(1.4)-习题课 4化工原理化工原理

沉降、过滤习题课

过滤过滤速率基本方程过滤常数恒速过滤恒压过滤q2+2qqe=KτV2+2VVe=KA2τ先恒速后恒压过滤曳力系数ζ斯托克斯区：,Rep<2阿伦区：,Rep=2~500牛顿区：,Rep=500~2

×105斯托克斯区重力沉降室颗粒由于加速阶段很短，其轨迹可认为是直线，气体在沉降室中停留时间为：颗粒沉降时间为：为达除尘目的，要求颗粒的沉降与流态化用某板框压滤机在恒压下过滤某悬浮液。已知过滤常数K=6×10−5m2/s，qe

=0。现要求每一操作周期的过滤时间为50分钟，所得滤液量为4m3。洗涤水量为滤液体积的1/10，洗涤操作压强与过滤时相同，滤液黏度与水相同，装卸时间为10分钟，已知滤饼不可压缩，试求：（1）需要多大的过滤面积，m2？（2）洗涤时间

τW

？（3）生产能力Q为多少？【例1】

解：(1)∵此过程为恒压过滤，

过滤面积则为：（2）

板框过滤机的洗涤面积为过滤面积的一半，∴洗涤所用时间为：或者：

（3）生产能力小结（1）过滤速率基本方程恒速过滤若τ=0,q=0，则恒压过滤若τ=0,q=0，则积分

q2+2qqe=KτV2+2VVe=KA2τ（2）洗涤速率当单位面积的洗涤液用量qw已经确定，则洗涤时间τw为：

当洗涤与过滤终了时的操作压强、洗涤液与滤液的黏度相等，则洗涤速率与最终过滤速率相等，即：

某悬浮液用板框过滤机过滤，该板框过滤机有滤框28个，尺寸为635×635×25mm，操作表压恒定为98.1kPa,该条件下K=1×10−5m2/s,qe=0.02m2/m3.已知滤饼与滤液体积比0.075,试求：①滤饼充满滤框需要多少时间？②若将操作表压提高一倍。其他条件不变（S=0.5），则充满同样滤框所需时间为多少？③若将框厚增加一倍，其他操作条件同2，则过滤同样时间可获得滤液多少？【例2】解：(1)过滤面积为：恒压过滤：(2)（3）过滤时间不变，滤液体积不变：小结过滤设备特点叶滤机板框压滤机板框每边长a,厚b：

过滤时饼厚为b/2，过滤面积2a2；过滤终了洗涤时饼厚为b(加倍),洗涤面积a2(减半)板框压滤机洗涤(面积减半,饼厚加倍)恒压操作时当Ve=0时,某降尘室每层底面积10m2，内均匀设置4层隔板，现用该降尘室净化质量流量为600kg/h的含尘空气。进入降尘室的空气温度为150℃。已知150℃时，空气的密度为0.836kg/m3，粘度为μ=2.41×10−5Pa.s。问：（1）可100%除去的最小颗粒直径为多少？（2）为保证100%除去最小颗粒直径达6.08μm，空气的质量流量为多少kg/h？【例3】解:(1)如将含尘颗粒加热，则空气的流量为降尘室的总面积为：可100%除去的颗粒的沉降速度：假设颗粒沉降处于Stokes区，则：

【例3】验证：

(2)为保证100%除去的最小颗粒直径达则沉降速度为：

处理量为：/s一降尘室每层底面积10m2，内设9层隔板，现用此降尘室净化质量流量为1200kg/h，温度为20℃的常压含尘空气,尘粒密度为2500kg/m3，问:（1）可100%除去的最小颗粒直径为多少？可50%除去的最小颗粒直径为多少？直径为5μm的尘粒可除去百分率为多少？（设尘粒在空气中均匀分布）。（2）如将含尘空气预热至150℃，再进入降尘室，则可100％除去的最小颗粒直径为多少？为保证100％除去的最小颗粒直径不变，空气的质量流量为多少？（3）定性分析降尘室生产能力发生变化的原因。【例4】

查20℃时常压空气的物性为：(1)

假设100%除去的最小颗粒沉降处于斯托克斯区：则

验证：原假设成立。

∵∴可50%除去的最小颗粒沉降必处于斯托克斯区，则

当除尘效率为50%，则对应的最小颗粒沉降速度为

直径为5mm的尘粒直径小于可100%除去的最小颗粒的直径6.076mm，可保证该颗粒沉降处于斯托克斯区，则（2）空气预热到150℃时，

若仍需使可100%除去的最小颗粒的直径不变，为6.08mm

(3)t,m,ut

对沉降不利；t,r