化工原理概念题导师系统——第三章 机械分离
化工原理第三章习题与答案
化⼯原理第三章习题与答案第三章机械分离⼀、名词解释（每题2分）1. ⾮均相混合物物系组成不同，分布不均匀，组分之间有相界⾯2. 斯托克斯式r u d u ts r 2218)(?-=µρρ3. 球形度s ?⾮球形粒⼦体积相同的球形颗粒的⾯积与球形颗粒总⾯积的⽐值4. 离⼼分离因数离⼼加速度与重⼒加速度的⽐值5. 临界直径dc离⼼分离器分离颗粒最⼩直径6．过滤利⽤多孔性介质使悬浮液中液固得到分离的操作7. 过滤速率单位时间所产⽣的滤液量8. 过滤周期间歇过滤中过滤、洗涤、拆装、清理完成⼀次过滤所⽤时间9. 过滤机⽣产能⼒过滤机单位时间产⽣滤液体积10. 浸没度转筒过滤机浸没⾓度与圆周⾓⽐值⼆、单选择题（每题2分）1、⾃由沉降的意思是_______。
Ａ颗粒在沉降过程中受到的流体阻⼒可忽略不计Ｂ颗粒开始的降落速度为零，没有附加⼀个初始速度Ｃ颗粒在降落的⽅向上只受重⼒作⽤，没有离⼼⼒等的作⽤Ｄ颗粒间不发⽣碰撞或接触的情况下的沉降过程D 2、颗粒的沉降速度不是指_______。
Ａ等速运动段的颗粒降落的速度Ｂ加速运动段任⼀时刻颗粒的降落速度Ｃ加速运动段结束时颗粒的降落速度Ｄ净重⼒（重⼒减去浮⼒）与流体阻⼒平衡时颗粒的降落速度B3、对于恒压过滤_______。
A 滤液体积增⼤⼀倍则过滤时间增⼤为原来的2倍B 滤液体积增⼤⼀倍则过滤时间增⼤⾄原来的2倍C 滤液体积增⼤⼀倍则过滤时间增⼤⾄原来的4倍D 当介质阻⼒不计时,滤液体积增⼤⼀倍,则过滤时间增⼤⾄原来的4倍D4、恒压过滤时，如介质阻⼒不计，滤饼不可压缩，过滤压差增⼤⼀倍时同⼀过滤时刻所得滤液量___ 。
Ａ增⼤⾄原来的2倍Ｂ增⼤⾄原来的4倍Ｃ增⼤⾄原来的2倍Ｄ增⼤⾄原来的1.5倍C5、以下过滤机是连续式过滤机_______。
Ａ箱式叶滤机Ｂ真空叶滤机Ｃ回转真空过滤机Ｄ板框压滤机 C6、过滤推动⼒⼀般是指______。
Ａ过滤介质两边的压差Ｂ过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差Ｃ滤饼两⾯的压差Ｄ液体进出过滤机的压差B7、回转真空过滤机中是以下部件使过滤室在不同部位时，能⾃动地进⾏相应的不同操作：______。
化工原理第三章
第三章机械分离概述一、机械分离的应用在工业生产中，有很多情况需要将混和物分离，原料需要经过提纯或净化之后才符合加工要求，产品或中间产品也需要提纯净化才能出售，废气、废液、废渣也需要提纯分离才符合排放标准。
混和物分离有均相混和物分离和非均相混和物分离。
本章介绍非均相混和物的沉降、过滤的基本单元操作。
以碳酸氢铵的生产为例，如图是它的流程示意图。
氨水与二氧化碳在碳化塔1内进行碳化反应之后，生成的是含有碳酸氢铵晶体的悬浮液，即为一种液体与固体微粒的混合物，然后通过离心机或过滤机2将固体和液体分离开。
但分离后的晶体中仍然含有少量的水分，因此，还要将分离后的晶体经气流干燥器4干燥，即使物料在热气流的带动下迅速通过气流干燥器，使晶体中所含有的水分汽化并除去。
由于这时的固体粒子分散在气相之中，又要通过旋风分离器6等装置将其与气相分离开，以得到最后的产品。
在这个过程中，包含着流体与固体粒子的分离、混合与输送等不同的操作，而这些操作中又有一个共同的特点，即流体与固体粒子之间具有相相对运动，同时还往往伴随有热量和质量的传递。
主要应用有：1）对固体粒子或流体作进一步加工；2）回收有价值的物质；3）除去对下一工序有害的物质；4）减少对环境的危害。
二、常见分离方法1）沉降分离法，利用两相密度差；2）过滤分离法，利用两个相对多孔介质穿透性的差异；3）静电分离法，利用两相带电性差异；4）湿洗分离法，气固穿过液体，固体黏附于液体而分离。
三、均相物系与非均相物系不同成分的物质以相同的相态均匀混合组成的稳定系统为均相物系，各种气体总能够均匀地混合成均一的相，如空气。
墨水、乙醇+水、汽油+柴油、盐水、糖水等等也是均相物系。
含有不同相态的物质系统组成的混和物系为非均相物系，如云雾（气相+液相）、烟尘（气相+固相）、乳浊液（两种液相）就是非均相物系。
水+苯、水+砂子，沙尘暴等都是非均相系的例子。
非均相物系是指物质系统中存在着两相或更多的相。
化工原理第三章习题及参考答案
