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化工原理 考研复习 第五章 颗粒的沉降和流态化

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第五章 颗粒的沉降和流态化
一、选择题
1、 一密度为7800 kg/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 （设沉降区为
层流）。
A 4000 mPa·s； B 40 mPa·s； C 33.82 Pa·s； D 3382
mPa·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 。
A．m302； B。m32/1；C。m30； D。
m302

3、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。

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 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 。
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 。
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 。
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。

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 。

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。
3、降尘室的生产能力与降尘室的 和 有关。
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LHb=523,则其沉降速度为 sm/。

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 。
6、若降尘室的高度增加，则沉降时间 ，气流速度 ，生产能
力 。

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0.02 m/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。
8、在旋风分离器中，某球形颗粒的旋转半径为0.4 m, 切向速度为15 m/s。当
颗粒与流体的相对运动属层流时，其分离因数CK为 。

9、选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的根据
是 ； ； 。

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。
三、计算题
1、某一锅炉房的烟气沉降室，长、宽、高分别为11×6×4 m，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 = 1600 kg/m3，ρ烟气 = 1.29 kg/m，μ烟气 = 0.0225cp

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3/3000mkgs，炉气密度3/5.0mkg，粘度0.035 mPa.s，现要
除去炉气中10m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？

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36000hm/3，气体密度
3
/9.0mkg

，粘度smPa03.0。尘粒密度3/4300mkgs，试求理论上

能100%除去的最小颗粒直径。
答案：
一、选择题
D，D，B D CCDC

二、填空题
1. 下降，增大
2. 2
3. 长度 宽度
4. 0.067
5. 减少一倍
6. 增加；下降；不变
7. 1.6
8. 57
9. 气体处理量，分离效率，允许压降
10. 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

三、计算题
1、
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)

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]
= 0.224 m/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、

解：（1）设沉降区为滞流，则 18)(2gdu
因为 s 则
smmu/4.67100.035189.813000)10(103260

1106.67100.0350.5104.671010433600duRe
假设正确

由降尘室的分离条件，有

smHLuu/0.280.16104.630
（2）3600104.673620203AuV=6052.3hm/3

（3） hmAuV/302.63600104.6736330
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、
解：降尘室总面积 23003520mA
生产能力的计算式为 Auq
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 smAqu/0.03330036000/3600
设沉降区为层流，则有
gudgdu)(1818)(020
=m531006.281.9)9.04300(033.01003.018
验算Re0 =upud=10.02100.030.90.033102.0635
故假设正确

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化工原理5.01

化工原理5.01

157
粒的最大投影面积，而颗粒雷诺数 Rep 中的 dp 则取等体积球形颗粒的当量直径。 5-2-2 静止流体中颗粒的自由沉降
沉降的加速阶段 静止流体中，颗粒在重力(或离心力)作用下将沿重力方向(或离心力方向)作沉降运 动。设颗粒的初速度为零，起初颗粒只受重力和浮力的作用。如果颗粒的密度大于流体的密度，作用于颗 粒上的外力之和不等于零，颗粒将产生加速度。但是，一旦颗粒开始运动，颗粒即受到流体施予的曳力。 因此，在沉降过程中颗粒的受力为： 1.场力 F 重力场 离心力场 式中 r——颗粒作圆周运动的旋转半径； ω——颗粒的旋转角速度； m——颗粒的质量，对球形颗粒 m = 2.浮力 Fb 颗粒在流体中所受的浮力在数值上等于同体积流体在力场中所受到的场力。设流体的密度为ρ，则有 重力场 Fg = mg Fc = mrω2 (5-9) (5-10)
158
颗粒的沉降速度
对球形颗粒，当加速度
ut =
式中
du =0 时，由式(5-16)可得 dτ 4( ρ p − ρ ) gd p
3 ρζ
(5-17) (5-18)
ζ = φ
d p ρu t µ
式(5-18)代表图 5-2 中的曲线；在不同 Rep 范围内，也可用式(5-6)～(5-8)表示。对于确定的流-固系统，物 性μ、ρ和 ρ p 都是定值，故颗粒的沉降速度只与粒径有关，即沉降速度与颗粒直径之间存在着一一对应 关系。因此，求解沉降速度 ut 原则上用试差法联立求解式(5-17)、(5-18)即可。 当颗粒直径较小，处于斯托克斯定律区时
1 3 πd p ρ p ， ρ p 为颗粒密度； 6
Fb =
m
ρp
m
ρg
(5-11)
离心力场 3.曳力 FD
颗粒沉降与流态化

