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颗粒的沉降运动和固体流态化重力沉降速度颗粒在重力场中

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5.颗粒的沉降与流态化

5.颗粒的沉降与流态化

②旋风分离器的性能 评价旋风分离器性能好坏的指标主要有三项： (a)临界直径 (b)分离效率：包括总效率 和分级效率（粒级效率） 。 (c)旋风分离器的压强降（阻力） (a)旋风分离器的临界直径 旋风分离器能够完全分离出来的最小颗粒直径称 为临界直径。临界直径是评价旋风分离器分离效率高 低的重要依据。 (b)分离效率：包括总效率 和分级效率（粒级效率） 。 总效率 ：即进入旋风分离器的全部粉尘能被分离出来 的粉尘质量分率。
5.颗粒的沉降与流态化
5.1 概述
5.2 颗粒的沉降运动
5.3 沉降分离设备 5.4 固体流态化技术 5.5 气力输送
5.1 概述 由固体颗粒和流体组成的两相流动物系，流体 为连续相，固体则为分散相悬浮于流体中。 本章考察流固两相物系中固体颗粒与流体间的 相对运动。在流固两相物系中，不论作为连续相的 流体处于静止还是作某种运动，只要固体颗粒的密 度 大于流体的密度 ，那么在重力场中,固体颗粒 将在重力方向上与流体做相对运动，在离心力场中， 则与流体作离心力方向上的相对运动。
为颗粒沉降速度；
为固定床的空隙率。
带出速度：颗粒被吹出的临界速度。
流化床类似液体的性质
V 底 t
清洁气流 隔板 含尘气流
挡板
多层降沉室
解题时，由qV 、 A底可求出能100%分离的最小颗 粒直径dmin。如：假设沉降在stokes区，由： d min 2 ( p ) g qV ut A底 18
底
求出dmin后，要验证Re<2是否成立 降尘室特点：结构简单，流动阻力小，但体积庞大，分 离效率低，一般作预除尘用,适用于除去粒度>50μm的 粗颗粒。
即 AH/ qV ≥H/ut 或 qV≤A ut

环境工程原理-2-4流体与固体颗粒分离总结

环境工程原理-2-4流体与固体颗粒分离总结
H L ut u 降尘室的生产能力
Vs (n 1) Aut
环境与安全工程学院
环境工程原理
（二）离心沉降
（二）离心沉降
1、惯性离心力作用下的颗粒沉降速度
ut
4d p p ur2
3
r
滞流区
ut

d
2 p
p

18
u2 r
离心分离因数
环境与安全工程学院
（2）曳力系数
层流区(10-4 Ret1) 过渡区(1 Ret 103，或500) 湍流区(103 Ret 2×105)
环境与安全工程学院
ζ=24/Ret ζ=18.5/Ret0.6 ζ=0.44
环境工程原理
（一）重力沉降
（3）不同沉降区的沉降速度公式
层流区
ut

d
2 p
p 18
g
stocks公式 *
过渡区
ut 0.27
dp
( p)g
Ret0.6
Allen公式 *
湍流区
ut 1.74
dp p g
Newton公式 *
环境与安全工程学院
环境工程原理
（一）重力沉降
2、球形度与当量直径 与非球形颗粒体积相等的球的表面积
s 非球形颗粒的表面积（真实的表面积）
uR
恒压
(V 2 V12 ) 2Ve (V V1) KA2 ( 1)
环境与安全工程学院
环境工程原理
2
4、滤饼的洗涤速率与洗涤时间
横穿洗涤法

dV d
W

1 4

dV d
E

KA2 8(V Ve )