第三章机械分离一、名词解释（每题2分）1.非均相混合物物系组成不同，分布不均匀，组分之间有相界面2.斯托克斯式ϕ3.球形度s非球形粒子体积相同的球形颗粒的面积与球形颗粒总面积的比值4.离心分离因数离心加速度与重力加速度的比值5.临界直径dc离心分离器分离颗粒最小直径6．过滤利用多孔性介质使悬浮液中液固得到分离的操作7.过滤速率单位时间所产生的滤液量8.过滤周期间歇过滤中过滤、洗涤、拆装、清理完成一次过滤所用时间9.过滤机生产能力过滤机单位时间产生滤液体积10.浸没度转筒过滤机浸没角度与圆周角比值二、单选择题（每题2分）1、自由沉降的意思是_______。
Ａ颗粒在沉降过程中受到的流体阻力可忽略不计Ｂ颗粒开始的降落速度为零，没有附加一个初始速度Ｃ颗粒在降落的方向上只受重力作用，没有离心力等的作用Ｄ颗粒间不发生碰撞或接触的情况下的沉降过程D2、颗粒的沉降速度不是指_______。
Ａ等速运动段的颗粒降落的速度Ｂ加速运动段任一时刻颗粒的降落速度Ｃ加速运动段结束时颗粒的降落速度Ｄ净重力（重力减去浮力）与流体阻力平衡时颗粒的降落速度B3、对于恒压过滤_______。
A滤液体积增大一倍则过滤时间增大为原来的?2倍B滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的2倍C滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的4倍D当介质阻力不计时,滤液体积增大一倍,则过滤时间增大至原来的4倍D4、恒压过滤时，如介质阻力不计，滤饼不可压缩，过滤压差增大一倍时同一过滤时刻所得滤液量___。
Ａ增大至原来的2倍Ｂ增大至原来的4倍倍Ｄ增大至原来的1.5倍C5、以下过滤机是连续式过滤机_______。
Ａ箱式叶滤机Ｂ真空叶滤机Ｃ回转真空过滤机Ｄ板框压滤机C6、过滤推动力一般是指______。
Ａ过滤介质两边的压差Ｂ过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差Ｃ滤饼两面的压差Ｄ液体进出过滤机的压差B7、回转真空过滤机中是以下部件使过滤室在不同部位时，能自动地进行相应的不同操作：______。
化工原理(管国锋主编_第三版)课后习题答案3_颗粒流体力学基础与机械分离
第3章 颗粒流体力学基础与机械分离1）有两种固体颗粒，一种是边长为a 的正立方体，另一种是正圆柱体，其高度为h ，圆柱直径为d 。
试分别写出其等体积当量直径和形状系数的计算式。
d h dh dhd d h d h d d h d db aa ad ad a da v e v e ve v e ve +=⋅+==∴==⋅=⋅=⋅=∴=2)18()/(2])2/3[(])2/3[()4/)6/()()6/(6/6(6)/6()6/()(][3122322312,23,31223222,31,33,πππψππππππψππ（）解2）某内径为0.10m 的圆筒形容器堆积着某固体颗粒，颗粒是高度h=5mm ，直径d=3mm 的正圆柱，床层高度为0.80m ，床层空隙率、若以1atm ，25℃的空气以0.25空速通过床层，试估算气体压降。
[解] 圆柱体：Pad u d u L P s Pa m kg C atm m m d h dh d d h dh h d d ve v e m v e v e 7.177]1046.325.0185.152.052.0175.1)1046.3(25.010835.152.0)52.01(150[80.0])1(75.1)(1(150[10835.1,/185.1:)25,146.3)352/(533)2/(3)2()18(,])2/3[(32323532,222,32530,32312,=⨯⨯⨯-⨯+⨯⨯⨯⨯-⨯=⋅⋅⋅-⨯+⋅⋅-⨯=∆⋅⨯===+⨯⨯⨯=+=⋅∴+==----ψρεεψεμεμρψψ）按欧根公式计算压降：空气（3）拟用分子筛固体床吸附氯气中微量水份。
现以常压下20℃空气测定床层水力特性，得两组数据如下：空塔气速 0.2，床层压降 14.28mmH 2O0.693.94mmH 2O试估计25℃、绝对压强1.35atm 的氯气以空塔气速0.40通过此床层的压降。
化工原理(第四版)谭天恩 第三章 机械分离与固体流态化
《化工原理》电子教案/第三章
二、沉降设备
气 固 体 系---用于除去>75m以上颗粒 降 尘 室 重 力 沉 降 设 备 液 固 体 系 沉 降 槽
液固体系 旋液分离器
离 心 沉 降 设 备 旋风分离器 气固体系 ---用于除去>5～10m 颗粒
