离心沉降速度与重力沉降速度的比较
环境工程原理期末复习资料 河南工业大学
1、管路分为简单管路（①、通过各管路的质量流量不变；②、整个管路阻力损失等于各管路阻力损失之和。
）和复杂管路，复杂管路包括分支管路（①、总管流量等于各支管流量之和；②、主管段内各段流量不同，阻力损失需分段加以计算；③、机械能守恒。
）和并联管路（①、总流量等于各支管流量之和；②、各支管中阻力损失相等；③、各支管的流量依据阻力损失相同的原则进行分配。
）。
2、流量计包括测速管（毕托管）（测得的是点速度）、孔板流量计（固定安装，阻力损失较大）、文丘里流量计（比孔板流量计减少了机械能损失），转子流量计（必须垂直安装，流体自上而下流动）。
3、热量传递包括热传导、对流传热、辐射传热。
4、导热系数：①、气体导热系数很小，利于绝热保温，随温度和压强的升高而升高。
②、水的导热系数最大，常用做导热介质。
液体（除水和甘油外）导热系数随温度的升到而减小，压力影响不大。
③、固体：金属的λ选大于非金属的λ；金属有杂质，λ减小；纯金属λ随温度升高而减小，合金λ随温度升高增大；晶体λ随温度升高而减小，非晶体λ随温度升高而增大。
5、环境工程中常见的传质过程有：吸收、萃取、吸附、离子交换、膜分离。
6、重力沉降和离心沉降的比较：区别：①、重力沉降的动力是重力，沉降方向向下，沉降速度恒定，沉降的加速度为重力加速度；②、离心沉降的动力是离心力，沉降方向向外，沉降的速度与半径有关，是变化的，沉降的加速度为离心加速度。
联系：离心分离因数，是离心分离设备的重要指标，表示离心沉降速度较沉降速度可以提高的倍数。
7、过滤可以分为：表面过滤（滤饼过滤）和深层过滤。
8、表面过滤与深层过滤的比较：区别：①、表面过滤的条件是颗粒物浓度高，滤速慢，虑饼易形成，过滤的介质是织布或多孔固体，过滤介质的孔一般比颗粒物的粒径小，有效过滤介质主要是虑饼，实际应用于真空过滤机、板框式压滤机、慢滤池、袋滤器。
②、深层过滤的条件是颗粒物浓度底，滤速快，过滤介质是固体颗粒，过滤介质的空隙大于颗粒物粒径，有效的过滤介质是固体颗粒，实际应用于快滤池。
离心
旋风分离器的型式
• 目前旋风分离器已定型化，如CLT， CLT/A，CLP/A，CLP/B，CLK型等。 一般型式的代号为：C — 除尘器， L — 离心，T — 筒式，P — 旁路式， T P K — 扩散式，A、B为产品代号。其 性能见表。
CLT/A型
• 这是具有倾斜螺旋面进口的 旋风分离器，结构如图。气 流进口管与水平面呈15°角， 并带有螺旋型导向顶盖，以 防止向上气流碰到顶盖时形 成上部涡流，从而使部分灰 尘被此气流夹带沿排气管外 壁下降时，由排气管排出， 其阻力系数ζ=5.0～5.5。
旋风分离器的性能
• (1)含尘气体处理量 含尘气体处理量：旋风分离器的处理量除 含尘气体处理量 与其进口宽度B和高度h有关外，主要由进口 气速ui来确定，气速过高过低均对分离效率不 利，一般在15～25m/s之间，故：VS=uiBh • (2)临界直径 C ： 指理论上能够完全分离出来 临界直径d 临界直径 的最小颗粒直径，为判断旋风分离器分离效率 高低的重要依据之一。假设：气体在旋风分离 器中有规则地旋转Ne圈，旋转的平均半径为 Rm ， 切 向 速 度 恒 等 于 进 口 气 速 ， 即 uT=ui=VS/(hB)；
• 主要结构参数为筒体直径D， 其它尺寸以D为标准。 • 旋风分离器一般用来除去气流 中粒径5µm以上的尘粒，对颗 粒含量高于200g/m3的气体， 由于颗粒的聚集作用，它甚至 能除去3 µm以下的颗粒。 3 µm • 对直径在200 µm以上的颗粒 最好先用重力沉降法除去，以 减小对器壁的磨损； • 对于直径5µm以下的颗粒，除 尘效率很低。
2 4d (ρS − ρ) u T 离心沉降速度：u r = 3ρζ R
分离因数：同一颗粒在同种介质中的离心沉降速度与重力沉 降速度的比值，以Kc表示：
颗粒与流体之间的相对运动
——颗粒密度， ;
——流体密度， ;
——重力加速度 ;
——阻力系数，无因次， ——球形度
综合实验结果，上式为表面光滑的球形颗粒在流体中的自由沉降公式。
滞留区 斯托克斯公式
过渡区 艾仑公式
湍流区 牛顿公式
该计算公式（自由沉降公式）有两个条件：
1.容器的尺寸要远远大于颗粒尺寸（譬如100倍以上）否则器壁会对颗粒的沉降有显著的阻滞作用，（自由沉降—是指任一颗粒的沉降不因流体中存在其他颗粒而受到干扰。自由沉降发生在流体中颗粒稀松的情况下，否则颗粒之间便会发生相互影响，使沉降的速度不同于自由沉降速度，这时的沉降称为干扰沉降。干扰沉降多发生在液态非均相系的沉降过程中。）
等浓度Ｂ区消失后，ＡＣ界面以逐渐变小的速度下降，直至Ｃ区消失，此时在清液区与沉聚区之间形成一层清晰的界面，即达到“临界沉降点”,此后便属于沉聚区的压紧过程。Ｄ区又称为压紧区，压紧过程所需时间往往占沉聚过程的绝大部分。
通过间歇沉降实验，可以获得表观沉降速度 与悬浮液浓度及沉渣浓度与压紧时间的二组对应关系数据，作为沉降槽设计的依据。
第三章颗粒与流体之间的相对运动
一、前言：(本章:本质上讲:属于流体流动过程,从方法或手段上讲:属于非均相分离过程,下册讲的蒸馏、吸收、萃取等单元操作都是均相分离过程)。
1、相：体系中具有相同组成，相同物理性质和相同化学性质的均匀物质。相与相之间有明确的界面。
例如：气、液、固称为三态，每一态又称为一相。再例如：空气（或溶液）虽是混合物，但由于内部完全均匀，所以是一个相。水和冰共存时，其组成虽同是 ，但因有不同的物理性质，所以是两个相；水、冰和蒸汽共存时是三个相。两块晶体相同的硫磺是一个相，两块晶体不同的硫磺（如斜方硫和单斜硫）是两个相。
离心沉降
ηo=Σxiηpi Σ
分割粒径
• • • • • 粒级效率等于50％的颗粒直径 分割粒径 分割粒径) 粒级效率等于 ％的颗粒直径(分割粒径 对于标准旋风分离器 d50=0.27[µD/[ui(ρs-ρ)] µ ρ ρ 曲线。 ηP~d/d50曲线。 标准型旋风分离器，型号相同， 标准型旋风分离器，型号相同，结构尺 寸比例相同的旋风分离器可以用同一条 曲线。 曲线。
一、离心沉降速度 离心沉降速度
连续相运动方向
Fb Fd
Fu 颗粒沉降方向
• 假设，颗粒密度ρS , kg/m3, 颗粒直径d , m , 假设，颗粒密度ρ 颗粒直径d • 流体密度ρ 流体密度ρ , kg/m3 , • 颗粒在静止流体中流动。 颗粒在静止流体中流动。 惯性离心力作用下实现的沉降过程称为离心沉降。 颗粒受到三个力
旋风分离器类型 XLT/A型 XLP/B型 XLK型(扩散式)
旋液分离器 旋液分离器又称水力旋流器，是利用离心沉 降原理从悬浮液中分离固体颗粒的设备，它的结 构与操作原理和旋风分离器类似。
4、旋风分离器性能 旋风分离器性能
• 主要指标： 主要指标： • 尘粒从气流中的分离效果 • 气流经过旋风分离器的压强降
(1) 临界粒径
• 指旋风分离器能分离下来的最小粒径， 指旋风分离器能分离下来的最小粒径， 用于判断分离器的效率高低。 用于判断分离器的效率高低。 • 假设： 假设： • 在旋风分离器中，气流按螺旋路线等速 在旋风分离器中， 运动，其切向速度等于进口气速ui， 运动，其切向速度等于进口气速 ， • 颗粒穿过整个气层厚度 ，到达器壁被分 颗粒穿过整个气层厚度B， 离， • 颗粒在滞流情况下作自由离心沉降
平衡时颗粒在径向上相对于流体的运动速 度ur便是它在此位置上的离心沉降速度：
离心沉降速度旋风分离器操作原理旋风分离器的
8VS ' D2
9 D
dc
4
N S
8VS ' D2
D 3 32SVS 'dc2 0.695m 9
校核ΔP
ui
8VS ' D2
8 1.08 0.6952
17.9m /
s
或P者从 维u2持i 2指定8的.0 最0大.4允3许21压7.降9数2 值 5为5前0P提a ，求7得00每Pa台 旋
进气管截面积 AB D D D2 0.076m2 24 8
每个旋风分离器的气体处理量为：
VS' ABui 0.076 20.2 1.535m3 / s
