非均相混合物分離及固體流態(tài)化習(xí)題答案

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(jì)算(1)密度為2650kg/m3,直徑為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(shí)間為s,液體的黏度是多少解：(1)假設(shè)為滯流沉降，則：d2(p-p)Ust18卩查附錄20C空氣p1.205kg/m3，卩1.81x10-5Pa-s，所以，d2(p-p)g6.04x10-3)x

2、(2650-1.205)x9.81usms0.1276mst18卩18x1.81x10-5核算流型：pdu1.205x0.1276x0.04x10-3Rer0.341卩1.81x10-5所以，原假設(shè)正確，沉降速度為0.1276m/s。(2)采用摩擦數(shù)群法4卩(p-p)ggRe-1l3p2u34x1.81x10-5(2650-1.205)x9.81431.93x1.2052x0.13依0.6gRe-1431.9查出：pud依0.6gRe-1431.9查出：pudRet一e0.3，tP所以：de0.3x1.81x10-51.205x0.14.506x10-5m45m3)假設(shè)為滯流沉降，得：,d2(

3、p-p)gPs18ut其中uth00.15/7.32m；s0.02049ms將已知數(shù)據(jù)代入上式得：0.006352(7900-1600)x9.81Pa-s6.757Pa-sP18x0.02049核算流型pdu0.00635x0.02049x1600門門“小4Re=t=0.030811卩6.7572.用降塵室除去氣體中的固體雜質(zhì)，降塵室長(zhǎng)5m,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(zhǔn))m3/h。試求理論上能完全除去的最小顆粒直徑。若操作在20C下進(jìn)行，操作條件下的氣體密度為1.06kg/m3，黏度為xl0-5Pas。若操作在420C下進(jìn)行，操

4、作條件下的氣體密度為0.5kg/m3，黏度為x10-5Pas。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：3000 x273+203000 x273+20273bl3600 x5x5ms=0.03577ms設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則：=0.03577=0.03577=d2(p-p)g18卩18pu18pud=t=(P-P)gs喘洙濃F=1.985x10=19.85岬核算流型：ReduptRedupt1.985xl0-5x0.03577xl.061.8x10-5=0.04181原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為x10-5m。2)計(jì)算過程與(1)相同。完全能夠沉降下來的最小顆

5、粒的沉降速度為：3000273+420q3000 x3600 x5x5u=3600 x5x5tbl設(shè)沉降在斯托克斯區(qū)，則：18pu18pud=t=(P-P)gsSTM6=4.132x10=41.32岬核算流型：RetdupRetduptp4.132xl0-5x0.0846x0.53.3x10-5=0.05291原設(shè)滯流區(qū)正確，能夠完全除去的最小顆粒直徑為x10-5m。3.對(duì)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|im,(1)(1)試確定降塵室內(nèi)隔板的間距及層數(shù)。解：取隔板間距為力，令Lhuut貝yh=uut3000273+427xu=J=600273ms=0.

6、1017msbH5x4.210|im塵粒的沉降速度d2(p-d2(p-p)g(10 x10-6)x(3000-0.5)x9.811818x3.31x10-5ms=4.954x10-3ms由（1）式計(jì)算hh=5x4.954x10-3m=0.244m0.1017H42層數(shù)n=17.2取18層h0.244h=0.233m1818核算顆粒沉降雷諾數(shù):dup10 x10-6x4.954x10-4x0.5_._.Re=匸=7.5x10-41t卩3.3x10-5核算流體流型：dp）up2x5x0.233x0.1017x0.5Re=弊=3=_233=6862100卩卩3.3x10-54.在雙錐分級(jí)器內(nèi)用水對(duì)方

7、鉛礦與石英兩種粒子的混合物進(jìn)行分離。操作溫度下水的密度=996.9kg/m3,黏度=3x10-3Pas。固體顆粒為棱長(zhǎng)0.7mm的正方體。已知：方鉛礦密度s1=7500kg/m3，石英礦密度$2=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。對(duì)于正方體顆粒，應(yīng)先算出其當(dāng)量直徑和球形度。設(shè)I代表棱長(zhǎng)，匕代表一個(gè)顆粒的體積。顆粒的當(dāng)量直徑為dem=dem=8.685x10因此，顆粒的

8、球形度，iSnd2e=因此，顆粒的球形度，iSnd2e=sS6l2p6l2用摩擦數(shù)群法計(jì)算最大石英粒子的沉降速度，即4d3p(p-p)gsi4x(8.685x10-4)3x(2650996.9)x996.9x9.813x(0.8973x10-3)2=17538已知e=，由圖3-3查得Re尸70，則stRe卩tRe卩tdpe70 x0.8973x10-3996.9x8.685x10-4m/s=0.07255m/s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(jì)算該粒子的當(dāng)量