环境工程原理-环境工程原理课后思考题解答2流体与固体颗粒分离

环境工程原理-环境工程原理课后思考题解答2流体与固体颗粒分离

s :固体颗粒密度，kg / m3; ui : 进口气速，m / s
(2)分离效率
0

C1 C2 C1
C1 : 旋风分离器进口气体含尘浓度，g / m3;
C2 : 旋风分离器出口气体含尘浓度，g / m3
(3)压强降
p
ui2 2
是比例系数，亦称为阻力系数，对标准旋风分离器 8.0
10、滤饼过滤的过滤阻力由哪些部分组成？ 答：滤饼过滤的阻力包括流体通过滤饼所受到的阻力以及流体通过过滤介质受到的阻力，其 中占起主导作用的是滤饼阻力。
11、滤饼过滤的过滤速度与推动力和阻力的关系如何表示？ 答：过滤速度＝推动力/阻力
也即： dV pc Ad rL
12、过滤常数有哪些，与哪些因素有关？
在一个透明的玻璃容器内用落球法测定液体的粘度：
透明玻璃容器内盛满待测液体，让小球在待测液体中下落，测定一定时间内小球下落的距离，
便可求得液体的粘度。
20、比较离心沉降和重力沉降的主要区别。 答：在惯性离心力场中进行的沉降称为离心沉降。相对两相密度差较小、颗粒密度较细的非 均相物系，离心沉降可大大提高沉降速度。而重力沉降则是在重力场中进行的沉降过程。
2废水中固体颗粒的去除在工业生产人类生活废水治理过程中排出的废水有相当一部分都含有一定量的固体颗粒应把这些废水中的固体颗粒去除废水才能进一步利用或排放这就需要应用非均相分离技3回收可利用的物质工业生产中常有许多固体颗粒分散在气体或液体中往往需要将其中一相去除而回收另一相如酿造废水中的糟渣的回收和在利用
18、分析说明决定降尘室除尘能力的主要因素。
答：单层降尘室的生产能力：Vs blut
生产能力只与沉降面积 bl 和颗粒的沉降速度 ut 有关，与降尘室高度 H 无关。