含尘气体在操作状况下的总流量为：
VS
5500 273 500 7600 273
4.32m3
/s
所需为旋满风足分规离定器的的气台体数处为理：量n 、VV压SS'强降2.及8 分离效率三项指
个数。
步骤： a) 根据具体情况选择合适的型式，选型时应在高效率与
地阻力者之间作权衡，一般长、径比大且出入口截面小的设 备效率高且阻力大，反之，阻力小效率低。
b) 根据允许的压降确定气体在入口的流速ui c) 根据分离效率或除尘要求，求出临界粒径dC d) 根据ui和dc计算旋风分离器的直径D e) 根据ui与D计算旋风分离器的处理量，再根据气体流量 确定旋风分离器的数目。
标，需要直径不大于0.78m的标准分离器至少三台，为了 便于安排，现采用四台并联。 校核压力降与分离效率
四台并联时，每台旋风分离气分摊的气体处理量为：
Vs '
Vs 4
1.08m3 / s
化工原理习题第三章 过滤 习题3
三非均相物系分离沉降速度计算3.1 计算直径为1mm的雨滴在20℃空气中的自由沉降速度。
应用Stokes方程计算液体粘度3.2 将直径为6mm的钢球放入某液体中，下降距离位200mm时，所经历时间为7.32秒，此液体密度为1300[Kg/m3],钢球密度为7900[Kg/m3]，求此液体粘度为多少厘泊？降沉室的计算,设计型3.3 欲用降尘室净化温度为20℃、流量为2500(m3/h)的常压空气,空气中所含灰尘的密度为1800(kg/m3),要求净化的空气不含有直径大于10μm的尘粒,试求所需沉降面积为多大?若降尘室的底面宽2m,长5m,室内需要设多少块隔板?3.4用一多层降沉室除去炉中的矿尘。
矿尘最小粒径为8μm,密度为4000[kg/m3 ]。
降尘室内长4.1m,宽1.8m,高4.2m。
气体温度为427℃,粘度为3.4×10 -5 [N·S/ m2 ],密度为0.5[kg/m3 ],若每小时的炉气量为2160标准m3 ,试确定降尘室内隔板的间距及层数? (沉降处于斯托克斯定律区)3.5 用一截面为矩形的沟槽从炼油厂的废水中分离其中油滴，拟回收直径为2mm以上的油滴，槽宽为4.5m，深度为0.8m；在出口端除油后的水可不断从下部排出，而汇聚成层的油则从顶部移出。
油的密度为870[Kg/m3]，水温为20℃，每分钟处理废水为26m3,求所需槽的长度。
降沉室计算,操作型3.6 降沉室高2m、宽2m、长5m，用于矿石焙烧炉的降尘。
操作条件下气体的流量为25000[m3/h]；密度为0.6[kg/m3],粘度为0.03cP,固体尘粒的密度为4500[kg/m3 ]，求此降沉室能除去最小颗粒直径?并估计矿尘中直径为50μｍ的颗粒能被除去的百分率？3.7 气流中悬浮某种球形微粒，其中最小微粒为10μm,沉降处于斯托克斯区。
今用一多层隔板降尘室分离此气体悬浮物,已知降尘室长10m,宽5m,共21层,每层高100mm。
食品工程原理 2.
颗粒的特性
表述颗粒特性的主要参数为颗粒的形状、大小（体积）和 表面积。
单一颗粒特性 ➢ 球形颗粒——直径（粒径）
V d3
6
S d 2
6
d
➢ 非球形颗粒——当量直径、形状系数
1、体积当量直径（de）
6V
dev 3
2、形状系数（球形度）（φs）
s
S Sp
3、非球形颗粒的特性参数
➢ 滞流区（Ret<1）
24
=
Ret
➢ 过渡区（1＜Ret<500）
18.5
= Re0t .6
➢ 湍流区（500＜Ret ＜ 2×105） = 0.44
➢ 滞流区或斯托克斯(stokes)定律区（Ret<1）
24 Ret
ut
d2
s 18
g
——斯托克斯公式
➢ 过渡区或艾伦定律区（Allen）（1＜Ret<500）
非均相物系
分散相 分散物质
处于分散状态的物质 如：分散于流体中的固体颗粒、 液滴或气泡
连续相 分散相介质
包围着分散相物质且处于连续 状态的流体 如：气态非均相物系中的气体
液态非均相物系中的连续液体
在两相物系中，不论作为连续相处于静止还是作某 种运动，只要分散相的密度与连续相密度存在差异，那 么在重力场中,分散相与连续相将在重力方向上做相对运 动，在离心力场中，则在径向上相对运动。
沉降室长度： L=DHu/ut=0.45×0.5/0.136=1.65m 取L=1.8m，降尘室宽度：
B=qv/[(n+1)DHu]=1.23/(4×0.45×0.5)=1.37m 取B=1.4m。室内烟气实际流速：
u=qv/[(n+1)DHB]=1.23/(4×0.45×1.4)=0.488m/s 该降尘室能捕集的最小粒径：
环境工程原理
1.简述土壤污染治理的技术体系。
2.简述废物资源化的技术体系3.简述沉降分离的原理、类型和各类型的主要特征。
原理：将含有颗粒物的流体（水或气体）置于某种力场（重力场、离心力场、电场或惯性场等）中，使颗粒物与连续相的流体之间发生相对运动，沉降到器壁、器底或其他沉积表面，从而实现颗粒物与流体的分离。
4.比较重力沉降和离心沉降的主要区别。
与重力沉降相比，离心沉降有如下特征：①沉降方向不是向下，而是向外，即背离旋转中心②由于离心力随旋转半径而变化，致使离心沉降速率也随颗粒所处的位置而变，所以颗粒的离心沉降速率不是恒定的，而重力沉降速率则是不变的。
③离心沉降速率在数值上远大于重力沉降速率，对于细小颗粒以及密度与流体相近的颗粒的分离，利用离心沉降要比重力沉降有效得多。
④离心沉降使用的是离心力而重力沉降利用的是重力5.表面过滤与深层过滤的主要区别是什么？各自的定义？表面过滤: ①过滤介质的孔一般要比待过滤流体中的固体颗粒的粒径小②过滤时固体颗粒被过滤介质截留，并在其表面逐渐积累成滤饼③此时沉积的滤饼亦起过滤作用，又称滤饼过滤④通常发生在过滤流体中颗粒物浓度较高或过滤速度较慢的情况。
深层过滤：①利用过滤介质间空隙进行过滤②通常发生在以固体颗粒为滤料的过滤操作中③滤料内部空隙大于悬浮颗粒粒径④悬浮颗粒随流体进入滤料内部，在拦截、惯性碰撞、扩散沉淀等作用下颗粒附着在滤料表面上而与处理技术利用的主要原理主要去除对象客土法隔离法清洗法（萃取法）吹脱法（通气法）热处理法电化学法焚烧法微生物净化法植物净化法稀释作用物理隔离（防止扩散）溶解作用挥发作用热分解作用、挥发作用电场作用（移动）燃烧反应生物降解作用植物转化、植物挥发、植物吸收/固定所有污染物所有污染物溶解性污染物挥发性有机物有机污染物离子或极性污染物有机污染物可降解性有机污染物重金属、有机污染物流体分开 区别：表面过滤通常发生在过滤流体中颗粒物浓度较高或过滤速度较慢的情况，过滤介质的孔一般要比待过滤流体中的固体颗粒的粒径小。
一、离心沉降速度二、旋风分离器操作原理三、旋风分离器的
一、离心沉降速度 二、旋风分离器操作原理 三、旋风分离器的性能 四、旋风分离器的结构型 式与选用
第二节 离心沉降
依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程 离心沉降： 适于分离两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系。 惯性离心力场与重力场的区别
重力场 力场强度 方向 作用力 重力加速度g 指向地心 Fg=mg
例：气体中所含尘粒的密度为2000kg/m3，气体的流量为 5500标m3/h，温度为500℃，密度为0.43kg/m3，粘度为 3.6×10-5Pa.s，拟采用标准形式的旋风分离器进行除尘，要求 分离效率不低于90%，且知相应的临界粒径不大于10μm，要 求压降不超过700Pa，试决定旋风分离器的尺寸与个数。 解： 根据允许的压强降确定气体在入口的流速ui
2 d s ut 24 阻力系数 ：层流时 ur R 18 Re 同一颗粒在同一种介质中的离心沉降速度与重力沉降速 2
度的比值为 ： u
2 u r T Kc ut gR
比值Kc就是粒子所在位置上的惯性离心力场强度与重力 场强度之比称为离心分离因数。 例如；当旋转半径R=0.4m，切向速度ur=20m/s时，求分 离因数i 的颗 粒被分离下来的质量分率
pi
C1i C 2i 100% C1i
