非均相物系的分离汇总

1、第三章 非均相物系的分离第三章 非均相物系的分离1.混合煤粉颗粒群的筛分数据如下表计算煤粉的体积当量及面积当量直径解：由已知条件分别计算各粒度颗粒直径及质量分率，列于下表：d p,i ，mm0.5050.360.2550.180.1250.0870.0635ai ，mm0.07320.06340.1020.08290.1710.20.307取单位质量的粒子，设其总数目为 n，每种粒径下的颗粒数目为 ni ，颗粒的体积当量直径为 deV，则有：n ni31 n de3Vsn6 eVs3ainid p,i6ni1de3V6ai63nid3p,iaid3p,i1de3Vaid3p,ideV0.085

2、3mm同理，按表面积相等的原则，设颗粒的表面积当量直径为deS，则有：n de2Sni d2p,i6s de3Vde2S6ais d 3p,i2 p,ideS 30.08533aidp,ideS 0.0775mm第1 页第三章 非均相物系的分离2.计算尺寸为 10l0 l.5mm（高外径壁厚 ）瓷环的当量直径和球形度。 解：设瓷环外径为 d1=10mm，内径为 d2=7mm，瓷环高度为 h=10mm，则：体积当量直径： Vd12d22 hde3V deV 9.146mm4 1 4 2 6 eV eV面积当量直径： S d1h d2h 2 d12d22de2S deS 13.982mm446V

3、6 400.6= = 3.913mmA 614.2球形度：d2de2V0.428de2SdSV6 deV26 13.9829.14631533m2 m33. 把上题的瓷环堆放在直径为 lm，床高为 6m的床层内，床层的空隙率为 0.7 ，床层上方压强为 1.013 l0 5（绝） ，20的空气从下部通入，流量为 3000m3/h ，计算空气通过此床层的压力降。3解：20空气的物性参数：1.205kg / m3,18.1 Pa s2 2 2A d212 0.7854m244V 3000 -1 u 1.061m sA 3600 0.7854由上题知：6 deV26 13.9829.14631533

4、m2 m3Re(1a52.026 105) 1.205 kg m-3u 1.061 1.205(1- )(1 - 0.7) 18.1 10-5153.6 2 5 0.4Re (Re)0.10.2743p a(1-3)L u20.27431533 (1-0.7) 60.731.205 1.061 2995Pa P=3166Pa第2 页第三章 非均相物系的分离4. 空气通过直径 100mm的钢管中瓷环 (15 15 2mm填) 料层流动，填料层高度 为 0.8m，床层空隙率为 0.56 ，测得压力降为 11kPa，空气温度为 20，大气 压强为 100kPa，试计算空气的流量。10 10 6 7.

5、524 160 3 1.205 5.03 10 3 118.1 10 65尘粒直径为 l0 m，密度为 2500kg/m3，求该尘粒在 20空气中的沉降速度。解：20 空气 物性1.205kg m3 ， 18.1 10 6Pa S假设沉降在斯托克斯区：ut d2 S g 10 10 6 2 2500 1.2605 9.81 7.524 10 3m s t 18 18 18.1 10 6校 验 Rep dut在斯 托克 斯区 假设 成立 ，即 颗 粒的 沉降 速度 为 7.524 10 3 m s6. 求直径为 1mm，密度为 2600kg/m3的玻璃球在 20水中的沉降速度。 解 ： 20 水

6、的 物性998.2kg m3 ，1.005mPa S假设沉降在斯托克斯区：u d2 S g ut181 10 3 2 2600 998.2 9.8118 1.005 10 30.8686 m s校验 Re dut1 10 3 0.86863 998.2 862.7 11.005 10 3假设不成立，再假设在阿仑区：ut0.78 d1.14 s 0.710.43 0.290.78 0.001 1.14 2600 998.2 0.710.78 3 0.43 0.291.005 10 39 9 8.20.290.147m s3校 验 Re dut145.81 10 3 0.147 998.21.00

7、5 10 3第3 页第三章 非均相物系的分离在阿仑区假设成立，即颗粒的沉降速度为 0.147ms或使用课本提供的公式ut 0.27gd sRe0.60.27 gd1.6 sut0.60.4 0.6即 ut0.70.271.6 1.6gd1.6 s 0.27 9.81 0.001 1.6 2600 998.2 0.27 0.4 3 0.998.2 0.4 1.005 10 30.4 0.6.6 0.268850.27ut 0.1 5 2m9 s校验dut1 10 3 0.1529 998.2Re 3 151.91.005 10 3在 阿 仑 区 假 设 成 立 ，即 颗 粒 的 沉 降 速 度