4d s g u0 3
如图3-2中的实线所示。
Re0=du0/ 1或2
24 层流区 Re0
u0
d 2 s g 18
----斯托克斯定律
作业：
10/69
《化工原理》电子教案/第三章
1、自由沉降
离心沉降速度 离心加速度ar=2r=ut2/r不是常量 颗粒受力：
加料 清液溢流 清液
耙 稠浆
除尘原理：与降尘室相同
连续式沉降槽
19/69
《化工原理》电子教案/第三章
增稠器（沉降槽） 特点：
属于干扰沉降 愈往下沉降速度愈慢-----愈往下颗粒浓度愈高，其表观粘 度愈大，对沉降的干扰、阻力便愈大； 沉降很快的大颗粒又会把沉降慢的小颗粒向下拉，结果小颗 粒被加速而大颗粒则变慢。 有时颗粒又会相互聚结成棉絮状整团往下沉，这称为絮凝现 象，使沉降加快。
9 B dc Nu i s
含尘 气体 A
B
净化气体
N值与进口气速有关，对常用形式的旋风分离器，风速 1225 ms-1范围内，一般可取N =34.5，风速愈大，N也 愈大。 思考：从上式可见，气体 ，入口B ，气旋圈数N ，进口气速ui ，临界粒径越小，why？
D
结论：旋风分离器越细、越长，dc越小
这种过程中的沉降速度难以进行理论计算，通常要由实验决 定。
化工原理 第三章 机械分离与固体流态化
• 3.1 过 滤
• 3.2 沉
降
• 3.3 固体流态化
3.1 过
• • • • •
滤
3.1.1 概述 3.1.2 过滤基本方程 3.1.3 过滤常数的测定 3.1.4 滤饼洗涤 3.1.5 过滤设备及过滤计算
3.1.1 概 述
• 滤饼过滤其基本原理是在外力（重力、压力、离心 力）作用下，使悬浮液中的液体通过多孔性介质，而 固体颗粒被截留，从而使液、固两相得以分离，如图 3-1所示。
3.1.5 过滤设备及过滤计算
• 对叶滤机，洗涤速率则为：
2 LA d V d V d V KA w d L A d d V V w w e w e e 2
综合板框压滤机、叶滤机，洗涤速率可统一写成：
而过滤时间
V 2 2VV e
2 KA
将、w表达式代入式3-6得：
2 KA V Q 2 2 2 V 2 VV b V VV KA e e D
将上式对V求导数，得：
2 2 2 2 KA KA V bV d Q D 2 2 2 2 d VV 2 VV b V VV KA e e D
常用的助滤剂有：硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉等。
3.1.2 过滤基本方程
L u1 u u le
图3-3
流 体 在 滤 饼 中 流 动 的 简 化 模 型
• 将孔道视为长度均为le的一组平行细管，流体 在细管中的平均流速u1，同时考虑到滤饼较薄， 广义压力降可近似用压力降代替，则：
p1 2 u1 de 32le
化工原理上册 第3章 流体相对颗粒(床层)的流动及机械分离
τm
AP
(a)
(b)
(c)
图3-5 物体的不同形状和位向对曳力的影响 （a）-平板平行于流向；（b）-平板垂直于流向；（c）-流线型物体
水平方向，颗粒所受曳力：
颗粒微元： dFD p cosdA w sindA
总曳力：FD p cosdA w sindA
A
A
Pcosa dA PdA
τwdA
aB
A VB
V
A a(1 ) (1 )
aB a
3.3 流体和颗粒的相对运动
流体和颗粒相对运动的情况：
① 颗粒静止，流体绕过颗粒流动； ② 流体静止，颗粒流动； ③ 颗粒和流体都运动，维持一定相对速度。
3.3.1 流体绕过颗粒的流动
(1) 曳力 阻力：颗粒对流体的作用力 曳力：流体对颗粒的作用力
② 非球形颗粒的曳力系数 计算方法： ◇ 近似用球形颗粒公式，ds→da 或 dv ◇ 实测ξ-Rep 关系（书P168 图3.3.2）
3.3.2 颗粒在流体中的流动
(1) 颗粒在力场中的受力分析
Fb
① 质量力 Fe mae Vs sae
②
浮力
Fb
m
s
ae
Vs ae
③
曳力
FD
AP
1 2
u 2
1
)3
( 6dV2 / a )1/3 ( 6dV2 )1/3
a
因此， dV
6
a
2）等比表面积当量直径 da 指：与非球形颗粒比表面积相等的球形颗粒的直径
a
as
d
2 s
6
d
3 s
6/ ds
da
因此，da 6 / a
“化工原理”第三章《机械分离》复习题.
