第三章化工原理-修订版-天津大学-

第三章 机械分离和固体流态化

1. 取颗粒试样500 g ，作筛分分析，所用筛号及筛孔尺寸见本题附表中第1、2列，筛析后称取各号筛面上的颗粒截留量列于本题附表中第3列，试求颗粒群的平均直径。

习题1附表

解：颗粒平均直径的计算 由

11i

a i G d d G

=∑

2204080130110

(500 1.651 1.168 1.1680.8330.8330.5890.5890.4170.4170.295

603015105

0.2950.2080.2080.1470.1470.1040.1040.0740.0740.053

=

⨯++++

+++++++++++++++ ）

2.905=(1/mm)

由此可知，颗粒群的平均直径为d a =0.345mm.

2. 密度为2650 kg/m 3的球形石英颗粒在20℃空气中自由沉降，计算服从斯托克斯公式的最大颗粒直径及服从牛顿公式的最小颗粒直径。

解：20C 时，351.205/, 1.8110kg m Pa s ρμ-==⨯⋅空气

对应牛顿公式，K 的下限为69.1，斯脱克斯区K 的上限为2.62 那么，斯脱克斯区：

max 57.4d m μ=

==

min 1513d m μ=

=

3. 在底面积为40 m 2的除尘室回收气体中的球形固体颗粒。气体的处理量为3600 m 3/h ，固体的密度3/3000m kg =ρ，操作条件下气体的密度3/06.1m kg =ρ，黏度为2×10-5 P a·s。试求理论上能完全除去的最小颗粒直径。

解：同P 151.例3-3

在降尘室中能被完全分离除去的最小颗粒的沉降速度u t ， 则 36000.025/4003600

s t V u m s bl =

==⨯ 假设沉降在滞流区，用斯托克斯公式求算最小颗粒直径。

min

17.5d um ===

核算沉降流型：6min 5

17.5100.025 1.06

R 0.0231210t et d u ρ

μ

--⨯⨯⨯=

==<⨯

假设合理。求得的最小粒径有效。

4. 用一多层降尘室除去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为8m μ，密度为4000 kg/m 3。除尘室长4.1 m 、宽1.8 m 、高4.2 m ，气体温度为427℃，黏度为3.4×10-5

P a·s，密度为0.5 kg/m 3。若每小时的炉气量为2160标准m 3，试确定降尘室隔

板的间距及层数。

解：由气体的状态方程PV nRT =有'

'

s s T V V T

=

则气体的流量为'34272732160

1.54/2733600

s V m s +=

⨯= 1.54

0.2034/1.8 4.2

s t V u m s bH =

==⨯ 假设沉降发生在滞流区，用斯托克斯公式求最小粒径。

min

57.02d m μ===

核算沉降流型：6min e 5

57.02100.2080.5

R 0.17413.410

t t d u ρ

μ

--⨯⨯⨯=

==<⨯

假设合理。求得的最小粒径有效。

由以上的计算可知。粒径为8m μ的颗粒沉降必定发生在滞流区。 用斯托克斯公式求沉降速度

26235

()(810)(40000.5)9.81 4.110/1818 3.410

s t d g u m s ρρμ----⨯⨯-⨯===⨯⨯⨯ 层数3

1.54

50.91.8 4.1 4.110s t V n blu -=

==⨯⨯⨯取为51层。 板间距/(1) 4.2/(511)80.8h H n mm =+=+= 核算气体在多层降尘室中的流型。

/() 1.54/(1.8 4.1)0.208/s u V bl m s ==⨯=

当量直径(对降尘室)4 1.80.081

4/2()0.1542(1.80.081)

e d bh b h m ⨯⨯=+=

=⨯+

5e R /0.1540.2080.5/(3.410)471.06e d u ρμ-==⨯⨯⨯=

气体在降尘室中的流动为层流流动。设计合理。

5. 已知含尘气体中尘粒的密度为2300 kg/m 3

,气体流量为1000 m 3

/h 、黏度为3.6×10-5 P a·s、密度为0.674 kg/m 3，采用如图3-7所示的标准型旋风分离器进行除尘。若分离器圆筒直径为0.4 m ，试估算其临界粒径、分割粒径及压强降。

解：对标准型旋风分离器，已知D =0.4m ，B =D /4=0.1m ，h =D /2=0.2m 。 气体流速为1000

/1000/(3600)13.89/36000.10.2

i s u V A B h m s ==⨯⨯=

=⨯⨯

临界粒径8.04c d m μ=

==

500.27 5.73d m μ===

压强降2

2

0.674(13.89)8.052022

i u p Pa ρξ⨯∆==⨯= 所以，临界粒径8.04c d m μ=，分割粒径50 5.73d m μ=，压强降520Pa

6. 某旋风分离器出口气体含尘量为0.7×10-3 kg/标准m 3，气体流量为5000标准m 3/h ，每小时捕集下来的灰尘量为21.5 kg 。出口气体中的灰尘粒度分布及捕集下来的灰尘粒度分布测定结果列于本题附表中。

习题6附表1

解：(1) 除尘总效率

出口气体中尘粒的质量流量为320.7105000 3.5/w kg h -=⨯⨯= 进口气体中尘粒的质量流量为1221.521.5 3.525/w w kg h =+=+= 所以0121.521.5

0.8625

w η=

==，即86% (2) 粒级效率曲线

1121

ci ci pi ci w w w w w η=

=+ 根据附表的数据求得粒级效率值如本题附表所示

习题6附表1