8、为 0.147m s或0.1529m/s7. 用落球法测定油品的粘度。 今将直径为 6.25mm、密度为 7900kg/m3的钢球置 于密度为 880kg/m3的油内，并测得该钢球在 6.35s 的时间内下降 25cm的距离。 试计算此油的粘度。假设沉降在斯托克斯区：ut d2 S g18则d 2 S g 6.25 10 3 2 7900 880 9.81则18ut18 0.03943.796Pa S校验Re dut6.25 10 3 0.0394 8803.7960.057 1解：ut 25 102 0.0394m st 6.35假设 成立 ，即 该液 体的 粘度 为 3.796Pa S8.

9、 用高 2m、宽 2.5m、长 5m的重力降尘室分离空气中的粉尘。 在操作条件下空第4 页第三章 非均相物系的分离气的密度为 0.779kg/m3，粘度为 2.5310-5PaS、流量为 5104m3/h ，粉尘的 密度为 2000kg/m3，试求粉尘的临界直径。4解：对于 降尘室： Vs Atut则 ut 5 10 1 1.111m st t t 3600 2.5 5假设沉降在斯托克斯区，则 ut d 1S8 g18 utSg18 2.53 10 3 1.1112000 0.779 9.811.606 10 4 m校验Re dut1.606 10 4 1.111 0.77952.53 10

10、55.495 1假设不成立，再假设在阿仑区： ut 0.78d1.14 0.43s 0.29 0.710.43ut0.430.291.14d 0.78 s 0.712.077 10 4m1.111 2.53 10 5 00.43 0.7790.29S0.710.78 2600 998.2 0.711.142.53 10 5校验 Re dut 2.077 10 4 1.111 0.779 7.105在阿仑区假设成立，即颗粒的临界直径为 207.7 m。或使用课本提供的公式ut 0.27gd sRe0.6 0.27gd1.6 s ut0.60.4 0.60.7 0.2 0.3 即 d 0.8ut1

11、.2640 10 31.1110.70.7790.2 2.53 10 5 0.30.27 g s 0.27 9.81 2600 998.2则 d 2.3833 10 4m 238.33 m第5 页第三章 非均相物系的分离校验Re dut2.3833 10 4 1.111 0.7792.53 10 58.1518在阿仑区假设成立，即颗粒的临界直径为 238.33 m9今拟采用多层降尘室除去某气体中密度为 2200kg/m3、直径为 10 m以上的球形微粒。 1 气体在标准状态 (0 ， 1.013 l0 5Pa)下的体积流量为 1m3/s ，气5体的平均温度为 427.压力为 1.013 l0

12、5Pa，操作条件下气体的密度及粘度 分别为 0.5kg/m 3及 0.034mPaS。降尘室的长度为 5m，宽度为 1.8m，总高度 为 2.8m。试计算水平隔板间的距离和层数。解：假设沉降在斯托克斯区：ut d2 S gt 183.526 10 3 m s10 10 6 2 2200 0.5 9.8118 0.034 10 3Re dut5.18 10 4假 设成 立10 10 6 3.526 10 3 0.50.034 10 3Vs1 273.15 427273.152.563m3 s方法一：由Vs Abut 得：Ab Vsut2.5633.526 10 3727m2层 数 n A b 1

13、 727 1 79.78 80 L B 5 1.82.8间 距 h 0.0347m 34.7mm81方法二：由 h L 得ut uL ut 5 3.526 10 3间 距 h t 0.0347m 34.7mm u 2.563/ 1.8 2.82.8层 数 n 2.8 1 79.76 800.0347第6 页第三章 非均相物系的分离10.用如图 3-12所示的旋风分离器从温度为 200、压力为 1.013 l0 5Pa的含 尘气体中除尘。尘粒的密度为 2000kg/m3，旋风分离器的直径为 0.65m，进口 气速为 2lm/s 。试求：(1) 气体处理量， ( 标准状态 ) ；(2) 气体温过旋