《化工原理》第三章“机械分离”复习题(2008-10-23一、填空题 :1. (2分悬浮液属液态非均相物系,其中分散相是指 ______;分散介质是指__________。
***答案 *** 固体微粒, 包围在微粒周围的液体2. (3分悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下,沿重力方向作自由沿降时,会受到 _____________三个力的作用。
当此三个力的 ______________时,微粒即作匀速沉降运动。
此时微粒相对于流体的运动速度,称为 ____________ 。
***答案 *** 重力、阻力、浮力 ; 代数和为零; 沉降速度3. (2分沉降操作是使悬浮在流体中的固体微粒,在 _________力或 __________力的作用下,沿受力方向发生运动而 ___________ ,从而与流体分离的过程。
***答案 *** 重 ; 离心; 沉积4. (3分气体的净制按操作原理可分为 ________, _______, ______.旋风分离器属 _____________ 。
***答案 *** 重力沉降、离心沉降、过滤 ;离心沉降。
5. (2分过滤是一种分离悬浮在 ____________________的操作。
***答案 *** 液体或气体中固体微粒6. (2分悬浮液中加入助滤剂进行过滤的目的是 ____________________________________。
***答案 *** 在滤饼中形成骨架,使滤渣疏松,孔隙率加大,滤液得以畅流7. (2分过滤阻力由两方面因素决定:一方面是滤液本身的性质,即其 _________;另一方面是滤渣层本身的性质,即 _______ 。
***答案*** μ; γL8. (3分某板框压滤机的框的尺寸为:长 ×宽 ×厚 =810×810×25 mm,若该机有 10块框,其过滤面积约为 _______________ m2。
南工大化工原理第三章颗粒流体力学基础与机械分离
过滤基本方程式
可压缩滤饼 压缩性指数 s= 0
～
r r0 (p)
1
s
不可压缩滤饼：s=0
过滤基本方程式
dq p d r0 (q qe )
1 s
过滤基本方程
令：
2(p) K r0
1 s
（ 恒压过滤常数）
dq K d 2(q qe )
过滤设备
2
2 1 u 1.75 3 dm
欧根方程的误差约为±25%
Re’ ﹤20/6时 右第二项可略 Re’ ﹥1000/6时 右第一项可略
*** 颗粒床层简化模型常用的有一维、二维和三维模型， 这些模型都是将流体通过固定床层的流动进行了大量的 简化，因此所得到的数学模型只能在一定范围内反映事 物的规律。随着科学技术的发展，特别是数学理论的发 展，一些新的在更大程度上能反映流动规律的模型相继 问世。如流体流过一个颗粒表面，当流速较小时颗粒后 面的流体运动是定常的，当流速大到一定程度会发生边 界层分离现象，颗粒后面的流体运动变为湍流运动， 这就属于数学中的混沌现象， 由此建立的混沌模型就 比较复杂。又如固定床层中的颗粒通常看成球形，对于 非球形颗粒通常用平均半径来表示，当考虑颗粒的具体 的不规则形状时，就可能出现非整数维数，由此建立的 数学模型也就很复杂了。但在工程上使用最广、最成熟 的是一维模型。介绍床层的一维简化模型。
1.表格式：表1 石英砂的筛分数据
编号 筛号范围 平均粒径dp， 质量分数 mm x 9/10 10/12 12/14 14/16 16/20 20/24 24/28 1.816 1.524
筛上粒子的 d
筛孔尺寸 d， mm 1.651（10号） 1.397 （12号） 1.168 （14号） 0.991 （16号） 0.833 （20号） 0.701 （24号） 0.589 （28号）
化工原理第三章机械分离
三力平衡时，得
所以
— 离心沉降速度
在层流区（10-4<Rer<1）， 所以
而
所以
— 离心分离因数
二、旋风分离器
1. 结构 2．原理：颗粒离心沉降到内壁后，靠重力沿内壁落入灰斗。 3. 临界粒径：能完全分离下来的最小粒径。 假定：
(1) 颗粒平均切向速度等于进口气体平均速度ui (2) 气体入器后仍以入口形状沿园简旋转Ne圈，离心沉降距离为B。
a S 6 Vd
（2）非球形颗粒
令
Vp
6
de3
S4r2d2
— 比表面积，m2 / m3
则
de
3
6V p
— （体积）当量直径
1．形状系数（形状）
(1) 定义
形状系数（球形度）：颗粒当量表面积与其实际表面积之比，即
(1) 球形颗粒 (2) 非球形颗粒
二、颗粒群的特性
1．粒度分布（粒径分布）
(1) 定义：不同粒径范围内所含粒子的个数或质量
6．型式（类型）
标准型，图3-8
CLT/A型，图3-12
CLP/A、CLP/B 型，图3-13
扩散型，图3-14
7. 选择
物性
形式（类型）
生产能力
型号
允许压力降
三、旋液分离器
结构和原理与旋风分离器相似，旋液分离器的结构特点是直径小而圆锥部分长，而且旋液分离 器应采用耐磨材料制造或采用耐磨材料做内衬以延长使用期限。
均匀悬浮液 四区（清液区、等浓区、变浓区、沉聚区） 等浓区消失 变浓区消失 沉 聚区压紧。见图3-7。 五、分级器：利用重力沉降来分离悬浮液中不同密度或不同粒度的粒子的设备。
第三节 离心沉降
