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1、1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/m3，直径为 0.04 mm 的球形石英颗粒在 20 空气中自由沉降，沉降速度是多少？（2）密度为 2 650 kg/m3，球形度的非球形颗粒在 20 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？6.0（3）密度为 7 900 kg/m3，直径为 6.35 mm 的钢球在密度为 1 600 kg/m3 的液体中沉降 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：2st()8du查附录 20 空气 ， ，所以，31.05kg/ms
2、Pa108.5sm1276.0s.8.92.64.8523s2t du核算流型：3t 51.20.7.01.4Re所以，原假设正确，沉降速度为 0.1276 m/s。（2）采用摩擦数群法02179.1.025.38)6(0.14)e332tsug依 ， ，查出： ，所以：6.79Re 24.Reettdumde .24.1.025. 33（3）假设为滞流沉降，得：st()8gu其中 s0249.sm3.7150t h将已知数据代入上式得：sPa75.6sa.881.696.2 核算流型t035049.0381.7duRe2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
3、m，固体杂质为球形颗粒，密度为 3000 kg/m3。气体的处理量为 3000（标准） m3/h。试求理论上能完全除2去的最小颗粒直径。（1）若操作在 20 下进行，操作条件下的气体密度为 1.06 kg/m3，黏度为 1.810-5 Pas。（2）若操作在 420 下进行，操作条件下的气体密度为 0.5 kg/m3，黏度为 3.310-5 Pas。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：sm0357.s536027sv,t blqu设沉降在斯托克斯区，则：2t ().518sdg55ts.0.371.980.()(6)u核算流型：5tt1.98.40dRe 原设滞流区正确
4、，能够完全除去的最小颗粒直径为 1.98510-5 m。（2）计算过程与（1）相同。完全能够沉降下来的最小颗粒的沉降速度为：s0846.sm5360274sv,t blqu设沉降在斯托克斯区，则：55ts18.1.1324.m()()9dg核算流型：5tt4.320.846.0591uRe原设滞流区正确，能够完全除去的最小颗粒直径为 4.13210-5 m。3对 2 题中的降尘室与含尘气体，在 427 下操作，若需除去的最小颗粒粒径为 10 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; 则 tLutLhu（1）sm107.s2.457360sv, bHqu10 m 尘粒的沉降
5、速度3sm10954.s103.88.51018 326s2t gdu由（1）式计算 h .24m0954.07.3层数 取 18 层12Hn.3m8.1h核算颗粒沉降雷诺数：644tt 501.90.e 7510duR核算流体流型：e 52.23().6821010bhdu4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 0.897 310 -3 Pas。固体颗粒为棱长 0.080.7mm 的正方体。已知：方铅矿密度 s17 500 kg/m 3，石英矿密度 s22 650 kg/m3。假设粒子在上升水流中作自由沉降，试求（1）欲
6、得纯方铅矿粒，水的上升流速至少应为多少？（2）所得纯方铅矿粒的尺寸范围。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 l 代表棱长，V p 代表一个颗粒的体积。颗粒的当量直径为 m10685.107.66 43333pe lVd因此，颗粒的球形度， 232esp()0.866ldS用摩擦数群法计算最大石英粒子的沉降速度，即 32s2t4()egR17538)108973.( .96.265)10685.( 234 已知 =0.806，由图 3-3 查得 Ret
7、=70，则s4m/s0725./s1685.97304ett dRu所以水的上升流速应取为 0.07255 m/s 或略大于此值。（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：1s1t23t4()egRu201.)0725.(9.68.9687.0323 已知 =0.806，由图 3-3 查得 Ret=30，则s m1072.305.9618734te uRd与此当量直径相对应的正方体棱长为 13m672.344e l所得纯方铅矿粒的棱长范围为 0.30.7 mm。5用标准型旋风分离器处理含尘气