14、风分离器的压力降 ( 可取阻力系数为 8.0) ；(3) 尘粒的分割直径 ( 可用 d50估算 ) 。解 ： 对 于 如 图 3-10 所 示 的 直 径 为 0.65 的 标 准 旋 风 分 离 器 其 他 相 应的尺寸为：h D 2，B D 4Vs uA uhB 21 0.65 0.65 1.109 m3 s24 换算成标准状况Vs VsT 1.109 273.150.6403 m3 sT 273.15 200对 于如 图 3-10 所 示的 标准 旋风 分离 器其 8.0则压 力降 P u28.020.746 21221.316kPa标准旋风分离器的分割直径：d500.27 ui sD0

15、.27 22162010006 0.07.64565.417 10 6 m11.已知某一含尘气体的流量为 1200m3/h ，总含尘粒的粒径分布数据及旋风分 离器的粒级效率数据如下；试计算： (1) 该旋风分离器的总效率；(2) 粒径小于 20m的尘粒被气体带走的量 (kg/h)第7 页第三章 非均相物系的分离解：该旋风分离器的总效率：i xi 0.1 0.2 0.15 0.4 0.35 0.8 0.2 0.9 0.1 0.95 0.1 1 73.5%(2) 假设进入旋风分离器的气体中颗粒提及浓度为 C= a kg?m-3：则：粒径小于 20m的尘粒被气体带走的量为：% (1- ixi ) (

16、1 - 0.2)0.1 0.15(1 - 0.4) 35(1 - 0.8) 24%or:% (1- ixi)/ xi (1- 0.2)0.1 0.15(1 - 0.4) 35(1- 0.8)/0.6 40%W V a (1- ixi) 1200 a (1-0.2)0.1 0.15(1- 0.4) 35(1- 0.8) 288a(kg h-1) 12用板框压滤机对某种悬浮液在压力差为 53kpa 的条件下进行过滤实验， 过 滤面积为 0.01m2，所得实验数据如下滤饼与滤液的体积比为 0.064m3/m3，滤饼不可压缩。在过滤条件下滤液的粘度 为 3.4 mPa S。试求过滤常数 K与 qe及滤

17、饼的比阻 r 。解：根据 q K1 q K2 qe处理实验数据（结果如下表）：过滤时间，S8.43884145滤液 量， ml10030050070032 q mm0.010.030.050.07q S m2 m3840126716802071第8 页第三章 非均相物系的分离将 与 q 值描 绘在 q直角坐标图上可得一条直线 ，可 求 得直 线的 斜率1K1 20500s m2 和 截 距2 qe 640sKem2 m3q , m3/m2解得：K 4.88 10 5 m2 s,qe 0.0156m3 m2由K 2 P得 c2 P 2 53320K c 4.88 10 5 3.4 10 3 0.

18、0641.004 1013 1 m213. 对上题中的悬浮液用滤框边长为 800mm的板框压滤机在相同的压力差下进 行过滤，过滤 1h 获得滤液 6m3。试求滤框的数目及厚度。解：由上题已知：K 4.88 10 5 m2 s, qe 0.0156m3 m2根据过滤基本方程： V2 2VVe KA2代入数据：62 2 6 0.156 A 4.88 105 A2 3600整理方程：0.177A2 0.1872A 36 0解方程得：A 14.80m2滤框数目：nA214.802 11.56 122L2 2 0.82第9 页过滤终了速率：2 dV KA2 d 2V第三章 非均相物系的分离滤框厚 度=

19、V2 0.064 26 0.05m 50mmnL 1.2 12 0.82 14某厂用板柜压滤机在恒压下过滤一种悬浮液，滤框的空间尺寸为1000 2l000 40mm，有 20 个滤框，经过 2h 过滤，滤框完全充满滤饼，且每 m2过滤 面积得到滤液 1.4m3。卸饼、清理、组装等辅助时间为 1.2h ，忽略过滤介质阻 力，滤饼未洗涤。试计算：(1) 该扳框压滤机的生产能力；(2) 过滤后用 l/8 滤液体积的洗涤水在同样压力差下进行横穿洗涤滤饼时 的生产能力 ( 设洗涤水与滤液粘度相近 ) ；(3) 当滤框的厚度减为 25mm，其它条件不变，滤饼仍以 l/8 滤液体积的洗 涤水洗涤滤饼时的生产