粒级效率ηpi与颗粒直径di 的对应关系可通过实测得到， 称为粒级效率曲线。 如图，临界粒径约为 10μm。理论上，凡直 径大于10μm的颗粒， 其粒级效率都应为100% 而小于10μm的颗粒， 粒级效率都应为零，图 中折线obcd。
进口，螺壳形进口、轴向进口等。
主体结构与各部分尺寸比例的优化： 根据流场与颗粒流动规律设计旋风分离器的结构，
沉降分离原理及方法
第二节 沉降分离原理及方法3.2.1 重力沉降一、球形颗粒的自由沉降工业上沉降操作所处理的颗粒甚小，因而颗粒与流体间的接触表面相对甚大，故阻力速度增长很快,可在短暂时间内与颗粒所受到的净重力达到平衡，所以重力沉降过程中，加速度阶段常可忽略不计。
ma F F F d b g =-- 22u AF d ρζ=或a d u d g d g d s s ρπρπζρπρπ3223362466=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--当颗粒开始沉降的瞬间：0=u 因为0=d F a 最大↑u ↑d F ↓a当0=at u u =——沉降速度“终端速度”推导得()ρζρρ34-=s t gd u0=a()ρρπρπζ-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛s g d u d 322624式中：t u ——球形颗粒的自由沉降速度，[]s m ;d——颗粒直径，[]m ; s ρ——颗粒密度，[]3m kg ;ρ——流体密度，[]3m kg ;g ——重力加速度[]2s m ;ζ——阻力系数，无因次， ()et s R f .φζ= s φ——球形度 ps s s=φ综合实验结果，上式为表面光滑的球形颗粒在流体中的自由沉降公式。
滞留区 1Re 104<<-tRe24=ζ ()μρρ182g d u s t -= 斯托克斯公式过渡区 310Re 1<<t 6.0Re5.18=ζ ()27.06.0Re t s tg d u ρρρ-= 艾仑公式湍流区 53102Re 10⨯<<t 44.0=ζ ()ρρρgd u s t -=74.1 牛顿公式μρt t du =Re该计算公式（自由沉降公式）有两个条件：1.容器的尺寸要远远大于颗粒尺寸（譬如100倍以上）否则器壁会对颗粒的沉降有显著的阻滞作用，（自由沉降—是指任一颗粒的沉降不因流体中存在其他颗粒而受到干扰。
自由沉降发生在流体中颗粒稀松的情况下，否则颗粒之间便会发生相互影响，使沉降的速度不同于自由沉降速度，这时的沉降称为干扰沉降。
第三章 沉降
ut
gd p 2 ( p ) 18
2 2 1 3
过渡区（1<Re<500）
4g ( p ) ut dp 225
湍流区（500<Re<105）
ut
3g ( p )d p
ut与dp有关。dp愈大，ut则愈大。 层流区与过渡区中，ut还与流体粘度有关。 液体粘度约为气体粘度的50倍，故颗粒在液体中的沉降速
2)絮凝剂
溶胶：含有颗粒大小会直径小于1μ m的液体。
为了促进细小颗粒絮凝成较大颗粒以增大沉降速度，可往
溶胶中加入少量电解质。
絮凝剂（coagulant）：凡能促进溶胶中微粒絮凝的物质。
常用絮凝剂
明矾、三氧化铝、绿矾（硫酸亚铁）、三氯化铁等。
一般用量为40～200ppm（质量）。
离心沉降（centrifugal settling）
临界粒径dpc（critical particle diameter）：能100％除 去的最小粒径。
即：满足L/u＝H/ut 条件的粒径
当含尘气体的体积流量为Vs时， 则有
u= Vs / Hb
ut≥Vs / lb
或
Vs≤ blut
故与临界粒径dpc相对应的临界沉降速度为
utc=Vs / bl
临界沉降速度utc是流量和面积的函数。
2) 连续相的粘度： 应用：
加酶：清饮料中添加果胶酶，使 ↓→ut↑，易于分离。 增稠：浓饮料中添加增稠剂，使 ↑→ut↓，不易分层。 加热：
3) 两相密度差( p-)：
在实际沉降中： 4) 颗粒形状
非球形颗粒的形状可用球形度s 来描述。
s
S Sp
化工原理第4章
Re t ut d
5.3沉降分离设备
5.3.1重力沉降设备
5.3.2离心沉降设备
5.3.1重力沉降设备
降尘室
降尘室的生产能力
降尘室的生产能力是指降
尘室所处理的含尘气体的体
气体 进口 气体 出口
积流量，用qv表示，m3/s。 降尘室内的颗粒运动
气体
集灰斗 降尘室
L B
u
H
以速度u
随气体流动
FD 3d p u
当流速较高时，Stokes定律不成立。因此，对一 般流动条件下的球形颗粒及其其他形状的颗粒， FD的数值尚需通过实验解决。
（2）曳力（阻力）系数 对球形颗粒， 用因次分析并整理后可得：
FD = F (d p , u, , )
1 2 FD AP u 2
Re P d p u
回顾第1章流体沿固体壁面流过的阻力分为两类：表 皮阻力（即表面摩擦阻力）和形体阻力（边界层分离产 生旋涡），绕流时颗粒受到流体的总曳力:
FD与流体 、 、相对流速 u 有关，而且 受颗粒的形状与定向的影响，问题较为复杂。至 今，只有几何形状简单的少数情况才可以得到FD 的理论计算式。例如，粘性流体对球体的低速绕 流（也称爬流）时FD的理论式即斯托克律 （Stokes）定律为：
计算
例3-3 降尘室除常压炉气中的球形尘粒。降尘室 3 宽和长分别为2m和6m，处理量为1标准 /s，炉气温 -5 度427℃，相应ρ=0.5kg/m3，μ=3.4×10 Pa.s，固体 密度ρS= 400kg/m3，规定气速≤0.5m/s，试求： ①降尘室总高度H； ②理论上能完全分离下来的最小颗粒尺寸； ③粒径为40μm 的颗粒的回收百分率；
m/s
复习题要上1
31.当地大气压为10mH2O，则49kPa(真空度)= mmHg(绝)= at(表)。 33.测量流体流量时，随着流体的流量增加，孔板流量计 中孔板两侧的压差将 ；若改用转子流量计，当流 量增加时转子上下两端的压差将 。 34.密度为ρkg/m3、粘度为μPa.s的流体在内径为di的圆 形直观内流动，则Re= 。当Re< ，流体呈现为 层流（滞流），λ= ，管的速度分布是 型曲线 ，此时管中心处的流速等于平均流速的 倍。 36.流体粘度是流体分子 的宏观表现，粘度的因次 表达式为 ，其中液体的粘度随温度的升高而 。 37.以Pa为单位的柏努利方程表达式为： 。
12.边长为0.5m的正方形通风管道的当量直径为 。
13.在压强恒定的条件下，空气的粘度随温度的降低 而 。 14.当Re为已知时，流体在圆形直管中呈层流时的摩擦 系数λ= 。在粗糙管中呈湍流时，摩擦系数λ 与 、 有关。 15.当流体在圆形直管内的Re=1500时，其速度分布 是 型曲线，其管中心最大流速为平均流速的 倍，摩擦系数λ= 。
38.流体的流动类型分为 、 。若流体在直管 内流动的摩擦系数只与Re有关的，则流体处于 ， 而且摩擦系数的表达式为λ= 。 40.套管有Φ57×2.5mm和Φ25×2.5mm的钢管组成，则 环隙的流通截面积等于 、润湿周边等于 、当 量直径等于 。 41.产品样本上离心泵的特性曲线是在一定的 下， 输送 时的性能曲线。 42.当地大气压强为1at，一设备上压力表的读数为0.1MPa， 其绝对压强为 Kg(f)/cm2。 43.当地大气压强为1at，一设备上真空表的读数为450 mmHg，其绝对压强为 Pa。 44.已知密度为800Kg/m3的油在内径为20mm、长度为L的 圆形直管中稳态流动，其平均流速为0.25m/s，其Re=800、 ΔPf=800Pa，则油的粘度μ= Pa.s，管道中心的流速 = m/s。当油的流量增加一倍，则h = J/Kg。
沉降预过滤复习题答案
第二章 非均相物系分离一、填空题1. 球形颗粒在静止流体中作重力沉降，经历________和_______两个阶段。
沉降速度是指_______阶段，颗粒相对于流体的运动速度。
2. 在滞留区，球形颗粒的沉降速度t u 与其直径的______次方成正比；而在湍流区，t u 与其直径的______次方成正比。
