1、第三章非均相混合物分離及固體流態(tài)化1.顆粒在流體中做自由沉降，試計算（1）密度為2650kg/m3,直彳至為0.04mm的球形石英顆粒在20c空氣中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度為2650kg/m3,球形度0.6的非球形顆粒在20c清水中的沉降速度為0.1m/s，顆粒的等體積當(dāng)量直徑是多少？（3）密度為7900kg/m3,直徑為6.35mm的鋼球在密度為1600kg/m3的液體中沉降150mm所需的時間為s,液體的黏度是多少？解：（1）假設(shè)為滯流沉降，則：d2（s）Ut18查附錄20C空氣一一31.205kg/m,51.81105Pas,所以,核算流型:Res18dut1.205320.

2、0410326501.2059.81_5181.8110ms0.1276ms30.12760.0410350.341.81105所以，原假設(shè)正確，沉降速度為（2）采用摩擦數(shù)群法0.1276m/s。14sgRe32ut3541.8110526501.2059.8131.20520.13431.9依0.6,Re1431.9,查出:Ret處0.3,所以:其中5,0.31.81105de4.5061.2050.1(3)假設(shè)為滯流沉降，得:d2(s)g18ut105m45(imuth0.157.32ms0.02049m.s將已知數(shù)據(jù)代入上式得：20.006352790016009.81-Pas180.0

3、20496.757Pas核算流型cdut0.006350.020491600ReL6.7572.用降塵室除去氣體中的固體雜質(zhì)，降塵室長0.0308115m,寬5m,高4.2m,固體雜質(zhì)為球形顆粒，密度為3000kg/m3。氣體的處理量為3000（標(biāo)準）m3/h。試求理論上能完全除去的最小顆粒直徑。(1)若操作在20c下進行，操作條件下的氣體密度為1.06kg/m3,黏度為x10-5Pa?s。(2)若操作在420c下進行，操作條件下的氣體密度為0.5kg/m3,黏度為x10-5Pa?s。解：(1)在降塵室內(nèi)能夠完全沉降下來的最小顆粒的沉降速度為：q3000空3Utj273ms0.03577msb

4、l360055設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則：d2(s)gUt0.03577185.18Ut181.8100.035775d1.98510m19.85um,(s)g(30001.06)9.81核算流型：cdUt1.9851050.035771.06Ret-50.041811.8105原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為X10RI(2)計算過程與(1)相同。完全能夠沉降下來的最小顆粒的沉降速度為:qv,sUtbl273420300036005275ms0.0846ms設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則:.18Ut183.31050.08465d,4.13210m41.32m,(s)g.(30000.5)9.

5、81核算流型:RedUt54.1321050.08460.553.31050.05291d2sUt185183.31105m.s4.954103ms原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為x10一5也3.對2題中的降塵室與含塵氣體，在427C下操作，若需除去的最小顆粒粒徑為10科m,試確定降塵室內(nèi)隔板的間距及層數(shù)。解：取隔板間距為h,令LhuutL則hUt(1)u3000273427u吆而273ms0.1017msbH54.210塵粒的沉降速度621010630000.59.81由(1)式計算hh54.954103m0.244m0.1017層數(shù)nH22-17.2取18層h0.244H4.2

6、hm0.233m1818核算顆粒沉降雷諾數(shù)：dutRett101064.9541043.31050.547.5101核算流體流型:2bh250.233deURe-()u0.10170.5_b5J33568621003.31054.在雙錐分級器內(nèi)用水對方鉛礦與石英兩種粒子的混合物進行分離。操作溫度下水的密度=996.9kg/m3,黏度=3x10-3Pa?s。固體顆粒為棱長0.7mm的正方體。已知:方鉛礦密度si=7500kg/m3,石英礦密度s2=2650kg/m3。假設(shè)粒子在上升水流中作自由沉降，試求（1）欲得純方鉛礦粒，水的上升流速至少應(yīng)為多少？（2）所得純方鉛礦粒的尺寸范圍。解：（1）水的

7、上升流速為了得到純方鉛礦粒，應(yīng)使全部石英粒子被溢流帶出，因此，水的上升流速應(yīng)等于或略大于最大石英粒子的自由沉降速度。,應(yīng)先算出其當(dāng)量直徑和球形度。設(shè)l代表棱長，代表一個顆粒的對于正方體顆粒體積。顆粒的當(dāng)量直徑為360.7103汽de3：乂3m8.685410m因此，顆粒的球形度,Sde2sS正X13616)240.806用摩擦數(shù)群法計算最大石英粒子的沉降速度,324d(s2)gRet23175384(8.685104)3(2650996.9)996.99.81323(0.8973103)2已知s=,由圖3-3查得Re=70,則Ret700.8973103Utt-4m/s0.07255m/sde