环境工程原理期末考试复习题及参考答案-专升本剖析

环境工程原理期末考试复习题及参考答案-专升本剖析

可编辑修改精选全文完整版《环境工程原理》复习题一、填空题1、球形颗粒在静止流体中作重力沉降，经历________和_______两个阶段。

沉降速度是指_______阶段，颗粒相对于流体的运动速度。

2、在流动系统中，水连续地从粗圆管流入细圆管，粗管内径为细管的2倍。

则细管内水的流速为粗管内流速的___ ____倍。

3、某室内空气中O的浓度是0.08×10-6（体积分数），在1.013×105Pa、25℃下，3该浓度可表示为__ _ __ μg/m3。

4、若某气体在水中的亨利系数E值很大，说明该气体为＿＿＿＿＿气体。

在吸收操作中＿＿压力和＿＿＿＿＿温度可提高气体的溶解度，有利于吸收。

5、长方形的长为2a，宽为 a，其当量直径为__________。

6、当系统中流速、压力和密度等物理量只是___ ___的函数，而不随_ ____变化，该系统称为稳态系统。

7、传热的基本方式有、和辐射三种，传热可以以其中一种方式进行，也可以同时以两种或三种方式进行。

8反映旋风分离器分离性能的主要指标有和。

9、边界层的形成是流体具有__ ___的结果。

10、在深层过滤中，流体的悬浮颗粒随流体进入滤料层进而被滤料捕获，该过程主要包括以下几个行为：__ ___、附着行为、__ ___。

11、常用吸附剂的主要特性有：（1）__ ___；（2）__ ___；（3）稳定性好；（4）适当的物理特性；（5）价廉易得。

12、所谓气膜控制，即吸收总阻力集中在______一侧，而______一侧阻力可忽略；如果说吸收质气体是属于难溶气体，则此吸收过程是________控制。

13、在流动系统中，水连续地从粗圆管流入细圆管，粗管内径为细管的2倍。

则细管内水的流速为粗管内流速的___ ____倍。

14、传热的基本方式有、和辐射三种，传热可以以其中一种方式进行，也可以同时以两种或三种方式进行。

15、在间壁式换热器中，间壁两边流体都变温时，两流体的流动方向有、逆流、错流、 __ ______四种。

颗粒的沉降运动和固体流态化重力沉降速度颗粒在重力场中

颗粒的沉降运动和固体流态化重力沉降速度颗粒在重力场中
在停留时间内，颗粒最大的沉降距离是降尘室的高度
恰好满足临界分离条件的颗粒 的沉降速度为 ，其最大的沉降时间为
如果 ，则满足临界分离条件的颗粒 能够100%被沉降（分离）下来，即
而
或者
在降尘室内均匀地加n块水平隔板而称为(n+1)层降尘室，此时的临界分离条件为
则
加隔板的作用：
（1）若保持沉降（分离）要求不变，加隔板后的生产处理能力 与不加隔板时 的比
当介质流量增加到一定值时，会出现始终 ，则颗粒的绝对速度 始终为负，颗粒一直向上运动，此时，床层为气流床。因此临界带出速度为
第5章颗粒的沉降运动和固体流态化
重力沉降速度
颗粒在重力场中自由沉降，当达到匀速沉降时，则在垂直方向上处于力平衡状态
阻力系数是沉降运动雷诺数的函数，
当 时为层流，
颗粒的层流沉降速度
重力降尘室
颗粒随同气体在降尘室中水平方向上的运动速度
颗粒随同气体在降尘室中水平方向上的停留时间
颗粒得以沉降（分离）的条件：
式中，n=3~5圈。
粒级效率
在尘粒中， 的颗粒，
的颗粒，
分离器的总效率：
xi为进口气体中各粒度素 ：同一颗粒所受离心力与重力之比。
颗粒由 沉降至 所需要的沉降时间为
颗粒随同流体在离心管内的停留时间为
当符合临界分离条件时，
则
流化床原理
颗粒的重力沉降速度 为相对于颗粒周围介质运动的速度，对于一定的颗粒来说为确定值。在颗粒之间介质向上的运动速度为 。规定向下的速度为正，颗粒相对于固定参照点的绝对速度为
（2）若保持生产处理能力相同，加隔板后能够100%沉降的颗粒直径 与不加隔板时 的比
粒级效率
在尘粒中， 的颗粒，

考研必备《化工原理》第三章：非均相混合物

考研必备《化工原理》第三章：非均相混合物
33

(五) 助滤剂

当悬浮液中的颗粒很细时，过滤时 很容易堵死过滤介质的孔隙，或所形成 的滤饼在过滤的压力差作用下，孔隙很 小，阻力很大，使过滤困难。一般加入 助滤剂解决。 常用的助滤剂：硅藻土、珍珠岩、 石棉、炭粉、纸浆粉
34
二、过滤设备
( 一 ) 板框压滤机
35
板框压滤机是间歇式压滤机中应 用最广泛的一种。 此机是由多块滤板和滤框交替排 列而组成。板和框都用一对支耳 架在一对横梁上，可用压紧装置 压紧或拉开。 为了组装时便于区分，在板和框 的边上作不同的标记，非洗涤板 以一钮记，框以两钮记，洗涤板 以三钮记。
15
3. 过滤时当颗粒尺寸比 过滤介质孔径小时， 过滤开始会有部分颗 粒进入过滤介质孔道 里，迅速发生“架桥” 现象 4. 典型设备：板框压滤机 叶滤机 真空转筒过滤机 密闭加耙过滤机
16
五、筛分
1．筛分分析：用一组泰勒制标准筛 分析出混合颗粒的粒径分布。 每英寸长度上的孔数为筛子的目数 相临筛号的筛孔的直径比 2
rm 称为过滤介质的比阻，是单位厚度过滤介 质的阻力，其数值等于粘度为1Pa· s的滤液以 1m/s的平均速度穿过厚度为1m的过滤介质所 需的压力降。 52
p 为滤液通过滤饼层的压力降 为滤液的粘度
Lm 过滤介质的厚度

为单位体积滤液可得滤饼体积
de 为毛细孔道的平均直径 Rm 为过滤介质阻力，是过滤介质比
可测得混合颗粒大小的粒度分布 进行筛分时，将若干个一系列的筛按筛孔大 小的次序从上到下叠起来，筛孔尺寸最大的 放在最上面，筛孔最小的筛放在最下面，它 的底下放一无孔的底盘。 把要进行筛分的混合颗粒放在最上面的一个筛 中，将整叠筛均衡地摇动，较小的颗粒通过各 17 个筛的筛孔依次往下落。

化工原理 第四章 颗粒的沉降和流态化

第四章颗粒的沉降和流态化一、基本知识1.球形颗粒在流体中沉降时，根据颗粒雷诺数Rep的不同，曳力系数的表达式是不同的，下面论断中正确的是。

①当Rep<2，即颗粒的沉降位于斯托克斯定律区时，曳力与速度成正比，服从一次方定律②当2<Rep<500时，即颗粒的沉降位于阿仑区时，曳力此时与速度的1.2次方成正比③当500<Rep<2×105时，即颗粒的沉降位于牛顿定律区时，形体曳力占重要地位，表面曳力可以忽略。