一、离心沉降速度 设某个球形颗粒在流体中自由离心沉降，则该颗粒在径向所受力有： 惯性离心力
化工原理：第三章 机械分离
(非均相混合物的分离)
1
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3-1 引言
一、机械分离 通过机械力（重力、离心力或压差）分离
非均相混合物的单元操作。 二、机械分离的目的及重要性 1. 使原料得到提纯和净化 2. 获得中间产品或成品 3. 回收有用物质 4. 机械分离在环境保护方面具有重要的作用 三、机械分离的常用方法 1. 筛分 2. 沉降 3. 过滤
因为沉降依据的有重力或离心力，
重力沉降 所以沉降又可分为
离心沉降
3
返回
（一）重力沉降原理—沉降速度
一 固体颗粒在流体中的沉降运动
1．颗粒沉降运动中的受力分析
d，s的球形颗粒
(1) 作用力
重力
6
d3sg
离心力
6
d
3 s ar
6
d 3s
ut2 r
4
返回
(2) 浮力 重力场 d 3g
6
(3)阻力
离心力场 d 3 ut2
都能提高除尘室的分离效率
对气体p
pM RT
,Vs
ms
21
返回
三 离心沉降设备
重力沉降的不足与离心沉降的优势
设备体积小而分离效率高
3-9．旋风分离器
一、构造与工作原理
圆筒、圆锥、矩形切线入口
气流获得旋转 向下锥口 向上，气芯
顶部中央排气口
22
返回
颗粒器壁滑落 各部分尺寸——按比例 (见教材) 二、旋风分离器的主要性能 1、分离性能——评价分离性能的两种不同方式有
② 作用力的方向不同 重力沉降 方向指向地心
离心沉降 方向沿旋转半径从中
心指向 ur 的方向
③ 重力沉降速度是颗粒运动的绝对速度
考研 化工原理 必备课件第三章 机械分离与固体流态化
考研化工原理必备课件第三章机械分离与固体流态化.txt25爱是一盏灯，黑暗中照亮前行的远方；爱是一首诗，冰冷中温暖渴求的心房；爱是夏日的风，是冬日的阳，是春日的雨，是秋日的果。
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第三章机械分离与固体流态化3.1 颗粒及颗粒床层的特性 3.2 3.3 3.4 3.5 沉降过程过滤离心机固体流态化3.1颗粒及颗粒床层的特性（1）床层空隙率ε固定床层中颗粒堆积的疏密程度可用空隙率来表示，其定义如下：ε=空隙体积床层体积V ? 颗粒所占体积v v = = 1? 床层体积床层体积V Vε的大小反映了床层颗粒的紧密程度，ε对流体流动的阻力有极大的影响ε↓, ∑ h f ↑。
ε < 1。
3.1颗粒及颗粒床层的特性（2）床层自由截面积分率AA0 =。
A 流动截面积床层截面积A-颗粒所占的平均截面积A P = = 1? P 床层截面积床层截面积A A空降率与床层自由截面积分率之间有何关系？假设床层颗粒是均匀堆积（即认为床层是各向同性的)。
想象用力从床层四周往中间均匀压紧，把颗粒都压到中间直径为长为L的圆柱中（圆柱内设有空隙）。
ε = 1?v ?D ? = 1? 4 = 1? ? 1 ? π 2 V ?D? D L 4πD1 L222 D12 AP ? D1 ? 4 A0 = 1 ? = 1? = 1? ? ? π 2 A ?D? D 4π所以对颗粒均匀堆积的床层(各向同性床层），在数值上ε = A03.1颗粒及颗粒床层的特性(3)床层比表面aB = 颗粒表面积S 床层体积V颗粒比表面S aB ， = 1a=颗粒表面积S 颗粒体积V取V =的床层考虑， 1m3a=S S = v 1? εaB = a(1 ? ε ) * 所以此式是近似的，在忽略床层中固颗粒相互接触而彼此覆盖使裸露的颗粒表面积减少时成立。
化工原理第三章 机械分离
2.564m
2）理论上能完全分离的最小颗粒尺寸
Vs 2.564 u0 0.214m / s BL 2 6
用试差法由u0求dmin。
假设沉降在斯托克斯区
2018/9/20
d min
18u0 18 3.4 10 5 0.214 5.78 10 5 m 4000 0.5 9.807 s g
附录查得，20℃时水的密度为998.2kg/m3,μ=1.005×10-3Pa.s
2018/9/20
u0
95 10 3000 998.2 9.81
6 2
18 1.005 103
9.797 10 3 m / s
核算流型
6 3 95 10 9 . 797 10 998.2 Re0 0.9244＜1 3 1.005 10
Vs BLu0
——降尘室的生产能力
降尘室的生产能力只与降尘室的沉降面积BL和颗粒的沉 降速度u0有关，而与降尘室的高度H无关。
2018/9/20
3、降尘室的计算
设计型 已知气体处理量和除尘要求，求 降尘室的计算 降尘室的大小
操作型 用已知尺寸的降尘室处理一定量 含尘气体时，计算可以完全除掉 的最小颗粒的尺寸，或者计算要 求完全除去直径dp的尘粒时所能处 理的气体流量。
一、沉降速度
第三章 机械分离
第一节 重力沉降
1、球形颗粒的自由沉降 2、阻力系数 3、影响沉降速度的因素 4、沉降速度的计算 5、分级沉降
二、降尘室
1、降尘室的结构 2、降尘室的生产能力
2018/9/20
均相混合物 物系内部各处物料性质均一而且不 存在相界面的混合物。 混合物 例如：互溶溶液及混合气体
化工原理 第三章 非均相物系的分离和固体流态化.