8、996.98.685104所以水的上升流速應(yīng)取為0.07255m/s或略大于此值。（2）純方鉛礦粒的尺寸范圍所得到的純方鉛礦粒中尺寸最小者應(yīng)是沉降速度恰好等于0.07255m/s的粒子。用摩擦數(shù)群法計算該粒子的當(dāng)量直徑：Retms20ms0.1例4(-3"IC233ut30.2011233996.92(0.07255)340.8973103(7500996.9)9.81已知s=,由圖3-3查得Re=30,則de3Ret300.8973103m3.722996.90.07255104mdel一4310m與此當(dāng)量直徑相對應(yīng)的正方體棱長為3.722104m36所得純方鉛礦粒的棱長范圍為0.

9、7mm。0.4m3/s、黏度為x10-5Pa?s、密3。若分離器圓筒直徑為0.4m,（1）試3）若要維持原來的分離效果（臨5.用標(biāo)準型旋風(fēng)分離器處理含塵氣體，氣體流量為度為0.674kg/m將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，得,氣體中塵粒的密度為2300kg/m估算其臨界粒徑、分割粒徑及壓力降。（2）現(xiàn)在工藝要求處理量加倍，若維持壓力降不變,旋風(fēng)分離器尺寸需增大為多少？此時臨界粒徑是多少？（界粒徑），應(yīng)采取什么措施？解：臨界直徑d9B：Nesui式中DB一4Ne=50.440.1m,hD/2qv,suhB0493.61050.1de.m202300n6.698106m6.69810m分割粒徑為d500.270.

10、27uis53.61050.46m4.778106m4.778pm2023000.674壓強降為20280.674Pa1078.4Pa2(2)p,Ui不變UihBq,sD48qv,s820.4m0.5657mUi209BNesUi0.2750.565793.61054m7.96106m3.145230020所以，處理量加倍后，若維持壓力降不變，旋風(fēng)分離器尺寸需增大，同時臨界粒徑也會增大，分離效率降低。（3）若要維持原來的分離效果（臨界粒徑），可采用兩臺圓筒直徑為0.4m的旋風(fēng)分離器并聯(lián)使用。6.在實驗室里用面積0.1R的濾葉對某懸浮液進行恒壓過濾實驗，操作壓力差為67kPa,測得過濾5min后

11、得濾液1L,再過濾5min后，又得濾液0.6L。試求，過濾常數(shù)K,Ve,并寫出恒壓過濾方程式。解：恒壓過濾方程為:2q2qqe由實驗數(shù)據(jù)知:qi竺010.01m3/m20.1110min,q10.016m3/m2將上兩組數(shù)據(jù)代入上式得:(0.01)22(0.01)qe5K(0.016)22(0.016)qe10K解得qe0.007m3/m252K4.8105m2/min8所以，恒壓過濾方程為10m2/s2_一-7q0.014q810(n3/m2,s)或V20.0014V81097.用10個框的板框過濾機恒壓過濾某懸浮液，濾框尺寸為635mm<635mmx25mmo已知操作條件下過濾常數(shù)為

12、K2105m2/s,qe0.01m3232qRuRR2.5103350m3/m20.875m3/m2根據(jù)方程3-71,/m2,濾餅與濾液體積之比為v=o試求濾框充滿濾餅所需時間及所得濾液體積。解：恒壓過濾方程為q22qqeK25q20.02q210233Vc100.63520.025m30.1008m3Vc0.100833222V-m31.680m3,A0.6352210m28.0645m2v0.06V1.6803232qm/m0.208m/mA8.0645代入恒壓過濾方程0.208220.010.2082105得2317.2s39.52min8.在0.04m2的過濾面積上以1X10-4n3/

13、s的速率進行恒速過濾試驗，測得過濾100s時，過濾壓力差為3X102ruRPa;過濾600s時，過濾壓力差為9X104Pa。濾餅不可壓縮。今欲用框內(nèi)尺寸為635mnX635mnX60mnt勺板框過濾機處理同一料漿，所用濾布與試驗時的相同。過濾開始時，以與試驗相同的濾液流速進行恒速過濾，在過濾壓強差達到6X104Pa時改為恒壓操作。每獲得1m3濾液所生成的濾餅體積為0.02m3。試求框內(nèi)充滿濾餅所需的時間。解：第一階段是恒速過濾，其過濾時間0與過濾壓差之間的關(guān)系可表示為：pab板框過濾機所處理的懸浮液特性及所用濾布均與試驗時相同，且過濾速度也一樣，因此,上式中a,b值可根據(jù)實驗測得的兩組數(shù)據(jù)求出