9、直徑:gRe-1=t4卩gRe-1=ts1-3p2u3t=0.20114x0.8973x10-3(7500996.9)x=0.20113x996.92x(0.07255)3已知e=，由圖3-3查得Re=30,則stRe卩rRe卩rput30 x0.8973x10-3996.9x0.07255m=3.722x10-4m與此當(dāng)量直徑相對(duì)應(yīng)的正方體棱長(zhǎng)為l=h-63.722x10-43104二m=3x10-4m663匚3n所得純方鉛礦粒的棱長(zhǎng)范圍為0.7mm。5.用標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器處理含塵氣體，氣體流量為0.4M3/s、黏度為x10-5Pas、密度為0.674kg/m3，氣體中塵粒的密度為2300k

10、g/m3o若分離器圓筒直徑為0.4m，（1）試估算其臨界粒徑、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(shí)臨界粒徑是多少（3）若要維持原來的分離效果（臨界粒徑），應(yīng)采取什么措施解：臨界直徑d=0.27=0.274m=7.96x10-6m兀NpuesicYnNepusi式中B=04=0.1m，h=D/244Ne=5qu=qu=vs-hB0.40.1X0.4將有關(guān)數(shù)據(jù)代入，得9x3.6x10-5x0.1d=m=6.698x10-6m=6.698x10ume弋5x20 x2300n分割粒徑為3.6x10-3.6x10-5x0.4d=叫4PPT272

11、0 x(2300-0.674)is50m=4.778x10-6m=4.778pm壓強(qiáng)降為u2202AP乂飛P=8X丁X0-674Pa=10784PaAp，ui不變=vs=vs=vshBxV.248x2x0.4m=0.5657m200.56573.14x5x2300 x20,9b,9x3.14x5x2300 x20cc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(shí)臨界粒徑也會(huì)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(tái)圓筒直徑為0.4m的旋風(fēng)分離器并聯(lián)使用。在實(shí)驗(yàn)室里用面積0.1m2的濾葉對(duì)某懸浮液進(jìn)行恒壓過濾實(shí)驗(yàn)，操作壓力差為67kPa,測(cè)得過濾5

12、min后得濾液1L,再過濾5min后，又得濾液0.6L。試求，過濾常數(shù)K,V,e并寫出恒壓過濾方程式。解：恒壓過濾方程為：q2+2qq=K0e由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)知：0=5min，q=0.001=0.01m3/m2ii0.10=10min，q=0.016m3/m211將上兩組數(shù)據(jù)代入上式得：(0.01)2+2(0.01)q=5Ke(0.016)2+2(0.016)q=10Ke解得q=0.007m3/m2eK=4.8x10-5m2/min=8x10-7m2/s所以，恒壓過濾方程為q2+0.014q=8x10-70(m3/m2,s)或V2+0.0014V=8x10-90(m3，s)用10個(gè)框的板框過濾機(jī)恒壓

13、過濾某懸浮液，濾框尺寸為635mmx635mmx25mm。已知操作條件下過濾常數(shù)為K=2x10-5m2/s，q=0.01ms/m2，濾餅與濾液體積之比為ev=。試求濾框充滿濾餅所需時(shí)間及所得濾液體積。解：恒壓過濾方程為q2+2qq=K0eq2+0.02q=2x10-50V=10 x0.6352x0.025m3=0.1008m3V=I=0.1008m3=1.680m3,A=0.6352x2x10m2=8.0645m2v0.06V1.680q=m3/m2=0.208m3/m2A8.0645代入恒壓過濾方程0.2082+2x0.01x0.208=2x10-59得9=2317.2s=39.52min8

14、在0.04m2的過濾面積上以1x10-4m3/s的速率進(jìn)行恒速過濾試驗(yàn)，測(cè)得過濾100s時(shí)，過濾壓力差為3x104Pa；過濾600s時(shí)，過濾壓力差為9x104Pa。濾餅不可壓縮。今欲用框內(nèi)尺寸為635mmx635mmx60mm的板框過濾機(jī)處理同一料漿，所用濾布與試驗(yàn)時(shí)的相同。過濾開始時(shí)，以與試驗(yàn)相同的濾液流速進(jìn)行恒速過濾，在過濾壓強(qiáng)差達(dá)到6x104Pa時(shí)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(shí)間。解：第一階段是恒速過濾，其過濾時(shí)間e與過濾壓差之間的關(guān)系可表示為：Ap=a9+b板框過濾機(jī)所處理的懸浮液特性及所用濾布均與試驗(yàn)時(shí)相同，且過濾速度也一樣，因