' 4.17 0.29
Reb
pf L
1 2 a2u
4.17
3
1 au2
0.29 3
6 a
sde
pf L
1 2 u 150 3 sde 2
1 u2
1.75
3 sde
Reb
3
pf L
1 2 u 150 3 sde 2
Reb
100
pf L
1 u2 1.75 3 sde
第三章 非均相物系分离和固体流态化
目的→基于流体 力学（颗粒与流 体间的相对运 动），掌握非均 相物系的机械分 离方法、过程计 算及其典型设备 的结构、特性和 选型。
非均相物系 概念
颗粒和颗粒床层特性
非均相物系的
沉降
分离和固体流 机械分离
态化
过滤
固体流态化
概念－非均相物系
1. 非均相物系 ① 非均相物系
均相混合物 （均相物系）
溶液与混合气体
混合物
分散物质 固体颗粒、液滴或气泡
非均相混合物 （分散相）
（非均相物系） 分散介质 气态非均相物系（含尘气体）
（连续相） 液态非均相物系（悬浮液）
概念－非均相物系
② 非均相物系的分离方法 沉降→颗粒相对于流体(静止或运动)运动而实现悬 浮物系分离，作用力是重力或离心力。
1/100 0.0042 0.0058 in或147 μm
概念－颗粒
② 颗粒群的平均粒径 颗粒群的平均粒径→常用平均比表面积直径，即Sauter直径。
k
da2
6
da3
ni di2
i 1
k i 1
ni
6
di3
xi K nisdi3
化工工艺学第三章机械分离
化⼯⼯艺学第三章机械分离第三章机械分离本章学习指导1．本章学习⽬的通过本章学习能够利⽤流体⼒学原理实现⾮均相物系分离（包括沉降分离和过滤分离），掌握过程的基本原理、过程和设备的计算及分离设备的选型。
建⽴固体流态化的基本概念。
2．本章重点掌握的内容（1）沉降分离（包括重⼒沉降和离⼼沉降）的原理、过程计算和旋风分离器的选型。
（2）过滤操作的原理、过滤基本⽅程式推导的思路，恒压过滤的计算、过滤常数的测定。
（3）⽤数学模型法规划实验的研究⽅法。
本章应掌握的内容（1）颗粒及颗粒床层特性（2）悬浮液的沉降分离设备本章⼀般了解的内容（1）离⼼机的类型与应⽤场合（2）固体流态化现象（包括⽓⼒输送）3．本章学习中应注意的问题本章从理论上讨论颗粒与流体间相对运动问题，其中包括颗粒相对于流体的运动（沉降和流态化）、流体通过颗粒床层的流动（过滤），并借此实现⾮均相物系分离、固体流态化技术及固体颗粒的⽓⼒输送等⼯业过程。
学习过程中要能够将流体⼒学的基本原理⽤于处理绕流和流体通过颗粒床层流动等复杂⼯程问题，即注意学习对复杂的⼯程问题进⾏简化处理的思路和⽅法。
4．本章教学的学时数分配知识点3-1 授课学时数1 ⾃学学时数2知识点3-2 授课学时数3 ⾃学学时数6知识点3-3 授课学时数3 ⾃学学时数6知识点3-4 授课学时数1 ⾃学学时数2参考书籍（1）柴诚敬，张国亮.化⼯流体流动与传热.北京:化学⼯业出版社,2000（2）陈维枢主编.传递过程与单元操作.上册.浙江:浙江⼤学出版社,1993（3）陈敏恒等,化⼯原理(上册).北京:化学⼯业出版社,1999（4）机械⼯程⼿册编辑委员会.机械⼯程⼿册(第⼆版),通⽤设备卷.北京:机械⼯业出版社,1997（5）⼤连理⼯⼤学化⼯原理教研室.化⼯原理,上册.辽宁:⼤连理⼯⼤学出版社,1993 （6）时钧等.化学⼯程⼿册,上卷.2版.北京:化学⼯业出版社,1996（7）McCabe W. L. and Smith. J. C. Unit Operations of Chemical Engineering. 5th. ed. New York: McGraw Hill,1993（8）Foust A. S. and Wenzel. L.3.1本章概述⼀．混合物的分类⾃然界的⼤多数物质为混合物。
化工原理 第3章 机械分离与固体流态化
降尘室
自由沉降 流体通过颗粒床层流动
颗粒相对于流体运动
3.1.2 颗粒与颗粒群的特性
（1）颗粒的特性
----分离固体颗粒群 球形颗粒 大小（粒径） 直径dp 非球形颗粒 当量直径，如体积当量直径 deV
1
形状 表面积
球形度
与颗粒体积相等的球的 表面积 颗粒的表面积
对于球形颗粒，φs=1，颗粒形状与球形的差异愈大，球形度φs值愈低。 对于非球形颗粒，雷诺准数Ret中的直径要用当量直径de代替 。
6 de Vp
3
de 3
6
VP
颗粒的球形度愈小，对应于同一Ret值的阻力系数ξ愈大 但φs值对ξ的影响在层流区并不显著，随着Ret的增大，这种影响变大。
ut
95 10 3000 998.2 9.81
6 2
核算流型