3. 降尘室内，颗粒可被分离的必要条件是_____________________________；而气体的流动应控制在__________________流型。
4. 降尘室内，颗粒可被分离的必要条件是_____________________________；而气体的流动应控制在__________________流型。
5. 在规定的沉降速度t u 条件下，降尘室的生产能力只取决于_____________而与其__________________无关。
6. 除去气流中尘粒的设备类型有__________、___________、__________等。
7. 过滤常数K 是由__________及___________决定的常数；而介质常数e q 与e θ是反映________________的常数。
8. 工业上应用较多的压滤型间歇过滤机有__________与___________；吸滤型连续操作过滤机有________________。
9. 根据分离方式（或功能），离心机可分为__________、________和___________三种基本类型；而据分离因数的大小，离心机可分为__________、________和___________。
10. 过滤操作有________和___________两种典型方式。
二、选择题1. 在重力场中，固体颗粒在静止流体中的沉降速度与下列因素无关的是（ ）。
（A ）颗粒几何形状 （B ）颗粒几何尺寸（C ）颗粒与流体密度 （D ）流体的流速2. 含尘气体通过长4m ，宽3m ，高1m 的降尘室，已知颗粒的沉降速度为0.25m/s ，则降尘室的生产能力为（ ）。
化工原理(王志魁版)---第三章 沉降过程
P
AP
r( V Ve ) r(V Ve )
A
dV
A2P
d r(V Ve )
过滤基 本方程
3-4-2 过滤基本方程式
dV A2P
d r(V Ve )
对可压缩滤饼 r r(P)s
其中r ΄ ：单位压强差下滤饼的比阻，1/m2
p：过滤压强差，Pa
s：滤饼的压缩性指数，s=0~1，不可压缩滤饼s=0
1 当量直径de 2 非稳态过程 3 流动类型：层流
de
4润流湿通周截边面长积
4流通截面积 流道长度 润湿周边长 流道长度
4流道容积 流道表面积
V颗
4V床 颗粒比表面积
de
4 (1 )a
过滤速度：
u1
de 2 (Pc 32l
)
令u为滤液在整个床层截面积上的流速
则u=εu1
u
de2 (Pc) 32l
(4)2 K[(1 )a]2
Pc l
3 Ka2(1 )2
( Pc l
)
对于层流：K´=5
u
3
( Pc )
5a2(1 )2 l
3-4-2 过滤基本方程式
二 过滤速率与过滤速度
过滤速度：
dV
3
Pc
u Ad 5a2(1 )2 ( l )
过滤速率： 单位时间获得的滤液体积，m3/s
dV
3
APc
则Rm=r·Le u dV P P
Ad r(L Le ) (R Rm )
3-4-2 过滤基本方程式
五 过滤基本方程式
令为滤饼体积与相应的滤液体积之比
LA ,则L V
V
A
同样生成厚度为Le的滤饼所应获得的滤液体积为Ve
化工原理沉降与过滤习题及答案
沉降与过滤一章习题及答案一、选择题1、 一密度为7800 kg/m 3 的小钢球在相对密度为的某液体中的自由沉降速度为在20℃水中沉降速度的1/4000,则此溶液的粘度为 设沉降区为层流20℃水密度998.2 kg/m 3粘度为×10-5 Pa ·s;A⋅A 4000 mPa ·s ； ⋅B 40 mPa ·s ； ⋅C Pa ·s ； ⋅D 3382 mPa ·s2、含尘气体在降尘室内按斯托克斯定律进行沉降;理论上能完全除去30μm的粒子,现气体处理量增大1倍,则该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为 ;DA ．m μ302⨯； B;m μ32/1⨯；C;m μ30； D;m μ302⨯3、降尘室的生产能力取决于 ; BA ．沉降面积和降尘室高度；B ．沉降面积和能100%除去的最小颗粒的沉降速度；C ．降尘室长度和能100%除去的最小颗粒的沉降速度；D ．降尘室的宽度和高度;4、降尘室的特点是 ;DA ． 结构简单,流体阻力小,分离效率高,但体积庞大；B ． 结构简单,分离效率高,但流体阻力大,体积庞大；C ． 结构简单,分离效率高,体积小,但流体阻力大；D ． 结构简单,流体阻力小,但体积庞大,分离效率低5、在降尘室中,尘粒的沉降速度与下列因素 无关;CA ．颗粒的几何尺寸B ．颗粒与流体的密度C ．流体的水平流速；D ．颗粒的形状6、在讨论旋风分离器分离性能时,临界粒径这一术语是指 ;CA ．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. 能保持滞流流型时的最大颗粒直径7、旋风分离器的总的分离效率是指 ;DA. 颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率;B. 颗粒群中最小粒子的分离效率; C. 不同粒级直径范围粒子分离效率之和; D. 全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率8、对标准旋风分离器系列,下述说法哪一个是正确的 ;CA ．尺寸大,则处理量大,但压降也大；B ．尺寸大,则分离效率高,且压降小；C ．尺寸小,则处理量小,分离效率高；D ．尺寸小,则分离效率差,且压降大;9、恒压过滤时, 如滤饼不可压缩,介质阻力可忽略,当操作压差增加1倍,则过滤速率为原来的 ; BA. 1 倍；B. 2 倍；C.2倍； 2倍10、助滤剂应具有以下性质 ;BA. 颗粒均匀、柔软、可压缩;B. 颗粒均匀、坚硬、不可压缩;C. 粒度分布广、坚硬、不可压缩;D. 颗粒均匀、可压缩、易变形11、助滤剂的作用是 ;BA．降低滤液粘度,减少流动阻力；B．形成疏松饼层,使滤液得以畅流；C．帮助介质拦截固体颗粒；D．使得滤饼密实并具有一定的刚性12、下面哪一个是转筒真空过滤机的特点 ;BA．面积大,处理量大；B．面积小,处理量大；C．压差小,处理量小；D．压差大,面积小13、以下说法是正确的 ;BA. 过滤速率与A过滤面积成正比;B. 过滤速率与A2成正比;C. 过滤速率与滤液体积成正比;D. 过滤速率与滤布阻力成反比14、恒压过滤,如介质阻力不计,过滤压差增大一倍时,同一过滤时刻所得滤液量 ;CA.增大至原来的2倍;B. 增大至原来的4倍;C. 增大至原来的倍;D.增大至原来的倍15、过滤推动力一般是指 ; BA．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16、恒压板框过滤机,当操作压差增大1倍时,则在同样的时间里所得滤液量将忽略介质阻力 ; AA．增大至原来的2倍；B．增大至原来的 2倍；Ｃ．增大至原来的 4 倍； D．不变17、若沉降室高度降低,则沉降时间；生产能力 ;A. 不变；B. 增加；C. 下降；D. 不确定; C ；A18、颗粒在静止的流体中沉降时,在相同的Re下,颗粒的球形度越小,阻力系数 ;AA.越大；B.越小；C.不变；D.