15、此，上式中a，b值可根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的兩組數(shù)據(jù)求出：3x104=100a+b9x104=600a+b解得a=120，b=x104即A=1209+1.8x104恒速階段終了時(shí)的壓力差A(yù)p=6x104Pa，故恒速段過濾時(shí)間為R9=AERb=6x104-1.8x104s=350sRa120恒速階段過濾速度與實(shí)驗(yàn)時(shí)相同1x1x10-40.04m/s=2.5x10-3m/sq=u9=2.5x10-3x350m3/m2=0.875m3/m2RRR根據(jù)方程3-71，a=uuru2=k=120Rkuqb=UrUuq=Re=1.8x104Rek解得：k=5.208x10-8m2/(Pa-s),q=0.375m3/m

16、2e恒壓操作階段過濾壓力差為6x104Pa，所以K=2kAp=2x5.208x108x6x104m2/s=6.250 x103m2/s板框過濾機(jī)的過濾面積A=2x0.6352m2=0.8065m2濾餅體積及單位過濾面積上的濾液體積為V=0.6352x0.06m2=0.0242m3cV0.0242q=()/u=m3/m2=1.5m3/m2A0.8065x0.02應(yīng)用先恒速后恒壓過濾方程(q2一q2)+2q(q一q)=K(00)ReRR將K、qe、qR、q的數(shù)值代入上式，得：.52.520.8752)+2x0.37(L50.875)=6.252x103(0350)解得0=662.5s9.在實(shí)驗(yàn)室用

17、一個(gè)每邊長(zhǎng)0.16m的小型濾框?qū)μ妓徕}顆粒在水中的懸浮液進(jìn)行過濾試驗(yàn)。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?jǐn)?shù)為3。濾餅不可壓縮，每1m3濾餅烘干后的質(zhì)量為1620kg。實(shí)驗(yàn)中測(cè)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V，濾餅的e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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求過濾常數(shù)K,Ve已知0=15.4s，V=0.001m3；0=48.8s，V=0.002m3及A=2x0.162m2=0.0512m2代入恒壓過濾方程式V2+2VV=KA20e106+2x103V=15.4x0

18、.05122Ke4x106+4x103V=48.8x0.05122x105Ke聯(lián)立以上兩式，解得K=4.234x10-5m2/s，V=3.547x104m3e濾餅的空隙濾=11620=0.4471濾餅的空隙濾2930懸浮液的密度P+0.9277)1000)懸浮液的密度P+0.9277)1000)kg/m3=1050kg/m3以1m3懸浮液為基準(zhǔn)求v濾餅體積V=s1050 x0.0723120濾餅體積V=s1050 x0.0723120m3=0.04686m3濾液體積V=1-V=0.9531msV=0046%953廣.0492濾餅不可壓縮時(shí),K濾餅不可壓縮時(shí),K=2kAp=處rv所以，濾餅比阻為

19、r=迪=2x275.8x103m-2=2.648x1014m-2pvK10-3x0.0492x4.234x10-顆粒的比表面積a=（旦）0.5=（2.648x1014x0.44713）0.5m2；m3=3.935x106mma5（1-）25x（1-0.4472）210.板框壓濾機(jī)過濾某種水懸浮液，已知框的長(zhǎng)寬乂高為810mmx810mmx42mm,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1.905m3，試求（1）濾框充滿濾餅時(shí)所需過濾時(shí)間；（2）若洗滌與輔助時(shí)間共45min,求該裝置的生產(chǎn)能力（以得到的濾餅體積計(jì)）。解：（1

20、）過濾面積A=0.812x2x10=13.122m2由恒壓過濾方程式求過濾常數(shù)1.312+2x1.31V=13.1222x10 x60Ke1.9052+2x1.905V=13.1222x20 x60Ke聯(lián)立解出V=0.1376m3,K=2.010 x10-5m2/se恒壓過濾方程式為V2+0.2752V=3461x10-39V=0.81x0.81x0.042x10m3=0.2756m3cV=t=2.756m3v代入恒壓過濾方程式求過濾時(shí)間=2414s=40.23min.7562+0.2752x2.756G.461x=2414s=40.23minV9+9V9+9c+92414+45x60曲=曲x

21、10皿=曲3%11.在67x103Pa壓力下對(duì)硅藻土在水中的懸浮液進(jìn)行過濾試驗(yàn)，測(cè)得過濾常數(shù)K=5x10-5m2/s,qe=0.01m3/m2，濾餅體積與濾液體積之比u=。現(xiàn)擬用有38個(gè)框的BMY50/810-25型板框壓濾機(jī)在134x103Pa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(shí)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(shí)間；（3）若每次卸渣、重裝等全部輔助操作共需15min,求過濾機(jī)的生產(chǎn)能力（m3濾液/h）。解：（1）硅藻土，s二0.01，可按不可壓縮濾餅處理K=2kAp，q與Ap無關(guān)eAp=134x103Pa時(shí)，K=1x10-4m2/s，q=0.01m3/m2eV=0.812x0.025x38m3=0.6233m3，A=38x2x0.812m2=49.86m2c0.62330.08m30.62330.08m3=7.791m3q=m3/m2=0.