18 1.005 10
3
9.797 103 m / s
0.9244 ＜1
Re t
dut
95 10 6 9.797 10 3 998.2 1.005 10 3
6 6 4 2
ut
4dg( s ) 3
——沉降速度表达式
（3）阻力系数ξ 通过因次分析法得知，ξ值是颗粒与流体相对运 动时的雷诺数Ret的函数
f (Ret , )
颗粒沉降的阻力系数与雷诺数的关系
对于球形颗粒的曲线，按Ret值大致分为三个区： a) 层流区或托斯克斯(stokes)定律区（10 –4＜Ret<1）
Ret＞1
例3-1：试计算直径为95μm，密度为3000kg/m3的固体颗粒分别在20℃的水中的 自由沉降速度。
第三章 机械分离与固体流态化练习题
化工原理单元练习（三）（第三章机械分离与固体流态化）班级学号姓名一、填空题1、描述单个非球形颗粒的形状和大小的主要参数为、。
2、固体颗粒在气体中自由沉降时所受的力有力、力和力。
固体颗粒的自由沉降分为阶段和阶段。
3、沉降速度是指，此速度亦称为速度。
4、在斯托克斯定律区，颗粒的沉降速度与流体黏度的次方成反比，在牛顿定律区，颗粒的沉降速度与流体黏度的次方成反比。
5、降尘室的设计原则是时间大于等于时间。
6、理论上降尘室的生产能力与和有关，而与无关。
7、分离因数的定义式为。
如果颗粒在离心力场内作圆周运动，其旋转半径为0.2m，切线速度为20m/s，则其分离因数为。
8、选用旋风分离器时主要依据是、、。
9、旋风分离器的分割粒径d50是。
10、描述固体颗粒床层特性的主要参数有、、和。
11、过滤方式主要有、和。
12、板框过滤机由810m m×810m m×25mm的20个框组成，则其过滤面积为。
13、板框过滤机处理某悬浮液，已知过滤终了时的过滤速率EddV⎪⎭⎫⎝⎛θ为0.04m3/s，现采用横穿洗涤法洗涤10min，洗涤时操作压力差与过滤时相同，洗水和滤液为相同温度的水，则洗涤速率WddV⎪⎭⎫⎝⎛θ为，所消耗的洗水体积为。
14、用38个635m m×635m m×25mm的框构成的板框过滤机过滤某悬浮液，操作条件下的恒压过滤方程为：θ4210306.0-⨯=+qq，式中q的单位为m3/m2，θ的单位为s。
则过滤常数K= ，V e= 。
15、用叶滤机过滤固含量10%（体积分数）的某悬浮液，已知形成的滤饼的空隙率为50%，则滤饼体积与滤液体积之比υ= 。
16、根据分离因数可将离心机分为、和。
17、流体通过固体颗粒床层时，当气速大于速度、小于速度时，固体颗粒床层为流化床。
18、流化床的两种流化形式为和。
19、流化床的不正常现象有和。
20、气力输送按气流压力分类，可分为和。
按气流中固相浓度分类，可分为和。
化工原理 第三章 机械分离自测题
第三章非均相物系的分离自测题一．填空或选择1．固体粒子的沉降过程分__ __阶段和___ _阶段。
沉降速度是指___ _阶段颗粒相对于___ _的速度。
2．在重力场中，固粒的自由沉降速度与下列因素无关（）A）粒子几何形状 B）粒子几何尺寸 C）粒子及流体密度 D）流体的流速3．在降尘室中除去某粒径的颗粒时，若降尘室高度增加一倍，则颗粒的沉降时间____，气流速度____，生产能力____。
4．在斯托克斯区，颗粒的沉降速度与其直径的____次方成正比，而在牛顿区，与其直径的 .次方成正比。
5．沉降雷诺准数Ret越大，流体粘性对沉降速度的影响____。
6．一球形石英粒子在空气中作滞流自由沉降。
若空气温度由20℃提高至50℃，则其沉降速度将____。
7．降尘室操作时，气体的流动应控制在____区。
8．含尘气体通过长4m、宽3m、高1m的降尘室，颗粒的沉降速度为0.03m/s，则降尘室的最大生产能力为____m3/s。
9．降尘室内，固粒可被分离的条件是____。
10．理论上降尘室的生产能力与____和____有关，而与____无关。
11．在降尘室内，粒径为60μm的颗粒理论上能全部除去，则粒径为42μm的颗粒能被除去的分率为____。
（沉降在滞流区）12．在离心分离操作中，分离因数是指____。
某颗粒所在旋风分离器位置上的旋转半径R＝0.2m，切向速度uT=20m/s，则分离因数为____。
13．选择旋风分离器的依据是：____、____、____。
14．化工生产中，除去气体中尘粒的设备有____、____、____、____等。
15．旋风分离器的分离效率随器身____的增大而减小。
16．根据分离目的，离心机可分为____、____、____三大类。
17．饼层过滤是指____；深床过滤是指____。