不确定二、填空题1、一球形石英颗粒,分别在空气和水中按斯托克斯定律沉降,若系统温度升高,则其在空气中的沉降速度将,在水中的沉降速度将 ;下降,增大2、在滞流层流区,颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比; 23、降尘室的生产能力与降尘室的 和 有关; 长度 宽度4、已知某沉降室在操作条件下的气体流率为3600m 3/h,沉降室长、宽、高尺寸为L H b ⨯⨯=523⨯⨯,则其沉降速度为 s m /;5、在除去某粒径的颗粒时,若降尘室的高度增加一倍,气流速度 ;减少一倍6、若降尘室的高度增加,则沉降时间 ,气流速度 ,生产能力 ;增加；下降；不变7、一降尘室长8m,宽4m,高1.5m,中间装有14块隔板,隔板间距为0.1m;现颗粒最小直径为12μm,其沉降速度为0.02 m/s,欲将最小直径的颗粒全部沉降下来, 则含尘气体的最大流速不能超过 m/s;8、在旋风分离器中,某球形颗粒的旋转半径为0.4 m, 切向速度为15 m/s;当颗粒与流体的相对运动属层流时,其分离因数C K 为 ;579、选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的根据是 ； ； ;气体处理量,分离效率,允许压降10、通常, 非均相物系的离心沉降是在旋风分离器中进行, 悬浮物系一般可在旋液分离器或沉降离心机中进行;气固；液固11、已知q 为单位过滤面积所得滤液体积V/A,q e 为V e /A,V e 为过滤介质的当量滤液体积滤液体积为V e 时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力,在恒压过滤时,测得Δ/Δq=3740q+200 则过滤常数K = ;12、实现过滤操作的外力可以是 、 或 ;重力；压强差；惯性离心力13、在饼层过滤中,真正发挥拦截颗粒作用的主要是 而不是 ;滤饼层；过滤介质14、对恒压过滤,当过滤面积增大一倍时,如滤饼可压缩,则过滤速率增大为原来的倍; 四15、用板框式过滤机进行恒压过滤操作,随着过滤时间的增加,滤液量 ,生产能力 ;增加；不变16、对恒压过滤,介质阻力可以忽略时,过滤量增大一倍,则过滤速率为原来的 ;二分之一17、沉降操作是指在外力场作用下,利用分散相和连续相之间的密度差异,使之发生相对运动而实现非均相混合物分离的操作;18、用板框过滤机过滤某种悬浮液;测得恒压过滤方程为θ5210=⨯+qqθ402.0-的单位为s,则K为m2/s,q e为m3/ m2,θ为es;5⨯,,4-1019、在重力沉降操作中,影响沉降速度的因素主要有、和 ;颗粒体积分数、器壁效应和颗粒形状20、球形颗粒在20oC空气中沉降,当空气温度上升时,沉降速度将下降设沉降过程符合stocks定律; 若该颗粒在20oC水中沉降,沉降速度将下降 ,当水温上升时,沉降速度将上升 ;21、在除去某粒径的颗粒时,若降尘室的高度增加一倍,则沉降时间增加一倍,气流速度减少一倍,生产能力不变;三、问答题1．何谓自由沉降速度试推导其计算式;2．写出计算自由沉降速度的斯托克斯公式,说明此公式的应用条件,简述计算沉降速度要用试差法的理由;3．层流区内,温度升高时,同一固体颗粒在液体或气体中的沉降速度增大还是减小试说明理由;4．降尘室的生产能力与哪些因素有关为什么降尘室通常制成扁平形或多层降尘室适用于分离直径为多大的颗粒降尘室的高度如何确定5．何谓离心分离因数何谓离心沉降速度它与重力沉降速度相比有什么不同离心沉降速度有哪几种主要类型6．旋风分离器的生产能力及效率受哪些因素的影响何谓临界粒径d c旋风分离器性能主要用什么来衡量它一般适用于分离直径多少的颗粒两台尺寸相同的旋风分离器串联可否提高除尘效率选用旋风分离器的依据是什么7．何谓滤浆、滤饼、滤液、过滤介质和助滤剂8．写出不可压缩滤饼的过滤基本方程式;推导恒压过滤方程式;简述过滤常数K和q e的实验测定方法;9．简述影响过滤机生产能力的主要因素及提高之途径以板框过滤机、不可压缩性滤饼为例;简述板框过滤机的结构、操作和洗涤过程,并分析其特点;10．简述叶滤机和转筒真空过滤机的结构、操作和洗涤过程,并分析其特点; 11．离心沉降和离心过滤以离心过滤机为例在原理和结构上是否相同为什么离心分离因数的大小说明什么12．简述惯性分离器、袋滤器和静电除尘器的简单结构、工作原理、操作特点和应用范围;13．流体通过颗粒床层时可能出现几种情况何谓散式流态化和聚式流态化聚式流态化会出现什么不正常现象流化床正常操作速度的范围如何确定14．何谓临界流化速度即起始流化速度和带出速度何谓流化数15．流化床压降由何而定是否随床层空塔速度而改变四、计算题1、某一锅炉房的烟气沉降室,长、宽、高分别为11×6×4 m,沿沉降室高度的中间加一层隔板,故尘粒在沉降室内的降落高度为2m;烟气温度为150℃,沉降室烟气流量12500m3标准/ h,试核算沿降室能否沉降35μm以上的尘粒;已知ρ尘粒= 1600 kg/m3,ρ烟气= 1.29 kg/m,μ烟气=解：设沉降在滞流状态下进行,Re ＜1,且因ρ尘粒>>ρ烟气,故斯托克斯公式可简化为：u0 = d尘粒2ρ尘粒g/18μ烟气= 35×10-62×1600× 18××10-5= 0.0474 m/s检验：Re = d尘粒u0ρ烟气/μ烟气= 35×10-6×××10-5= ＜1故采用计算式正确,则35mm 以上粒子的沉降时间为：θ沉降 = 2/ =又,烟气流速u = 12500/4×6×3600×273+150/273= 0.224 m/s烟气在沉降室内停留时间：θ停留 = 11/ =即θ停留＞θ沉降∴35mm 以上尘粒可在该室沉降2、相对密度,直径2.5 mm 的钢球,在某粘稠油品相对密度中以5mm/s 的速度匀速沉降;试求该油品的粘度;解：设沉降以滞流状态进行,则：μ油品 = d 钢球2 ρ钢球-ρ油品g/18 u 钢球= 2×7900-900×18×= s验算：Re = d 钢球u 钢球ρ油品/μ油品= ××900/= ×10-3 ＜1 假设正确3、直径为30m μ的球形颗粒,于大气压及20℃下在某气体中的沉降速度为在水中沉降速度的88倍, 又知此颗粒在此气体中的有效重量为水中有效重量的倍;试求此颗粒在此气体中的沉降速度.20℃的水:CP 1=μ,3/1000m kg =ρ气体的密度为1.2kg/m 3 有效重量指重力减浮力解: ∵1.6)g ()(气水ρρρρ-=-g∴ 1.61.2)g(1000)(-=-g ρρ解得：3/2665m kg s =ρ设球形颗粒在水中的沉降为层流, 则在水中沉降速度:校核：0245.010********.81030346011=⨯⨯⨯⨯==---μρdu R e ＜1假设正确.则此颗粒在气体中的沉降速度为4、有一降尘室,长6m,宽3m,共20层,每层100mm,用以除去炉气中的矿尘,矿尘密度3/3000m kg s =ρ,炉气密度3/5.0m kg ,粘度0.035m s Pa ⋅,现要除去炉气中10m μ以上的颗粒,试求： （1） 为完成上述任务,可允许的最大气流速度为多少（2） 每小时最多可送入炉气若干（3） 若取消隔板,为完成任务该降尘室的最大处理量为多少解：1设沉降区为滞流,则μρρ18)(2g du -= 因为 ρρ>>s 则1106.67100.0350.5104.671010433600<⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==----μρdu Re 假设正确由降尘室的分离条件,有23600104.673620203⨯⨯⨯⨯⨯==-A u V =h m /33 h m A u V /302.63600104.6736330=⨯⨯⨯⨯==-可见加隔板可提高生产能力,但隔板间距不能过小,过小会影响出灰和干扰沉降;5、一降尘室,长5m ,宽3m ,高4m ,内部用隔板分成20层,用来除去烟气中m μ75以上的颗粒;已知烟气密度为3/m kg ,粘度为s mPa ⋅,尘粒密度为43003/m kg ,试求可处理的烟气量;解： m d 61075-⨯= 3/4300m kg s =ρ 设沉降区为层流,则验算10.66100.030.60.44107536<=⨯⨯⨯⨯==--μρRe du 故假设正确 总处理量为 s m A nuq /132350.44203=⨯⨯⨯==6、一降尘室长5m,宽3m,高4m,内部用隔板分成20层,用来回收含尘气体中的球形固体颗粒,操作条件下含尘气体的流量为36000h m /3,气体密度3/9.0m kg =ρ,粘度s mPa ⋅=03.0μ;尘粒密度3/4300m kg s =ρ,试求理论上能100%除去的最小颗粒直径;解：降尘室总面积 23003520m A =⨯⨯=生产能力的计算式为 A uq =注意式中 u 0 为能 100% 除去的最小颗粒的沉降速度,而A 应为总沉降面积;解出s