20、能力解：过 滤面积 A 1 1 2 20 40m2V qA 1.4 40 3 3 3Q17.5 m3 h 4.681 10 3 m3 s采用横穿 洗 涤的 洗涤 速率 是过 滤终 了速 率的 1/4 ，即dV dW1 dVKA24 d8VVW8VdVKA2dWV221V8 KA2hQ V qA 1.4 40 10.77m3 h 2.99 10 3 m3 s2 2 1.2若滤框的厚度减为 25mm，其它条件不变时，q 会减小第 10 页第三章 非均相物系的分离qAc V滤饼qAc V滤饼 qAc V滤饼即 q 25 0.625 q 403q 0.625q 0.6251.4 0.875m3过滤时间

21、q2Kq22 q q20.6252 2 0.78125h洗涤时间 ： W 0.78125hV qA0.875 402 0.78125 1.212.67m3 h 3.519 10 3 m3 s15板框压滤机在 1.5 l0 5Pa的压差下恒压过滤某种悬浮液， 1.6h 后得滤波 25m3，介质阻力可忽略不计。试问(1) 如果过滤压差加倍，滤饼的压缩系数 s 为 0.3 ，则过滤 1.6h 后可得多 少滤液?(2) 设其它条件不变，将操作时间缩短一半，所得滤液为多少 ?(3) 若在原压力差下进行过滤 1.6h 后，用 3m3 的水来洗涤滤饼，所需洗涤 时间为多少小时 ?1 s 1 0.3解：(1)

22、 如果过滤压差加倍： K 2 p 2(2 p)20.7 K 1.62Kr c r c根据恒压过滤方程式V KA220.7 KA220.7V 1.27456 25 31.86(m3)(2) 设其它条件不变，将操作时间缩短一半V KA2 0.5KA20.5V 0.707 25 17.68(m3 )(3) 若采用横穿洗涤： W 8a 8 3 1.6 1.536(h)W 25第 11 页第三章 非均相物系的分离若采 用置 换洗 涤： W 2a 2 3 1.6 0.384(h)W 2516.某转筒真空过滤机的浸没度为 1/3 ，转速为 2r/min ，每小时获得滤液量为 15m3。已知过滤常数 K=2.

23、7 10-4 m2/s ，qe=0.08m3/m3。试求该过滤机的过滤面积。 解：转筒 真空过滤 机生产能力：15 36000.088.12m217. 有一转筒真空过滤机的转速为 2r/min ，每小时可得滤液 4m3。若过滤介质 的阻力可忽略不计，试问每小时欲获得 5m3 滤液时过滤机的转速应为多少 ?此时转筒表面滤饼的厚度为原来的多少倍 （ 过滤操作中真空度维持不变 ）?解：转筒真空过滤机忽略介质阻力时， Q A K n滤饼的厚度与每旋转一周的滤液量有关： l Q n A K nll AA KK nnnn 45 0.8即转 筒表 面滤 饼的 厚度 为原 来的 0.8 倍18一台 BMS30

24、635/25 型板框压滤机 （过滤面积为 30m2）在 2.5 105Pa的压 差下恒压过滤，经 30min 充满滤框，共得滤液 2.4m3，过滤后每次拆装洗涤时第 12 页第三章 非均相物系的分离间需要 15min，现若改用一台 GP20 2.6 型回转真空过滤机来代替上述板框机， 转筒的直径为 2.6m，长为 2.6m。过滤面积有 25被浸没，操作真空度为 79kPa， 设滤饼不可压缩， 不洗涤， 介质阻力可忽略不计， 试计算达到同样生产能力时 真空过滤机的转速。解：板框压滤机的生产能力为30 60 15 60 8.89 10 4(m3 s)根据恒压过滤方程式KAV22A2623.56 10 6(m2 /s)2.422302 30 60由过滤常数定义式 K 2 p ，可得真空过滤机的过滤常数为 rcKp 79 103Kp 2.5 1050.316K 0.316K 1.12 10 6(m2 /s)转筒真空过滤机忽略介质阻力时， Q A K n，代入数据8.89 10 4 2.6 2.6 1.12 10 6 0.25n解 得 ： n=0.00625r.p.s=0.375r.p.m19. 某悬浮液内固相的最初浓度为 4.7（ 重） 、悬浮液的密度为 1100kg/m3，每 昼夜需生产 9t 湿滤饼。为取得数据，在实验中以小型离心机进行实验 , 小型实 验离心机的过滤面积为 0.