曳力此时与速度的平方成正比，服从平方定律④当Rep>2×105时，边界层内的流动自层流转为湍流，在湍流过界层内流体的动量增大，使脱体点后移到140˚处，由于尾流区缩小，形体曳力突然下降，曳力系数也由原来的0.44降至0.1左右⑤在斯托克斯定律区(爬流区)并未发生边界层的脱体，但是形体曳力同样存在，即形体曳力的存在并不以边界层的脱体为前提，只是边界层的脱体现象使形体曳力明显地增加而已2.对静止流体中颗粒的自由沉降而言，在沉降过程中颗粒所受到的力有。

①场力(重力或离心力) ②浮力③曳力(阻力) ④牛顿力3.有关颗粒沉降速度的论断中正确的是。

①对于小颗粒而言，由于沉降的加速阶段很短，故可忽略其加速阶段，而近似认为颗粒始终以沉降速度(终端速度)ut下降②固体颗粒在以一定速度u向上流动的流体中的绝对速度up等于流体速度与颗粒沉降速度之差，即up =u—uf③对于转子流量计中的转子而言，可认为是流体速度与转子沉降速度相等，从而转子静止地悬浮于流体之中④对于确定的流---固系统，物性μ、ρ和ρp都是定值，故颗粒的沉降速度只与粒径有关，即沉降速度和颗粒直径之间存在着一一对应的关系4.在讨论实际颗粒的沉降时尚须考虑的因素有。

①相邻颗粒间的相互影响使原单个颗粒周围的流场发生了变化会引起颗粒沉降的相互干扰②容器的壁和底面均增加颗粒沉降时的曳力，从而使实际颗粒的沉降速度较自由沉降时的计算值为小的“端效应”③流体分子热运动对沉降的影响④液滴或气泡在曳力作用下产生变形而对沉降速度的影响5.借助于重力沉降以除去气流中的尘粒的重力沉降设备称为除尘室，有关除尘室正确的论断有。

化工原理第三章习题课及答案

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颗粒在流体中的运动


自由沉降与沉降速度（Free settling and settling velocity） 颗粒-流体体系一定，ut一定，与之对应的Rep 也一定。
根据对应的 Rep，可得到不同Rep范围内 ut 的计算式：
(1) Rep<2，层流区(斯托克斯公式)
ut
2 dp p g


18
0.6 d p p g Re p
自由沉降与沉降速度（Free settling and settling velocity）
ut 是颗粒在流体中受到的曳力、浮力与重力平衡时颗粒与流 体间的相对速度，取决于流固二相的性质，与流体的流动与 否无关。 颗粒在流体中的绝对速度 up 则与流体流动状态直接相关。
当流体以流速 u 向上流动时，三个速度的关系为：
(2) 2<Rep<500，过渡区(阿仑公式) u t 0.27



dp p g
(3) 500<Rep
<2×105，湍流区(牛顿公式)
u t 1.74



因Rep中包含 ut，故需通过试差确定计算公式。 灵活运用上述原理还可以根据颗粒在流体中沉降速度的实验 数据关联出颗粒的粒度 dp 或密度 p。
式中p0为来流压力。
流体对单位面积球体表面的曳力（表面摩擦应力）为
s r
r R
3 u sin 2 R
曳力与曳力系数（Drag and drag coefficient）
r 在 z 轴的分量为
r cos / 2 r sin
z