8、体，气体流量为 0.4 m3/s、黏度为 3.610-5 Pas、密度为 0.674 kg/m3，气体中尘粒的密度为 2 300 kg/m3。若分离器圆筒直径为 0.4 m，(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？（3）若要维持原来的分离效果（临界粒径） ，应采取什么措施？解：临界直径 csi9BdNeu式中 ，m1.04D2/DhNe=5s02.10sv,hBqu将有关数据代入，得m10698.10698.m23051.6.965e d分割粒径为5m78.41078.4m6.0231.7.0
9、27.0 65si5 uDd压强降为Pa4.186.282ip（2） 不变iu， v,s,si24qDhBm567.0.8isv, u m1096.7203514.927.09isee uNBd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） ，可采用两台圆筒直径为 0.4 m 的旋风分离器并联使用。6在实验室里用面积 0.1 m2 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，并写出恒压过
10、滤方程式。eVK，解：恒压过滤方程为：Kqe2由实验数据知：，min51231/m01.，026q将上两组数据代入上式得：K5)1.(2).(eq060解得 23e/m7.q/s18in184275K所以，恒压过滤方程为（m 3/m2，s）720.0q6或 （m 3，s）9210804.V7用 10 个框的板框过滤机恒压过滤某悬浮液，滤框尺寸为 635 mm635 mm25 mm。已知操作条件下过滤常数为 ， ， 滤饼与滤液体积之/225K23e/m01.q比为 v=0.06。试求滤框充满滤饼所需时间及所得滤液体积。解：恒压过滤方程为 qe25210.q332c m108.63.V，6.0.8
11、v 222m0645.8165.A2323/08./45.1Aq代入恒压过滤方程 52 1.08.0得 min239s.178在 0.04 m2 的过滤面积上以 110-4 m3/s 的速率进行恒速过滤试验，测得过滤 100 s时，过滤压力差为 3104 Pa；过滤 600 s 时，过滤压力差为 9104 Pa。滤饼不可压缩。今欲用框内尺寸为 635 mm635 mm60 mm 的板框过滤机处理同一料浆，所用滤布与试验时的相同。过滤开始时，以与试验相同的滤液流速进行恒速过滤，在过滤压强差达到 6104 Pa时改为恒压操作。每获得 1 m3 滤液所生成的滤饼体积为 0.02 m3。试求框内充满滤
12、饼所需的时间。解：第一阶段是恒速过滤，其过滤时间 与过滤压差之间的关系可表示为：bap板框过滤机所处理的悬浮液特性及所用滤布均与试验时相同，且过滤速度也一样，因此，上式中 a，b 值可根据实验测得的两组数据求出：3104=100a+b 9104=600a+b解得 a=120，b=1.810 4即 108.2p恒速阶段终了时的压力差 ，故恒速段过滤时间为Pa1064Rps352.4Rab恒速阶段过滤速度与实验时相同m/s10./s04.13R AVu2323 /875.52q根据方程 3-71，7120 =aR2kur4ee8.qb解得： ，s)/(Pam102852-.k 23e/m750.恒
13、压操作阶段过滤压力差为 6104 Pa，所以/s10.6/s16. 2328 pK板框过滤机的过滤面积 28535.02A滤饼体积及单位过滤面积上的滤液体积为 32c m04.6.V2323c /m.1/0.865.4/)(Vq应用先恒速后恒压过滤方程)()(2)( RReR2 Kq将 K、 qe、 qR、 q 的数值代入上式，得：350125.687.0513.875.0.122 解得 s69. 在实验室用一个每边长 0.16 m 的小型滤框对碳酸钙颗粒在水中的悬浮液进行过滤试验。操作条件下在过滤压力差为 275.8 kPa，浆料温度为 20 。已知碳酸钙颗粒为球形，密度为 2 930 kg
14、/m3。悬浮液中固体质量分数为 0.072 3。滤饼不可压缩，每 1 m3 滤饼烘干后的质量为 1 620 kg。实验中测得得到 1 L 滤液需要 15.4 s，得到 2 L 滤液需要 48.8 s。试求过滤常数 ，滤饼的空隙滤 ，滤饼的比阻 r 及滤饼颗粒的比表面积 a。eKV和解：根据过滤实验数据求过滤常数 eVK，已知 ， ； ， 及s4.153m01.s8.43m02. 22m051.16.0A代入恒压过滤方程式 2e2AVKe36 5. 52e 10.84104 联立以上两式，解得 ，/sm23.5K34em7.3V滤饼的空隙滤 471.0961悬浮液的密度 33FsFm kg/105/)10927.3.()( X8以 1 m3 悬浮液为基准求 滤饼体积 ， 滤液体积33s m0468.16207.5V m9531.01sV 92.1.48.s滤饼不可压缩时， rvpkK所以，滤饼比阻为 2142533 m068.1024.09.18752 r颗粒的比表面积 32632.2315.2 95.).(6)(a10板框压滤机过滤某种水悬浮液，已知框的长宽高为 810 mm810 mm42 mm，总框数为 10，滤饼体积与滤液体积比为 =0.1，过
