第3章沉降与过滤

第三章 沉降与过滤沉 降【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为的球形颗粒在150℃的热空气中降落，400m μ求其沉降速度。

解 150℃时，空气密度，黏度./30835kg m ρ=.524110Pa s μ-=⨯⋅颗粒密度，直径/31030p kg m ρ=4410p d m -=⨯假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算 .Re ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。

试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。

解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218= p w pw p a pat w ad d u g ρρρρμμ--=pw pad d =查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa sρμ-==⨯⋅./,.35120518110a a kg m Pa sρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为，代入上式得/32500p kg m ρ=.961pw pad d ==【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为，气体密度为，黏度为10m μ./311kg m ，颗粒密度为4000kg/m 3。

试求：(1)最小颗粒的沉降速度；(2)若需要.621810Pa s -⨯⋅最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s? (3)此降尘室每小时能处理多少m 3的气体？解 已知,/./.6336101040001121810pc p d m kg m kg m Pa sρρμ--=⨯===⨯⋅,,(1) 沉降速度计算 假设为层流区().()(.)./.26269811010400011001181821810pc p t gd u m sρρμ---⨯⨯-===⨯⨯验算 为层流..Re .66101000111000505221810pc t d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯，(2) 气体的最大流速。

第三章沉降与过滤沉降【3-1】密度为1030kg/m 3、直径为400m μ的球形颗粒在150℃的热空气中降落，求其沉降速度。

解150℃时，空气密度./30835kg m ρ=，黏度.524110Pa sμ-=⨯⋅颗粒密度/31030p kg m ρ=，直径4410p d m -=⨯假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⎥⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算.Re ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。

试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。

解在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218= p w pw p a pat w ad d u g ρρρρμμ--=pw pad d =查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa s ρμ-==⨯⋅./,.35120518110a a kg m Pa sρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为/32500p kg m ρ=，代入上式得.961pw pad d =【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10m μ，气体密度为./311kg m ，黏度为.621810Pa s -⨯⋅，颗粒密度为4000kg/m 3。

试求：(1)最小颗粒的沉降速度；(2)若需要最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s?(3)此降尘室每小时能处理多少m 3的气体？解已知,/./.6336101040001121810pc p d m kg m kg m Pa sρρμ--=⨯===⨯⋅,,(1)沉降速度计算假设为层流区().()(.)./.26269811010400011001181821810pc p t gd u m sρρμ---⨯⨯-===⨯⨯验算..Re .66101000111000505221810pc t d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯．为层流(2)气体的最大流速max u 。

&第三章沉降与过滤第一节沉降教学目标：了解颗粒和颗粒群的特性及有关参数的计算方法。

理解重力沉降和离心沉降的意义，掌握颗粒在层流和团粒状态下自由沉降速度的计算公式。

掌握重力沉降设备的结构和工作原理。

掌握碟片式离心机、高速管式离心机、旋风分离器、旋液分离器等离心分设被的结构、工作原理及使用方法。

教学重点：碟片式离心机、高速管式离心机、旋风分离器等离心分设被的结构、工作原理及使用方法。

教学难点：自由沉降速度的计算公式的应用。

教学内容：一、颗粒的基本性质非均相体系的不连续相常常是固体颗粒。

由于不同的条件和过程将形成不同性质的固体颗粒，且组成颗粒的成分不同则其理化性质也不同，所以在分离操作过程中就要采用不同的工艺，因而有必要认识颗粒的性质。

1.颗粒的特性按照颗粒的机械性质可分为刚性颗粒和非刚性颗粒。

如泥砂石子、无机物颗粒属于刚性颗粒。

刚性颗粒变形系数很小，而细胞则是非刚性颗粒，其形状容易随外部空间条件的改变而改变。

常将含有大量细胞的液体归属于非牛顿型流体。

因这两类物质力学性质不同，所以在生产实际中应采用不同的分离方法。

如果按颗粒形状划分，则可分为球形颗粒和非球形颗粒。

球形颗粒的体积为334136V r d ππ== （3——1）其表面积为 224S r d ππ== （3——2）颗粒的表面积与其体积之比叫比表面积，用符号0S 表示，单位23m /m 。

其计算式为：06S S V d ==将非球形颗粒直径折算成球形颗粒的直径，这个直径叫当量直径e d 。

在进行有关计算时，将e d 代入相应的球形颗粒计算公式中即可。

根据折算方法不同，当量直径的具体数值也不同。

常见当量直径有：体积当量直径d e d e =3P6πV （3——3）表面积当量直径d es d es =πPS （3——4）球形度（形状系数）φs ＝PS S （3——5） 2.颗粒群的特性 由大小不同的颗粒组成的集合称为颗粒群。