m A qu /0.03330036000/3600===设沉降区为层流,则有 =m 531006.281.9)9.04300(033.01003.018--⨯=⨯-⨯⨯⨯ 验算Re 0 =u p u d =10.02100.030.90.033102.0635<=⨯⨯⨯⨯--故假设正确7、在2atm 操作压力下用板框过滤机处理某物料,操作周期为3h,其中过滤,滤饼不需洗涤;已知每获1m 3 滤液得滤饼0.05m 3,操作条件下过滤常数s m /103.325-⨯=K ,介质阻力可忽略,滤饼不可压缩;试计算：（1） 若要求每周期获的滤饼,需多大过滤面积（2） 若选用板框长宽的规格为m m 11⨯,则框数及框厚分别为多少解：131205.06.0m V == 0=Ve 所以 θ22KA V = A=θK V =36005.1103.3125⨯⨯⨯-=28.43m 22 A=112⨯⨯⨯n所以 ==2A n 243.28= 取15个所以n q =δ=156.0=m 应注意每个框的两侧都有滤布,故计算面积时要在n 个框面积的基础上再乘以2;8、一小型板框压滤机有5个框,长宽各为0.2 m, 在300 kPa 表压下恒压过滤2 h,滤饼充满滤框,且得滤液80 L,每次洗涤与装卸时间各为 h;若滤饼不可压缩,且过滤介质阻力可忽略不计;求：1洗涤速率为多少m 3/ 2若操作压强增加一倍,其它条件不变,过滤机的生产能力为多少解：1洗涤速率因过滤介质阻力可忽略不计,即 q 2=K τ过滤面积 A =5××2= m 2单位过滤面积上的滤液量 q=V/A =80×10-3/= m 3/m 2过滤常数 K= q 2/τ=2= m 2/h过滤终了时的速率 dq/d τE =K /2q =2×= m/h洗涤速率 dq/d τW = dq/d τE =×= m/h2 Δp ’=2Δp 时的生产能力因滤饼不可压缩,所以 K ’=K Δp ’/Δp =2K =2×= m 2/h因在原板框压滤机过滤,悬浮液浓度未变,则当5个板框充满滤饼时所得滤液量仍为V ’= m3, 故此时所用的过滤时间为τ= q ’2/K ’=q 2/K ==1 h生产能力 Q=V ’/τ+τw +τD =1++= m 3 滤液/h9、在一板框过滤机上过滤某种悬浮液,在1atm 表压下20分钟在每1m 2过滤面积上得到0.197m 3的滤液,再过滤20分钟又得滤液0.09m 3;试求共过滤1小时可得总滤液量为若干m 3.解: 当min 201=τ时, q 1 = m 2min 402=τ时, q 2 = + = 0.287m 3/m 2代入恒压过滤方程时可得:联立解得：min /1038.2,/0222.02.323m K m m q e -⨯==由此 min 0.207102.38(0.0222)322=⨯==-K qτ当过滤1小时后,可得滤液量:)207.060(1038.2)0222.0(32+⨯=+-q 解得: q = m 2 即每m 2过滤面积过滤1小时后可得滤液为10、一转筒真空过滤机,其直径和长度均为1m,用来过滤某悬浮液;原工况下每转一周需时1min,操作真空度为 500mmHg,每小时可得滤液603m ,滤饼厚度为12mm,新工况下要求生产能力提高1倍,操作真空度提高至 650mmHg,已知滤饼不可压缩,介质阻力可忽略;试求：（1） 新工况过滤机的转速应为多少2新工况所生成的滤饼厚度为多少解：1e V = 0 所以τ22K A V =设浸没度为ϕ,转速为n r/min 则转筒旋转一周所需时间为)(60s n ,其中转筒整个面积浸入滤槽即过滤时间为)(60s n ϕ 所以ϕn K A V 60=故Q = 60nV = 60A ϕK n 60h m /3 所以 112212n K n K Q Q =由题知 S = 0 及p K ∆∝ 故 min /1.3)(1)(21237.69.42121221r n n K K =⨯==2 设滤饼的厚度为δ,则有112260260δδAn n A n = h m /3饼 所以 mm n n 7.71.3121222211===⨯⨯δδ11、采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒;降尘室底面积为10㎡,高 1.6m;操作条件下气体密度为0.5kg/m 3,粘度为s Pa ⋅⨯-5100.2,颗粒密度为3000 kg/m 3;气体体积流量为5m 3/s;试求：1可完全回收的最小颗粒直径；2如将降尘室改为多层以完全回收20m μ的颗粒,求多层降尘室的层数及板间距;解：1设沉降运动处在层流区,则能完全回收的最小颗粒直径： 校核：最小颗粒的沉降速度：s m A V u s/5.010500=== 2173.11026.05.0102.78Re 56min <=⨯⨯⨯⨯==--μρu d ,近似认为沉降运动处于层流区;220m μ的颗粒也要能全部回收,所需要的降尘面积可按下式计算既然直径为m μ2.78的颗粒尚能处于层流区,则20m μ的颗粒沉降也一定处在层流区： 需要降尘面积为153㎡,所以降尘室应改为16层15块隔板,实际降尘面积为160㎡;层间距为;点评：就设备结构参数而言,降尘室的处理量主要取决于其底面积而与高度无关；由本题可以看出,当处理量一定时,完全分离出更小的的粒径就必须扩大降尘室的底面积,这是通过多层结构来实现的;12、用一板框压滤机在300kPa 的压强差下过滤某悬浮液;已知过滤常数s m K /105.725-⨯=,23/012.0m m q e =;要求每一操作周期得8m 3的滤液,过滤时间为小时;设滤饼不可压缩,且滤饼与滤液的体积之比为;试求1过滤面积；2若操作压强差提高至600kPa;现有一板框过滤机,每框的尺寸为25635635⨯⨯mm,若要求每个周期仍得到8m 3滤液,则至少需要多少个框才能满足要求又过滤时间为多少解：1恒压过滤方程θ222KA VV V e =+ ,其中A q V e e =,于是：2恒压过滤方程反映的是滤液体积、过滤时间和过滤面积之间的关系;在这一问,过滤面积和过滤时间均为所求;因此用该方程不能解决这一问题;事实上,滤液体积已知且滤渣与滤液体积比也已知,则滤饼体积可求,由滤饼体积及每框的容积可求框数因为每个操作周期中滤饼充满框后才停止过滤;滤饼体积=32.08025.0m cV =⨯=;框数=84.19025.0635.0635.02.0=⨯⨯=每框容积滤饼体积,取20=n 操作压强提高至600kPa,由于滤饼不可压缩,过滤常数K 与压差成正比,于是s m K /105.1'24-⨯=;e q 不变;实际过滤面积为：213.16635.0635.0202'm A =⨯⨯⨯= 由恒压过滤方程可计算过滤时间：s A K A Vq V e 2.171913.16105.113.16012.0828'''224222=⨯⨯⨯⨯⨯+=+=-θ点评：过滤面积的求取属设计型计算,可通过过滤方程式直接解决；设计条件和操作条件的差异应在过滤常数上加以体现;当过滤压差增大时,用较小的过滤面积在基本相同的时间内就能得到相同的滤液量;13、用板框过滤机在恒压下过滤悬浮液;若滤饼不可压缩,且过滤介质阻力可忽略不计;1当其它条件不变,过滤面积加倍,则获得的滤液量为原来的多少倍 2当其它条件不变,过滤时间减半,则获得的滤液量为原来的多少倍 3当其它条件不变,过滤压强差加倍,则获得的滤液量为原来的多少倍 解：1过滤介质阻力忽略不计,则恒压过滤方程可变为：θ22KA V =,于是2''==AA V V 2707.021''===θθV V 3由于滤饼不可压缩,压缩性指数0=s ,因此压强增加滤饼比阻不变,由过滤常的定义rc p K μ∆=2可知,2''=∆∆=p p K K ;于是414.12''===KK V V14、恒压过滤某悬浮液,已知过滤5min 得滤液1L,若又过滤5min 后,试求：1. 得到滤液量L ；2. 