颗粒沉降与流态化


5.3.1 重力沉降设备 降尘室 藉重力沉降以除去气流中的尘粒，此类设备称为降尘室。按流体流动方式的不同，
重力沉降设备可分为水平流动型与上升流动型两种。
图 5-6
降尘室
图 5-7
颗粒在降尘室中的运动
图 5-6 为气体作水平流动的一种降尘室。含尘气体进入降尘室后流动截面增大，流速降 低，在室内有一定的停留时间使颗粒能在气体离室之前沉至室底而被除去。显然，气流在降
FD = 3πμd p u
（5-1）
当流速较高时，Sokes定律不成立。因此，对一般流动条件下的球形颗粒及其其他形状 的颗粒，FD的数值尚需通过实验解决。
曳力系数 令
对球形颗粒，FD=F(dp, u, ρ, μ)用因次分析并整理后可得
Re p =
d puρ
μ
（5-3） （5-4） （5-5）
ห้องสมุดไป่ตู้
ζ = φ (Re p )
1
西北大学化工原理电子教案
两种曳力－表面曳力和形体曳力 图 5-1 表示流体以均匀速度u绕过一静止 颗粒的运动。流体作用于颗粒表面任何一点的 力必可分解为与表面相切及垂直的两个分力， 即表面上任何一点同时作用着剪应力 τw 和压 强 p。在颗粒表面上任取一微元面积dA，作用 于其上的剪力为τwdA，压力为pdA。 图 5-1 固体壁面上的曳力
−6
ρ s = 1020kg ⋅ m −3 ，查出 20 oC的水的
ρ = 998.2kg ⋅ m −3 ,
ut =
μ = 1.005 × 10−3 Pa ⋅ s ，将各值代入上式得：
(15 × 10 −6 ) 2 (1020 − 998.2) × 9.807 = 2.66 × 10 −6 m ⋅ s −1 −3 18 × 1.005 × 10
第5章的固体流态化

第5章的固体流态化


强化了颗粒与流体间的传热、传质
易于连续自动操作
颗粒易磨损
反混，颗粒在床层内的停留时间不均
5.4.2 流化床的流体力学特性
一、流化床的压降
1. 理想流化床
理想情况下Δp-u关系曲线
一、流化床的压降
2. 实际流化床
气体流化床实际Δp-u关系曲线
二、流化床的不正常现象
1.腾涌现象
腾涌发生后Δp-u关系曲线
一、概述
气力输送的优点 （1）可长距离连续输送，自动化操作，生产效率高。
（2）设备结构简单、紧凑，占地面积小，使用、维 修方便。
（3）输送系统密闭，避免了物料的飞扬、受潮、受 污染，改善了劳动条件。 （4）可在运输过程中（或输送终端〕同时进行粉碎、 分级、加热、冷却以及干燥等操作。
一、概述
混合比R（或固气比） 单位质量气体所输送的固体质量，即
二、流化床的不正常现象
2. 沟流现象
沟流发生后Δp-u关系曲线
三、流化床的操作范围
流化床的操作范围应在临界流化速度和带 出速度之间。 1．临界流化速度umf 实验测定：
实验装置如右图
三、流化床的操作范围
可得到曲线
临界流 化速度
三、流化床的操作范围
经验关联式计算： 对于小颗粒
umf d p 2 ( s ) g 1650
三、流化床的操作范围
2．带出速度 当流化床内气速达到颗粒的沉降速度时， 大量颗粒会被流体带出器外，因此，颗粒带出 速度即颗粒的沉降速度。
三、流化床的操作范围
3．流化床的操作范围与流化数 带出速度与临界流化速度的比值反映了流化 床的可操作范围。 对均匀细颗粒 对大颗粒
ut / u ut / u
mf mf
陈敏恒《化工原理》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解

陈敏恒《化工原理》(第3版)笔记和课后习题(含考研真题)详解

目　录绪　论0.1　复习笔记0.2　名校考研真题详解第1章　流体流动1.1　复习笔记1.2　课后习题详解1.3　名校考研真题详解第2章　流体输送机械2.1　复习笔记2.2　课后习题详解2.3　名校考研真题详解第3章　液体的搅拌3.1　复习笔记3.2　课后习题详解3.3　名校考研真题详解第4章　流体通过颗粒层的流动4.1　复习笔记4.2　课后习题详解4.3　名校考研真题详解第5章　颗粒的沉降和流态化5.1　复习笔记5.2　课后习题详解5.3　名校考研真题详解第6章　传　热6.1　复习笔记6.2　课后习题详解6.3　名校考研真题详解第7章　蒸　发7.1　复习笔记7.2　课后习题详解7.3　名校考研真题详解第8章　气体吸收8.1　复习笔记8.2　课后习题详解8.3　名校考研真题详解第9章　液体精馏9.1　复习笔记9.2　课后习题详解9.3　名校考研真题详解第10章　气液传质设备10.1　复习笔记10.2　课后习题详解10.3　名校考研真题详解第11章　液液萃取11.1　复习笔记11.2　课后习题详解11.3　名校考研真题详解第12章　其他传质分离方法12.1　复习笔记12.2　课后习题详解12.3　名校考研真题详解第13章　热、质同时传递的过程13.1　复习笔记13.2　课后习题详解13.3　名校考研真题详解第14章　固体干燥14.1　复习笔记14.2　课后习题详解14.3　名校考研真题详解绪　论0.1　复习笔记一、化工生产过程1．化学工业的定义化学工业是对原料进行化学加工以获得有用产品的工业，核心是化学反应过程及其设备——反应器。

2．化工生产的要求为使反应器内保持适宜的压力、温度和物料的组成等条件，原料需经过前处理。

前处理是指原料经过的一系列预处理以除去杂质，达到必要的纯度、温度和压力的过程。

反应产物同样需要经过各种后处理过程加以精制。

二、单元操作1．单元操作的分类按操作的目的可分为：（1）物料的增压、减压和输送；（2）物料的混合或分散；（3）物料的加热或冷却；（4）非均相混合物的分离；（5）均相混合物的分离。