在非均相体系中颗粒群包含了一系列直径和质量都不相同的颗粒，呈现出一个连续系列的分布，可以用标准筛进行筛分得到不同等级的颗粒。

第三章 沉降与过滤沉 降【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为400m μ的球形颗粒在150℃的热空气中降落，求其沉降速度。

解 150℃时，空气密度./30835kg mρ=，黏度.524110Pa sμ-=⨯⋅颗粒密度/31030p kg m ρ=，直径4410p d m -=⨯ 假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⎥⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算.R e ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。

试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。

解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=-由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218=pw p wp a pat wad d u gρρρρμμ--=pw pad d =查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa s ρμ-==⨯⋅./,.35120518110a a kg m Pa s ρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为/32500p kg m ρ=，代入上式得.961pw pad d =【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10m μ，气体密度为./311kg m ，黏度为.621810Pa s -⨯⋅，颗粒密度为4000kg/m 3。

试求：(1)最小颗粒的沉降速度；(2)若需要最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s? (3)此降尘室每小时能处理多少m 3的气体？解 已知,/./.6336101040001121810p c p d m k g m k g m P a sρρμ--=⨯===⨯⋅,, (1) 沉降速度计算 假设为层流区().()(.)./.26269811010400011001181821810p c p t gd u m sρρμ---⨯⨯-===⨯⨯验算..R e.66101000111000505221810pc t d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯． 为层流(2) 气体的最大流速m ax u 。

《化工原理》第三章“沉降与过滤”复习题一、填空题：1. 悬浮液属液态非均相物系，其中分散相是指______；分散介质是指__________。

***答案*** 固体微粒，包围在微粒周围的液体2. 悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下，沿重力方向作自由沿降时，会受到_____________三个力的作用。

当此三个力的______________时，微粒即作匀速沉降运动。

此时微粒相对于流体的运动速度，称为____________ 。

***答案*** 重力、阻力、浮力；代数和为零；沉降速度3. 沉降操作是使悬浮在流体中的固体微粒，在_________力或__________力的作用下，沿受力方向发生运动而___________ ，从而与流体分离的过程。

***答案*** 重；离心；沉积4. 过滤阻力由两方面因素决定：一方面是滤液本身的性质，即其_________；另一方面是滤渣层本身的性质，即_______ 。

***答案*** μ；γL5. 为了提高离心机的分离效率，通常使离心机的___________增高，而将它的________减少。

***答案** 转速；直径适当。

11. 球形颗粒在20ºC空气中沉降，当空气温度上升时，沉降速度将（设沉降过程符合stocks定律）；若该颗粒改在20ºC水中沉降，沉降速度将。

***答案*** 减小；减小二、选择题（2分）1. 欲提高降尘宝的生产能力，主要的措施是（）。

***答案*** CA. 提高降尘宝的高度；B. 延长沉降时间；C. 增大沉降面积2. 为使离心机有较大的分离因数和保证转鼓有关足够的机械强度，应采用（）的转鼓。

***答案*** BA. 高转速、大直径；B. 高转速、小直径；C. 低转速、大直径；D. 低转速，小直径；3. 旋风分离器的临界粒径是指能完全分离出来的（）粒径。

*答案* AA. 最小；B. 最大；C. 平均；4. 要使微粒从气流中除去的条件，必须使微粒在降尘室内的停留时间（）微粒的沉降时间。

第三章沉降与过滤作业题一、填空题（30分，每空1分）1.在层流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的次方成正比。

2.降尘室的生产能力与降尘室的和有关。

3.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L×W×H =5×3×2,则其沉降速度为 m/s。

4.粒子沉降过程分阶段和阶段。

沉降速度是指加速终了时，相对于的速度。

5.在非均相物系中，处于__ _状态的物质，称为分散物质，处于状态的物质，称为分散介质。

6.旋风分离器性能的好坏，主要以来衡量。

7.实现过滤操作的外力可以是、或。

8.在滤饼过滤中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是而不是。

9.对恒压过滤，当过滤面积增大一倍时，如滤饼可压缩，则过滤速率增大为原来的倍。

10. 化工生产中常用的过滤方式主要有和。

11.工业上常用的过滤介质主要有__ __、__ _、_ _。

12.若进口速度u i=20 m/s,旋转半径r=0.3 m，则离心分离因数的值是。

13.恒压过滤方程式的两种表示形式分别为和。

14.过滤阻力包括和。

15.在斯托克斯定律区，颗粒的沉降速度与其直径的次方成正比。

在牛顿定律区，颗粒的沉降速度与其直径的次方成正比。

16. 降尘室的设计原则是的时间大于等于颗粒沉降所需的时间。

二、选择题（共10分）1. 降尘室的生产能力取决于（）（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。

2. 在降尘室中，尘粒的沉降速度与下列哪个因素无关。

（）（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3. 在讨论旋风分离器分离性能时，临界直径这一术语是指（）。

(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4. 降尘室的设计中，应保证气体在降尘室内的流动处于（）。