离器圆筒直径为
0.4 m
,
3
）若要维持原来的分离效
（
1
）试估算其临界粒径、分割粒径及压力降
。
（
2
）现在工艺要求处理量加倍，若维持压力降
不变，旋风分离器尺寸需增大为多少？此时临界粒径是多少？（
果（临界粒径），应采取什么措施？
解：临界直径
d
c
式中
B D
04
4
4
Ne
=5
q
0.1m
,
h D/2
u
v,s
0.4
hB
20 m s
将有关数据代入，得
9 3.6
10
5
0.1
5 20
2300
n
分割粒径为
m
6.698 10
6
m
6.698 10
口
m
d
50
压强降为
U
i
2
(2
)
p
,
U
i
不变
2
0.27
；
V
20
——
m 4.778 10
6
m
4.778“
2300 0.674
竺
0.674Pa
1078.4Pa
2
q,s
U
i
hB
~D
~
4
8
8
q
v,s
U
i
<
/p>
—
2
—
0.4<
/p>
m 0.5657m
20
9
9 3.6 10
5
B
—
N
e s
U
i
0.27
5657
°
3.14 5 2300 20
m 7.96 10
m
所以，处理量加倍后，若维持压力降不变，旋风分离器
尺寸需增大，同时临界粒径也会
增大，分离效率降低。
(
3
)
若要维持原来的分离效果
(
临界粒径
)
器并联使用。
6
.
在实验室里用面积
0.1 m
2
的滤叶对某悬浮液进行
恒压过滤实验，操作压力差为
67
kPa
，测
得过滤
5
min
后得滤液
1 L
,
再过滤
5
min
后，又得滤液
0.6
L
。试求，过滤常数
，可采用两台圆筒直径为
0.4
m
的旋风分离
K
,
V
e
，并
写出恒压过滤方程式。
解：恒压过滤方程为
:
q
2
2qq
e
K
由实验数据知
:
!
5 min
，
q
1
10min
，
q
1
观
0.01m
3
/m
2
0.1
0.016m
3
/m
2
将上两组数据代入上式得
:
1
(0.01)
2
2(0.01)q
e
5K
(0.016)
2
2(0.016)q
e
10K
解得
q
e
0.007m
3
/m
< br>2
K 4.8 10
5
m
2
/min 8 10
7
m
2
/s
所以，恒压过滤方程为
q
0.014q 8 10
了
(
m
3
/m
2
,
s
)