过滤速率L/min;设：过滤介质阻力可忽略;解：过滤介质阻力可忽略时的恒压过滤方程为则 1221θKA V = 12222θKA V = 2两式相除得 5.0105212221===θθV V 3 依题意 11=V L由3式得 414.15.0122==V L 414.012=-=∆V V V L0707.0102414.122/222=⨯====θθθV V V V KA d dV L/min 15、 两颗直径不同的玻璃球分别在水中和空气中以相同的速度自由沉降;已知玻璃球的密度为2500kg/m 3,水的密度为m 3,水的粘度为10-3Pas,空气的密度为m 3,空气的粘度为10-5Pas;1若在层流区重力沉降,则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 B ;A ．B ．9.612C ．D ．2若在层流区离心沉降,已知旋风分离因数与旋液分离因数之比为2,则水中颗粒直径与空气中颗粒直径之比为 D ;A ．B ．11.593C ．D ．解：1 由 ()μρρ182g d u s t -= 得 ()gu d s t ρρμ-=18 所以 ()()()()612.91081.12.998250010005.1205.1250053=⨯⨯-⨯⨯-=--=--a w s w a s a w d d μρρμρρ2 由 ()R u d u T s r 2218⋅-=μρρ,gRu K T c 2= 得 ()c s r gK d u ⋅-=μρρ182,()cs r gK u d ρρμ-=18 所以 ()()()()593.1311081.12.9982500210005.1205.1250053=⨯⨯⨯-⨯⨯⨯-=--=--cw a w s ca w a s a w K K d d μρρμρρ 16、某一球形颗粒在空气中自由重力沉降;已知该颗粒的密度为5000kg/m 3,空气的密度为1.205kg/m 3,空气的粘度为10-5Pas;则(1) 在层流区沉降的最大颗粒直径为 B 10-5m;A ．B ．4.639C ．D ．(2) 在湍流区沉降的最小颗粒直径为 C 10-3m;A ．B ．1.124C ．D ．解：1 由 μρt du =Re得 ρμd u t Re = 而 ()μρρ182g d u s t -= 所以 ()()()m g d s 53253210639.4807.9205.15000205.111081.118Re 18--⨯=⨯-⨯⨯⨯⨯=-=ρρρμ 2 由 ()ρρρg d u s t -=74.1 得 ()ρμρρρd g d s Re 74.1=- 所以 ()()()m g d d s 332225322210224.1807.9205.15000205.174.110001081.174.1Re --⨯=⨯-⨯⨯⨯⨯=-⋅=ρρρμ17、对不可压缩滤饼先进行恒速过滤后进行恒压过滤;1恒速过滤时,已知过滤时间为100s 时,过滤压力差为3104Pa ；过滤时间为500s 时,过滤压力差为9104Pa;则过滤时间为300s 时,过滤压力差为 C ;A ．4104PaB ．5104PaC ．6104PaD ．7104Pa2若恒速过滤300s 后改为恒压过滤,且已知恒速过滤结束时所得滤液体积为,过滤面积为1m 2,恒压过滤常数为K=510-3m 2/s,q e =0m 3/m 2过滤介质的阻力可以忽略;则再恒压过滤300s 后,又得滤液体积为 D ;A ．0.386m 3B ．0.486m 3C ．0.586m 3D ．0.686m 3解：1 由 b a p +=∆θ得 ba ba +=⨯+=⨯50010910010344 两式相减,得 a 4001064=⨯,1504001064=⨯=a 所以 150001*********=⨯-⨯=b所以 Pa p 41066000015000300150⨯==+⨯=∆2 由 ()()()R R e RK q q q q q θθ-=-+-222 得 ()()R RK q q θθ-=-22 18、对某悬浮液进行恒压过滤;已知过滤时间为300s 时,所得滤液体积为0.75m 3,且过滤面积为1m 2,恒压过滤常数K=510-3m 2/s;若要再得滤液体积0.75m 3,则又需过滤时间为 C ;A ．505sB ．515sC ．525sD ．535s解：由 θK q q q e =+22得 22q K q q e -=θ所以 625.075.0275.03001052232=⨯-⨯⨯=+=-q q K q e θ 19、用一个截面为矩形的沟槽,从炼油厂的废水中分离所含的油滴;拟回收直径200μm 以上的油滴;槽的宽度为4.5m 深度为0.8m;在出口端,除油后的水可不断从下部排出,而汇聚成层的油则从顶部移去;油的密度为870Kg/m 3,水温为20℃,若每小时处理废水1560m 3,求所需槽的长度L 为多少已知20℃水密度为998.2Kg/m 3,粘度为·S;10分解：假定油滴沉降为滞流区则沉降速度u t =200×10-62×870﹣×18××10-3 =﹣×10-3m/s负号说明油滴向上运动校核 R e =200×10-6××10-3××10-3=﹤1 假设成立水流过沉降槽速度 u=V S /Bh=1560/3600/×= m/s据降沉室分离条件 L/u ≥H/u t则L ≥Hu/ u t ≥×/×10-3≥34.5m即所需槽的长度L 为20、某板框过滤机在恒压下过滤某悬浮液,4h 后得滤液80m 3,过滤介质阻力忽略不计,滤饼不可压缩,试求；1若在过滤2h,又可得滤液多少m 3;2若过滤压力加倍,滤饼不可压缩,也过滤4h,可得滤液多少m 3;解：1V 2=KA 2θ； 802= KA 24； → KA 2=1600m 4/h80+V 2=16004+2→ V= 即又得滤液.2K=2k Δp 1-S =2K Δp ∴k ˋ=2k k ˋA 2=3200 m 4/hV ‘2= k ˋA 2θ V ‘=3200×41/2=113.14m 3。
化工原理沉降与过滤习题及答案
沉降与过滤一章习题及答案一、选择题1、 一密度为7800 kg/m 3 的小钢球在相对密度为的某液体中的自由沉降速度为在20℃水中沉降速度的1/4000，则此溶液的粘度为 （设沉降区为层流20℃水密度998.2 kg/m 3粘度为×10-5 Pa ·s ）。
A⋅A 4000 mPa ·s ； ⋅B 40 mPa ·s ； ⋅C Pa ·s ； ⋅D 3382 mPa ·s2、含尘气体在降尘室内按斯托克斯定律进行沉降。
理论上能完全除去30μm的粒子，现气体处理量增大1倍，则该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为 。
DA ．m μ302⨯；B 。
m μ32/1⨯；C 。
m μ30；D 。
m μ302⨯3、降尘室的生产能力取决于 。
BA ．沉降面积和降尘室高度；B ．沉降面积和能100%除去的最小颗粒的沉降速度；C ．降尘室长度和能100%除去的最小颗粒的沉降速度；D ．降尘室的宽度和高度。
4、降尘室的特点是 。
DA ． 结构简单，流体阻力小，分离效率高，但体积庞大；B ． 结构简单，分离效率高，但流体阻力大，体积庞大；C ． 结构简单，分离效率高，体积小，但流体阻力大；D ． 结构简单，流体阻力小，但体积庞大，分离效率低5、在降尘室中，尘粒的沉降速度与下列因素 无关。
CA ．颗粒的几何尺寸B ．颗粒与流体的密度C ．流体的水平流速；D ．颗粒的形状6、在讨论旋风分离器分离性能时，临界粒径这一术语是指 。
CA ．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. 能保持滞流流型时的最大颗粒直径7、旋风分离器的总的分离效率是指 。
DA. 颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率;B. 颗粒群中最小粒子的分离效率; C. 不同粒级(直径范围)粒子分离效率之和; D. 全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率8、对标准旋风分离器系列，下述说法哪一个是正确的 。