18．工业上应用最广泛的间歇压滤机有____和____，连续吸滤型过滤机为____。
19．用板框压滤机恒压过滤某种悬浮液，其过滤方程式为q2+0.062q=5×10-5θ，式中q的单位为m3/m2，θ的单位为s，则过滤常数值及其单位为：K＝__ __，qe ＝__ __，θe＝__ __。
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[1] 常见的间歇过滤机有_______和______；连续过滤机有______。
(A)板框过滤机，回转真空过滤机，叶滤机
(B)板框过滤机，叶滤机，回转真空过滤机
(C)叶滤机，回转真空过滤机，板框过滤机
(D)明流式板框过滤机，暗流式板框过滤机，叶滤机
[2] 颗粒床层的固体颗粒直径小,则床层的比表面积( )。
(A)小
(B)大
(C)与颗粒直径无关
(D)或大或小
[3] 降尘室的生产能力只与降尘室_____和_____有关，而与_____无关。
(A)长度、宽度、高度
(B)长度、高度、宽度
(C)宽度、高度、长度
(D)宽度、长度、面积
[4] 颗粒的沉降速度不是指 ______。
(A)等速运动段颗粒降落的速度
(B)加速运动段任一时刻颗粒的降落速度
(C)加速运动段结束时颗粒的降落速度
(D)重力减去浮力与流体阻力平衡时颗粒的降落速度
[5] 在横穿洗法的板框压滤机中，最终的过滤速率是洗涤速率的_______。
(A)一倍
(B)一半
(C)四倍
(D)四分之一
[6] 助滤剂应具有以下特性_______。
(A)颗粒均匀，柔软，可压缩。
(B)颗粒均匀，坚硬，不可压缩。
(C)颗粒分布广，坚硬，不可压缩。
(D)颗粒均匀，可压缩，易变形。
[7] 在讨论旋风分离器分离性能时，临界直径这一术语是指_______。
(A)旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径
(B)旋风分离器允许的最小直径
(C)旋风分离器能够全部分离出来的最小颗粒的直径
(D)能够保持层流时的最大颗粒直径
[8] 在恒压过滤操作中，忽略过滤介质的阻力，且过滤面积恒定，则所得的滤液量与过滤时间的_____次方成正比，而对一定的滤液量则需要的过滤时间与过滤面积的______次方成反比。
(A)1/2 ,2
(B)2 ,1/2
(C)1 ,1/2
(D)1/2 ,1
[9] 回转真空过滤机中,是______部件使过滤室在不同部位时能自动地进行相应不同的操作。
(A)分配头
(B)转筒本身
(C)随转鼓转动的转动盘
(D)与转动盘紧密接触的固定盘
[10] 颗粒床层的固体颗粒直径小,则床层的空隙率( )。
(A)小
(B)大
(C)与颗粒直径无关
(D)不确定
[11] 离心沉降速度是( )。
(A)颗粒运动的绝对速度
(B)径向速度
(C)切向速度
(D)气流速度
[12] 采用置换洗法的板框压滤机洗涤速率与恒压过滤最终速率相等的规律只有在以下条件下才成立______。
(A)过滤时的压差与洗涤时的压差相同。
(B)滤液的粘度与洗涤液的粘度相同。
(C)过滤压差与洗涤压差相同且洗涤液粘度与滤液粘度相同。
(D)洗水穿过的滤饼厚度等于过滤时滤液所穿过的厚度。
[13] 滤液在滤饼层中的流动属于( )流动。
(A)层流
(B)湍流
(C)过渡流
(D)不确定
[14] 回转真空过滤机的转速越快，单位时间所获得的滤液量就越_____，形成的滤饼层厚度就越_____，过滤阻力越______。
(A)少，薄，小
(B)少，厚，大
(C)多，薄，小
(D)多，薄，大
[15] 颗粒在流体中沉降,其沉降速度是( )速度。
(A)加速度最大时的
(B)最大的下降
(C)最小的下降
(D)流体的流动
[16] 固体颗粒在流体中运动,所受的阻力是( )。
(A)表皮阻力
(B)形体阻力
(C)表皮阻力和形体阻力
(D)
[17] 非球形颗粒的球形度( )。
(A)大于1
(B)等于1
(C)小于1
(D)或大于1或小于1
[18] 回转真空过滤机每通过过滤区、洗涤脱水区、吹松区和卸渣区这四个区域，就完成一个周期,这是转筒这一部件使过滤室不同部位能自动进行不同的操作。
×
[19] 旋液分离器的直径常常比旋风分离器要小，其原因在于固、液密度差比固气密度差要小。
√
[20] 在一般过滤操作中，实际上起到主要介质作用的是滤饼层，而不是过滤介质本身。
√
[21] 在生产上一般不采用大直径的旋风分离器,而采用小直径旋风分离器组,主要是为了降低设备投资。
( × )
[22] 斯托克斯定律只适用于层流区。
( √ )。