所以整个球体表面摩擦曳力 在流动方向上的分量 F 为
pb (1 ) 2 150 3 2 u L d ea

化工原理课件5.颗粒的沉降和流态化


ut
dP2(P )g 18
2 Re P
500，阿仑区
，ut
0.781
d
1.6 P
(
P
0.4
0.6
)
g
0.714
当dp ,500 ReP 2105，牛顿(Newton )定律区 ，
ut 1.74
dP (P )g
与u无关。
5. 颗粒的沉降和流态化
5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降
前提：P
一、沉降的加速阶段：设初始速度等于0。
在沉降过程中颗粒的受力如下：
Fb
1、体积力：重力场：Fg mg
离心力：Fg
其中：对于球形颗粒：m
mr2
1 d
2、浮力：重力场：Fb
m
p
6
g
3
p
p
离心力：Fb
m
p
r 2
3、曳力：FD
Ap
1 2
u 2
FD Fg
5. 颗粒的沉降和流态化
5.2.2 静止流体中颗粒的自由沉降
度，曳力减小。
5、非球形：曳力系数比同体积球形颗粒为大， ut减少。
返回
5. 颗粒的沉降和流态化
5.3 沉降分离设备
基础：颗粒在外力作用下产生沉降运动，具有两 相 p 为前提。悬浮颗粒的直径越大，两相的密 度差越大，使用沉降分离方法的效果就越好。
根据作用于颗粒上的外力不同，沉降分离设备 可分为重力沉降和离心沉降两大类。
二、沉降的等速阶段
u曳力项 ，du d
du
d
0, 此时恒定u
ut
球形颗粒：
du
d
(P )g P
3 4d P P
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（2）若保持生产处理能力相同，加隔板后能够100%沉降的颗粒直径 与不加隔板时 的比
粒级效率
在尘粒中， 的颗粒，
的颗粒，
分离器的总效率：
xi为进口气体中各粒度级颗粒的质量分率。
离心沉降速度
颗粒在离心加速度为 的离心力场中沿着离心力的方向作自由沉降，当达到匀速沉降时，则在沉降方向上处于力平衡状态
阻力系数是沉降运动雷诺数的函数，
在停留时间内，颗粒最大的沉降距离是降尘室的高度
恰好满足临界分离条件的颗粒 的沉降速度为 ，其最大的沉降时间为
如果 ，则满足临界分离条件的颗粒 能够100%被沉降（分离）下来，即
而
或者
在降尘室内均匀地加n块水平隔板而称为(n+1)层降尘室，此时的临界分离条件为
则
加隔板的作用：
（1）若保持沉降（分离）要求不变，加隔板后的生产处理能力 与不加隔板时 的比
当介质流量增加到一定值时，会出现始终 ，则颗粒的绝对速度 始终为负，颗粒一直向上运动，此时，床层为气流床。因此临界带出速度为
第5章颗粒的沉降运动和固体流态化
重力沉降速度
颗粒在重力场中自由沉降，当达到匀速沉降时，则在垂直方向上处于力平衡状态
阻力系数是沉降运动雷诺数的函数，
当 时为层流，
颗粒的层流沉降速度
重力降尘室
颗粒随同气体在降尘室中水平方向上的运动速度
颗粒随同气体在降尘室中水平方向上的停留时间
颗粒得以沉降（分离）的条件：
式中，n=3~5圈。
粒级效率
在尘粒中， 的颗粒，
进口气体中各粒度级颗粒的质量分率。
高速离心管
离心分离因素 ：同一颗粒所受离心力与重力之比。
颗粒由 沉降至 所需要的沉降时间为
颗粒随同流体在离心管内的停留时间为
当符合临界分离条件时，
则
流化床原理
颗粒的重力沉降速度 为相对于颗粒周围介质运动的速度，对于一定的颗粒来说为确定值。在颗粒之间介质向上的运动速度为 。规定向下的速度为正，颗粒相对于固定参照点的绝对速度为
颗粒之间介质向上的运动速度 、床层表观流速 和床层空隙率 之间的关系为
当介质向上的流速较小时，颗粒的绝对速度 为正，即为固定床。
增加介质流量，当一旦出现 时，颗粒的绝对速度 则为负，颗粒向上运动，此时即为起始流化状态。随着介质流量的逐渐增加，颗粒床层膨胀， 的数值忽大忽小， 的数值忽正忽负。逐渐达到稳定的流化状态。
当 时为层流，
颗粒的层流沉降速度
旋风分离器
颗粒随同气流在切线方向上进入旋风分离器，可以视在旋转的过程中颗粒与气流的切线速度相同，并且始终等于进口时的速度 。旋风分离器的矩形进口宽度为 ，高度为 ，则
颗粒沉降（分离）的条件：
能够100%离心沉降的颗粒的沉降距离为 ，沉降时间为
停留时间为
能够100%离心沉降的颗粒的粒径为