(化工原理)第二节 沉降过程
布朗运动
沉降速度计算—试差法
四、沉降速度的计算
1、试差法
设Rep选公式 ut核算Rep判断
沉降速度计算—摩擦数群法
2、摩擦数群法
3
沉降速度计算—摩擦数群法
ζ是Ret的已知函数，则 ζRet2 也是Ret的已知函数。
气体在器内的运动情况
离心沉降-7
三、旋风分离器的性能 （分离效果、压强降）
（ 一）、临界粒径
旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒直径。
临界粒径的计算式,可在如下简化条件之下 推导出来。
（1）进入旋风分离器的气流严格按螺旋形路线作等速运动,其 切向速度等于进口气速ui
(2) 颗粒向器壁沉降时,必须穿过厚度等于整个进气口宽度B的 气流层,方能到达壁面 而被分离。
离心沉降-3
颗粒的离心沉降速度 ur与重力沉降速度 ut 具有相似的关系式，只是将重力场强度 g 改为惯性离心力场强度 uT²/R
区别：
离心力沉降速度ur 不是颗粒运动的绝对速度，而是 绝对速度在径向上的分量，且方向不是向下而是沿 半径向外；
离心沉降速度ur 本身就不是一个恒定的数值，而重 力沉降速度ut 则是不变的。
标准型
课本有误
离心沉降-16
xi——粒径在第I小段范围内的颗粒占全部颗粒的质量分率 ηpi——第I小段粒径范围内的颗校的粒级效率, n——全部粒径被划分的段数。
压强降
（三）、 压强降
标准型旋风分离器,其阻力系数ξ=8.0 一般压强降在500-2000Pa
影响旋风分离器性能的因素多而复杂, 物系情况及操作条件是其中的重要方 面。
一、沉 降 速 度 （一）、球形颗粒的自由沉降
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。
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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
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离心沉降速度为绝对速度在径向上的分量，随颗粒在
离心力场中的位置而变。
阻力同系一数颗：粒层在流同时一种 介质2R4中e 的u离r 心 沉d 2降1速8s度 与 重 u力Rt 2沉降速
1、气体处理量
旋风分离器的处理量由入口的气速决定，入口气体流
量是旋风分离器最主要的操作参数。一般入口气速ui在
15～25m/s。 旋风分离器的处理量
V ui B h
2、临界粒径 判断旋风分离器分离效率高低的重要依据是临界粒径。
临界粒径 ： 理论上在旋风分离器中能完全分离下来的最小
颗粒直径。 1） 临界粒径的计算式 a) 进入旋风分离器的气流严格按照螺旋形路线作等速运 动，且切线速度恒定，等于进口气速ut=ui；
中折线obcd。
实测的粒级效率曲线，直径小于10μm的颗粒，也有可观的
分离效果，而直径大于dc的颗粒，还有部分未被分离下来 直径小于dc的颗粒中
有些在旋风分离器进口处已很靠近壁面，在停留时间内能够
达到壁面上
有些在器内聚结成了大的颗粒，因而具有较大的沉降速度 直径大于dc的颗粒
气体涡流的影响，可能没达到器壁。 即使沉到器壁也会被重新扬起
颗粒到达器壁所需要的时间：t
停留时间为： 2Rm N
B ur
18Rm B d 2 sui2
ui
对某尺寸的颗粒所需的沉降时间θt恰好等于停留时间θ
，该颗粒就是理论上能被完全分离下来的最小颗粒，用dc表
示这种颗粒的直径，即临界粒径 。
18Rm B dc2 sui2
2Rm N
ui
p c ui2
2
对型式不同或尺寸比例不同的设备ξc的值也不同，要通过 实验测定，对于标准旋风分离器ξc=8.0。 旋风分离器的压降一般在300～2000Pa内。
四、旋风分离器的选型与计算
1、旋风分离器的型式
旋风分离器的形式多种多样，主要是在对标准型式 的旋风分离器的改进设计出来的。
规则进的气旋口转：流为，了减保少证局高部速涡气流流与进死入角旋，风设分计离了起倾时斜形螺成旋较 进口，螺壳形进口、轴向进口等。
6
s
u
2 t
R
向心力=
d 3
u
2 t
6R
阻力= d 2 u2r
42
三力达到平衡，则：
d 3
6
s
u
2 t
R
d 3
6
u
2 t
d
2
R4
u
2 r
2
0
平衡时颗粒在径向上相对于流体的运动速度ur便是此位置 上的离心沉降速度。
ur
4d s ut2
3R
2、离心沉降速度与重力沉降速度的比较
b) 颗粒沉降过程中所穿过的气流厚度为进气口宽度B
c) 颗粒在滞流情况下做自由沉降，径向速度可用
ur
d
2
s
18
uT2 R
表示
∵ρ<<ρS，故ρ可略去，而旋转半径R可取平均值Rm，并
用进口速度ui代替ut。
气流中颗粒的离心沉降速度为：ur
d 2 sui2 18Rm
离 适于心分沉离降两：相依密靠度惯差性较离小心，力颗的粒作粒用度而较实细现的的非沉均降相过物程系。 惯性离心力场与重力场的区别
力场强度 方向 作用力
重力场
离心力场
重力加速度g
ut2/R
指向地心
沿旋转半径从中心指向外周
Fg=mg
FC
m
ut 2 R
一、离心沉降速度
1、离心沉降速度ur
惯性离心力=
d 3
度的比值为 ： ur ut
uT 2 gR
Kc
比值Kc就是粒子所在位置上的惯性离心力场强度与重力 场强度之比称为离心分离因数。
例如；当旋转半径R=0.4m，切向速度ur=20m/s时，求分
离因数。
Kc
uT 2 gR
102
二、旋风分离器的操作原理
三、旋风分离器的性能
旋风分离器性能的主要操作参数为气体处理量， 分离效率和气体通过旋风分离器的压强降。
主体结构与各部分尺寸比例的优化： 根据流场与颗粒流动规律设计旋风分离器的结构，
一般细长的旋风分离器效率高，但超过一定限度，分离效 率的提高不明显，而压降却增加。
改进下灰口 ： 防止已分离下来的粉尘重新扬起 。
目前，我国已定型了旋风分离器，制定了标准流型系列， 如CLT,CLT/A,CLP/A,CLP/B以及扩散式旋风分离器。
分离效率
0
C1 C2 C1
100%
粒级效率ηpi 进入旋风分离器的粒径为di的颗 粒被分离下来的质量分率
pi
C1i C2i C1i
100%
粒级效率ηpi与颗粒直径di 的对应关系可通过实测得到， 称为粒级效率曲线。
如图，临界粒径约为 10μm。理论上，凡直 径大于10μm的颗粒， 其粒级效率都应为100% 而小于10μm的颗粒， 粒级效率都应为零，图
dc
9B N sui
——临界粒径的表达式
2）临界粒径的影响因素
a) 由 dc
9B Nsui
，知
dc
B
即临界粒径随分离器尺寸的增大而增大。
分离效率随分离器尺寸的增大而减小。
b)入口气速ui愈大，dc愈小，效率愈高。
3、分离效率
总效率ηo 进入旋风分离器的全部粉尘中被分 离下来的粉尘的质量分率
b) 根据允许的压降确定气体在入口的流速ui c) 根据分离效率或除尘要求，求出临界粒径dC d) 根据ui和dc计算旋风分离器的直径D e) 根据ui与D计算旋风分离器的处理量，再根据气体流量 确定旋风分离器的数目。
f) 校核分离效率与压力降
有时也把旋风分离器的粒级效率标绘成d/d50的函数曲线， d50为粒级效率为50%的颗粒直径，称为分割粒径。
对于标准旋风分离器
d50 0.27
D ui 0
4、压强降
气体通过旋风分离器时，由于进气管、排气管及主体器壁 所引起的摩擦阻力，气体流动时的局部阻力以及气体旋转 所产生的动能损失造成了气体的压强降，
2、旋风分离器的设计计算
例如，已知气体流量VS(m3/s)、原始含尘量C1(g/m3)、粉 尘的粒度分布，除尘要求及气体通过旋风分离器允许的压强 降，要求选择旋风分离器的形式，确定旋风分离器的直径和
个数。Βιβλιοθήκη 步骤： a) 根据具体情况选择合适的型式，选型时应在高效率与
地阻力者之间作权衡，一般长、径比大且出入口截面小的设 备效率高且阻力大，反之，阻力小效率低。