14、：3X104=100a+b9X104=600a+b4解得a=120,b=x10即p1201.8104恒速階段終了時的壓力差Pr6104Pa,故恒速段過濾時間為350sPrb61041.8104Rsa120恒速階段過濾速度與實驗時相同4Ur32.5103m/s1104,m/s2Ur1200.04UrQe4bruRqe1.810k解得：k5.20810-8m2/(Pas),q,0.375m3/m2恒壓操作階段過濾壓力差為6X10/0.07230.9277kg/m1050kg/mPa,所以2kp25.2081086104m2/s6.250103m2/s板框過濾機的過濾面積A20.6352m20.80

15、65m2濾餅體積及單位過濾面積上的濾液體積為Vc0.63520.06m20.0242m30.02420.80650.02/m23/21.5m/m應(yīng)用先恒速后恒壓過濾方程22_(qQr)2qe(qQr)K(r)將Kqe、Qr、q的數(shù)值代入上式，得:22231.520.875220.371.50.8756.252103350解得662.5s9 .在實驗室用一個每邊長0.16m的小型濾框?qū)μ妓徕}顆粒在水中的懸浮液進行過濾試驗。操作條件下在過濾壓力差為kPa,漿料溫度為20C。已知碳酸鈣顆粒為球形，密度為2930kg/m3。懸浮液中固體質(zhì)量分數(shù)為3。濾餅不可壓縮，每1而濾餅烘干后的質(zhì)量為1620kg。

16、實驗中測得得到1L濾液需要s,得到2L濾液需要s。試求過濾常數(shù)K和Ve,濾餅的空隙濾£,濾餅的比阻r及濾餅顆粒的比表面積a。解：根據(jù)過濾實驗數(shù)據(jù)求過濾常數(shù)K,Ve已知15.4s,V0.001m3；48.8s,V0.002m3及A20.162m20.0512m2代入恒壓過濾方程式V22VVeKA210 62103Ve15.40.05122K41064103Ve48.80.0512210(29301000)K聯(lián)立以上兩式，解得K4.234105m2/s,Ve3.547104m3濾餅的空隙濾1竺”0.4471懸浮液的密度以1m3懸浮液為基準求Vs2930濾餅體積Vs1050°.0

17、723m30.04686m3,濾液體積V1Vs0.9531m1620%OU68%.1o.0492濾餅不可壓縮時，K2kp2prv所以，濾餅比阻為r2vK32275.8103351030.04924.234101422.6481014m2顆粒的比表面積a(上T05(2.648畝4坐713)02m33.935106m2m35(1)5(10.4472)10.板框壓濾機過濾某種水懸浮液，已知框的長X寬X高為810mm<810mn42mm,總框數(shù)為10,濾餅體積與濾液體積比為=,過濾10min,得濾液量為1.31m3,再過濾10min,共得濾液量為1.905布，試求（1）濾框充滿濾餅時所需過濾時間

18、；（2）若洗滌與輔助時間共45min,求該裝置的生產(chǎn)能力（以得到的濾餅體積計）。解：（1）過濾面積A0.81221013.122m2由恒壓過濾方程式求過濾常數(shù)_221.31221.31Ve13.12221060K1.905221.905Ve13.12222060K聯(lián)立解出Ve0.1376m3,K2.010105m2/s恒壓過濾方程式為V20.2752V3461103Vc0.810.810.04210m30.2756m3VVc2.756m3v代入恒壓過濾方程式求過濾時間2.75620.27522.756/3.461103s2414s40.23min(2)生產(chǎn)能力QVc-0.2756m3/s4.8

19、23105m3/s0.206m3/hwD2414456011.在67103Pa壓力下對硅藻土在水中的懸浮液進行過濾試驗，測得過濾常數(shù)K=5X10-5m/s,qe=0.01m3/m2,濾餅體積與濾液體積之比°=?，F(xiàn)擬用有38個框的BMY50/810-25型板框壓濾機在134103Pa壓力下過濾上述懸浮液。試求：（1）過濾至濾框內(nèi)部全部充滿濾渣所需的時間；（2）過濾完畢以相當(dāng)于濾液量1/10的清水洗滌濾餅，求洗滌時間；（3）若每次卸渣、重裝等全部輔助操作共需15min,求過濾機的生產(chǎn)能力（云濾液/h）。解：（1）硅藻土，s0.01,可按不可壓縮濾餅處理K2kp,qe與p無關(guān)134103Pa時，K1104m2/s,_32qe0.01m/m0.8120.02538m30.6233m"A382_2220.812m249.86m2Vc0.62333-mv0.08代入恒壓過濾